CN103785976A - 一种热轧辊堆焊埋弧药芯焊丝及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种热轧辊堆焊埋弧药芯焊丝及其制备方法，其药芯成分以重量百分比计为:5%～14%CaF2，0%～5%Na2SiF6，0%～5%BaCO3，0.1％～0.4％C，2.0%～5.5%Mn，14％～28％Cr，0.8%～6%Ni，2%～4.8%Si，0.6％～4.8％V，0.8％～7.2％W，2％～6％Mo，余量为Fe。药芯焊丝的钢带采用低碳，碳含量小于0.05%；药粉填充率为18%～28%，粒度为80～200目。本发明提出的埋弧焊药芯焊丝，具有堆焊层金属合金元素分布均匀、碳化物呈弥散状、硬度均匀、杂质及扩散氢含量低,抗裂性好，抗热疲劳能力强，堆焊层硬度均匀耐磨性高、使用寿命长的特点。

Description

一种热轧辊堆焊埋弧药芯焊丝及其制备方法
技术领域
本发明涉及焊接材料领域，尤其涉及一种热轧辊堆焊埋弧药芯焊丝及其制备方法。
背景技术
热轧辊是钢铁公司的关键部件，其质量和使用寿命直接影响到企业轧钢机的生产作业率、轧制产品的产量和质量、轧辊的消耗、材料成本和维修保养费用。热轧辊的工作过程主要承受金属与金属之间的磨损，以及钢板表面氧化皮等硬质点引起的磨粒磨损，而且热轧辊70%以上以磨损失效为主。因此要求堆焊层金属表面具有高硬度和高耐磨性。同时热轧辊工作时，与温度超过900℃的轧制件接触，使轧辊的最高表面温度高达600℃左右，随后又喷水冷却，这样轧辊每旋转一周就经受一次急冷急热的作用，表面冷热交替，冷热疲劳开裂严重。因此，又要求它有优良的耐冷热疲劳性。热疲劳裂纹边缘剥落，剥落物以及表面氧化皮等硬质点还会引起磨粒磨损，加剧磨损失效。另外轧辊长期与高温钢板接触，要求有良好的红硬性、回火稳定性和抗高温氧化性。
面对如此恶劣的工作条件，现在市场供应的热轧辊堆焊用药芯焊丝大多存在合金元素成分偏差大，分布不均，使堆焊层金属存在较大的热应力，易于开裂、掉块，硬度值差距大，耐冷热疲劳性和耐磨性差，使用寿命短等缺陷。因此提高堆焊药芯焊丝的性能，延长热轧辊的使用寿命，对于提高钢铁企业的生产效率、降低生产成本具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高耐磨高抗裂的热轧辊堆焊埋弧药芯焊丝，具有优良的焊接操作性能、耐磨性和抗裂性。主要适用于热轧辊堆焊的应用。
针对以往热轧辊堆焊药芯焊丝所存在的堆焊工艺复杂，堆焊层易于产生热、冷裂纹缺陷，堆焊层金属硬度不均匀、耐磨性不足，使用寿命短的问题，本发明提出一种包含预熔合金粉、扩散氢抑制剂并经过脱氢热处理的埋弧焊药芯焊丝,它具有堆焊层金属合金元素分布均匀、碳化物呈弥散状、硬度均匀、杂质及扩散氢含量低,抗裂性好，抗热疲劳能力强，堆焊层硬度均匀耐磨性高、使用寿命长的特点。
本发明的技术方案为:
一种高抗裂高耐磨的热轧辊堆焊埋弧焊药芯,其药芯成分以重量百分比计为:5%～14%CaF2，0%～5%Na2SiF6，0%～5%BaCO3，0.4％～1.6％C，2.0%～5.5%Mn，14％～28％Cr，0.8%～6%Ni，2%～4.8%Si，0.6％～4.8％V，0.8％～7.2％W，2％～6％Mo，余量为Fe。
药芯成分中的合金粉釆用气雾化法制成预熔粉，再与矿物粉混合均匀后按比例加入焊丝中，制成直径为3.2mm～5.0mm的药芯焊丝。
本发明的药芯的制备方法：是将C、Cr、Mo、W、V和Ni系合金粉为气雾化法制造的成分均匀的预熔合金粉末，同时药芯中加入氟化物和/或碳酸盐；成品焊丝经过300～450℃的热处理。
