CN110480205A - 连铸机结晶器足辊堆焊用明弧自保护药芯焊丝及其制法 - Google Patents

连铸机结晶器足辊堆焊用明弧自保护药芯焊丝及其制法 Download PDF

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Abstract

一种连铸结晶器足辊堆焊用明弧自保护药芯焊丝，由药粉和低碳钢钢带组成。药粉占焊丝总重量为38～44％，药粉各组分占药粉的质量百分比为：4～6.5％金属镍粉，1～2.6％钼铁，1～1.2％铌铁，19.5～26％微碳铬铁，1.2～2.6％氮化铬，0.8～1.5％45#硅铁，1.8～3.1％电解锰，0.12～0.26％氟铝酸钠，1.0～2.6％白云石，4～6.5％金红石，1.5～3.6％萤石，其余为铁粉。基本材料为冷轧低碳钢带，含碳量为0.05～0.08％。药芯焊丝焊接工艺性能优良，成型美观，飞溅较小，堆焊层金属为铬、镍、钼低碳合金，高温强度高，抗氧化，耐腐蚀和耐热疲劳性能优良。

Description

连铸机结晶器足辊堆焊用明弧自保护药芯焊丝及其制法
技术领域
本发明属于堆焊技术领域，特别涉及一种用于堆焊连铸结晶器足辊的明弧自保护药芯焊丝及其制备方法。
背景技术
连铸辊是连铸设备中主要的消耗部件，连铸辊包括足辊、支撑导向辊、弯曲段连铸辊、弧形段连铸辊、矫直段连铸辊和水平段连铸辊。其中结晶器足辊的工况条件最为苛刻。一方面足辊承受带有液芯的高温铸坯的鼓肚力和静压力，因此工作温度最高，辊体冷却条件较差，易产生辊面高温氧化，同时上部喷水区由于保护渣的大量氟离子和氢离子生成氢氟酸的酸蚀作用，辊面易产生高温氧化腐蚀。足辊直径小，刚度较差，易产生弯曲变形，因此足辊的失效机理以辊面氧化腐蚀和弯曲变形为主。
传统的足辊制造方式是在辊坯表面埋弧堆焊Cr13系马氏体不锈钢，但由于其抗冷热疲劳和抗腐蚀性能不足以及埋弧堆焊工艺的限制，足辊在使用过程中表面易出现晶界腐蚀以及环状裂纹，严重降低了使用寿命。
与埋弧焊对比，明弧堆焊的主要特点是对工件的热输入量少，工件变形程度小，特别适合于小辊径和空心辊道的堆焊，焊接工艺更加简单，不需要进行焊前焊后热处理，节省能源，熔敷效率高，稳定性强，熔敷层硬度均匀。
发明内容
鉴于目前连铸结晶器足辊堆焊出现的问题，应选用耐腐蚀、抗高温氧化和较高的高温强度的堆焊材料。本发明的目的是提供一种用于堆焊连铸结晶器足辊的明弧自保护药芯焊丝及其制备方法，以提高足辊的使用寿命。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种连铸结晶器足辊堆焊用明弧自保护药芯焊丝，由药粉和低碳钢钢带组成。药粉占焊丝总重量为38～44％，药粉各组分占药粉的质量百分比为：4～6.5％金属镍粉，1～2.6％钼铁，1～1.2％铌铁，19.5～26％微碳铬铁，1.2～2.6％氮化铬，0.8～1.5％45#硅铁，1.8～3.1％电解锰，0.12～0.26％氟铝酸钠，1.0～2.6％白云石，4～6.5％金红石，1.5～3.6％萤石，其余为铁粉。基本材料为冷轧低碳钢带，含碳量为0.05～0.08％。
其中金属镍粉向堆焊熔敷层提供Ni元素，Ni能够扩大γ区，即使C含量很低的情况下，也能保证熔覆层获得稳定的马氏体组织，同时Ni能够提高马氏体的抗回火能力以及增加其高温韧性。钼铁，含Mo量为55～60％，向堆焊熔敷层提供Mo元素，主要是增加回火稳定性和高温强度。铌铁，含Nb量为62～66％，向堆焊熔敷层提供Nb元素，主要是增加铌碳化物的析出，提高高温强度和耐磨性。微碳铬铁向堆焊熔覆层过渡Cr元素和C元素，其含碳量为0.06～0.08％，含铬量为65～68％，Cr的作用是提高钢中马氏体的电极电位，在高温下使表面形成Cr的氮化物以提高抗氧化性。氮化铬，含Cr量为60％，含N量为5.2％，主要向熔敷层金属提供Cr和N元素。硅铁和电解锰中的Si和Mn元素有利于脱氧，并向熔敷层过度一定量的Si和Mn。其余矿石粉料如氟铝酸钠、白云石、金红石、萤石等主要起到稳弧、造渣和造气作用。
药芯焊丝的直径为2.4mm。
所述的药芯焊丝制备方法步骤如下：
1.将各药粉按照如上所述的质量百分比配置得到混合后药粉，混合搅拌30～50分钟后入炉烘干，烘粉温度300～350℃，时间为3～5小时。
2. 0.3mm×16mm的低碳不锈钢带经清洗、烘干后轧制成U型。
3.向U型槽中充填药粉，药粉占焊丝总重量为38～44％。
4.U型槽轧合成圆型，再经连续的轧制和拉拔减径处理，最终得到直径为2.4的焊丝，即为所述的连铸结晶器足辊堆焊用明弧自保护药芯焊丝。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：一种连铸结晶器足辊堆焊用明弧自保护药芯焊丝，焊接工艺性能优良，成型美观，飞