为提高堆焊层金属中合金元素的分布均匀性，采用了钢铁冶金中的气雾化法，它是利用高速气流直接击碎液体金属而制得金属粉末的一种方法。气雾化制粉的基本流程是合金冶炼、雾化、磁选、脱水、烘干、高温还原、粉饼粉碎、筛分和合批。采用气雾化法将药芯中的碳铬合金、锰铁、硅铁、金属镍、钒铁、钨铁、钼铁和铁粉接比例加入熔炉中熔化、雾化制成成分均匀的单一粉末，经过磁选、筛分、合批，再经过成分检验符合预定成分要求，就成为可用于制造药芯焊丝的合金粉末。
相比于多种合金粉机械混合效果，气雾化合金粉大大提高了堆焊层合金元素分布均匀性，减少了杂质元素含量，这对增加堆焊层金属硬度的均匀性，提高抗热疲劳性和耐磨性。同时减小由成分、组织分布不均引起的热应力，从而减少焊缝的热裂纹敏感性极为有利。焊丝药芯配方中加入了氟化物、碳酸盐等扩散氢抑制剂，同时焊丝拉拔到成品尺寸后，对焊丝表面残留的润滑剂进行机械清理，并进行300～450℃的热处理，以进一步降低焊缝扩散氢，这对于减少焊缝中冷裂纹，防止焊缝金属出现掉块而引发的过早破坏具有重要作用。
本发明药芯成分的设计依据是:
C：是强烈的奥氏体化形成元素和降低Ms点元素。在堆焊材料的设计中，C是最重要的强化元素，同时也是致脆元素。C具有间隙固溶强化的作用，增加材料中C的含量，将促使孪晶马氏体的形成，增加碳化物数量，减少碳化物质点间距，增加二次硬化峰值，获得高的硬度。但C含量的增加会使材料的冲击韧度下降。
Cr：提高淬透性，产生固溶强化，促进M的形成，在铁铬合金中，当Cr含量在26%以内时，合金的冲击韧度会随着Cr含量的增加而增加，但超过26%，冲击韧度则会急剧下降。Cr的二次硬化峰值温度在500℃左右。
V：是强铁素体形成元素，由于其和碳、氮、氧具有强的结合力，将形成相应的稳定性很强的化合物，在钢中，V是主要的二次硬化元素，其峰值温度大约在600～625℃。少量的V可以细化晶粒，从而提高钢的强度和韧性，但是当其数量很大的时候，将损伤钢的韧性。
W：能增加淬透性，产生固溶强化，抑制回火脆性，适量的添加，有利于冲击韧度的提高。添加的钨元素，大部分分布在固溶体中，少量的进入到碳化物中，回火时间较长时，形成的碳化物相相对较多。W是提高钢的高温稳定性的重要元素之一。
Si：是强铁素体形成元素，Si除在铁素体和奥氏体中提高固溶强化的作用外，还具有脱氧作用，降低焊缝中的氧含量，从而降低氧对焊缝金属的不利作用。
Mn：是稳定奥氏体元素，降低Ms点，提高淬透性。此外，Mn还是良好的脱氧剂和脱硫剂，Mn与Si联合作用有利于降低焊缝中的氧含量，与S结合形成MnS，防止低熔点的FeS形成，防止焊缝金属中产生热裂纹的倾向，提高焊缝的抗热裂纹的能力。Mn和铁能够形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的强度和硬度，同时又是弱碳化物形成元素，取代渗碳体中的部分Fe，形成复合渗碳体。但是过量的Mn含量将使钢的晶粒粗化，使钢的延展性降低，韧性下降。
本发明中药芯焊丝的钢带采用碳含量小于0.05%的低碳钢带，其中控制钢带中杂质元素硫的含量小于0.008%，磷的含量小于0.015%，氮的含量小于50ppm。药粉的填充率为18%～28%,药粉的粒度为80～200目。将钢带卷成U型后加入药粉，封闭成O型，并拉拔至成品尺寸，成品焊丝的直径为3.2mm～5.0mm。
本发明提出一种包含预熔合金粉、扩散氢抑制剂并经过脱氢热处理的埋弧焊药芯焊丝，具有堆焊层金属合金元素分布均匀、碳化物呈弥散状、硬度均匀、杂质及扩散氢含量低，抗裂性好，抗热疲劳能力强，堆焊层硬度均匀耐磨性高、使用寿命长的特点。
具体实施方式
将表1中给出的各实施例中除矿物粉之外的合金粉通过气雾法制成预熔合金粉，与配方中的给定比例的矿物粉混合均匀后装入U型钢带卷，然后拉拔成直径为4.0mm的焊丝，用于热轧辊堆焊，得出相应表1给出的堆焊金属的硬度，堆焊金属的抗裂性高、耐磨性好。
表1实施例药芯成分及堆焊金属性能
Figure BDA0000437088790000031
本发明实施例中，各种原料的说明如下：
C：是强烈的奥氏体化形成元素和降低Ms点元素。在堆焊材料的设计中，C是最重要的强化元素，同时也是致脆元素。C具有间隙固溶强化的作用，增加材料中C的含量，将促使孪晶马氏体的形成，增加碳化物数量，减少碳化物质点间距，增加二次硬化峰值，获得高的硬度。但C含量的增加会使材料的冲击韧度下降。
Cr：提高淬透性，产生固溶强化，促进M的形成，在铁铬合金中，当Cr含量在26%以内时，合金的冲击韧度会随着Cr含量的增加而增加，但超过26%，冲击韧度则会急剧下降。Cr的二次硬化峰值温度在500℃左右。
V：是强铁素体形成元素，由于其和碳、氮、氧具有强的结合力，将形成相应的稳定性很强的化合物，在钢中，V是主要的二次硬化元素，其峰值温度大约在600～625℃。少量的V可以细化晶粒，从而提高钢的强度和韧性，但是当其数量很大的时候，将损伤钢的韧性。
W：能增加淬透性，产生固溶强化，抑制回火脆性，适量的添加，有利于冲击韧度的提高。添加的钨元素，大部分分布在固溶体中，少量的进入到碳化物中，回火时间较长时，形成的碳化物相相对较多。W是提高钢的高温稳定性的重要元素之一。
Si：是强铁素体形成元素，Si除在铁素体和奥氏体中提高固溶强化的作用外，还具有脱氧作用，降低焊缝中的氧含量，从而降低氧对焊缝金属的不利作用。
Mn：是稳定奥氏体元素，降低Ms点，提高淬透性。此外，Mn还是良好的脱氧剂和脱硫剂，Mn与Si联合作用有利于降低焊缝中的氧含量，与S结合形成MnS，防止低熔点的FeS形成，防止焊缝金属中产生热裂纹的倾向，提高焊缝的抗热裂纹的能力。Mn和铁能够形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的强度和硬度，同时又是弱碳化物形成元素，取代渗碳体中的部分Fe，形成复合渗碳体。但是过量的Mn含量将使钢的晶粒粗化，使钢的延展性降低，韧性下降。
药芯的制备方法：是将C、Cr、Mo、W、V和Ni系合金粉为气雾化法制造的成分均匀的预熔合金粉末，同时药芯中加入氟化物和/或碳酸盐；成品焊丝经过300～450℃的热处理。为提高堆焊层金属中合金元素的分布均匀性，采用了钢铁冶金中的气雾化法，采用气雾化法将药芯中的碳铬合金、锰铁、硅铁、金属镍、钒铁、钨铁、钼铁和铁粉接比例加入熔炉中熔化、雾化制成成分均匀的单一粉末，经过磁选、筛分、合批，再经过成分检验符合预定成分要求，就成为可用于制造药芯焊丝的合金粉末。
本发明中药芯焊丝的钢带采用碳含量小于0.05%的低碳钢带，其中控制钢带中杂质元素硫的含量小于0.008%，磷的含量小于0.015%，氮的含量小于50ppm。药粉的填充率为18%～28%,药粉的粒度为80～200目。将钢带卷成U型后加入药粉，封闭成O型，并拉拔至成品尺寸，成品焊丝的直径为3.2mm～5.0mm。
本发明的优越性在于堆焊层金属具有高抗裂性、良好的耐磨性和耐冷热疲劳能力，从而提高热轧辊的使用寿命。

Claims (3)

1.一种热轧辊堆焊埋弧药芯焊丝，其特征是药芯成分以重量百分比计为:5%～14%CaF2，0%～5%Na2SiF6，0%～5%BaCO3，0.1％～0.4％C，2.0%～5.5%Mn，14％～28％Cr，0.8%～6%Ni，2%～4.8%Si，0.6％～4.8％V，0.8％～7.2％W，2％～6％Mo，余量为Fe。
2.权利要求1的焊丝的制备方法，其特征是将C、Cr、Mo、W、V和Ni系合金粉为气雾化法制造的成分均匀的预熔合金粉末，同时药芯中加入氟化物和/或碳酸盐；成品焊丝经过300～450℃的热处理。
3.如权利要求1所述的堆焊药芯焊丝，其特征是药芯焊丝采用碳含量小于0.05%的低碳钢带；药芯成分的填充率为18%～28%,，药粉的粒度为80～200目；成品焊丝的直径为3.2mm～5.0mm。
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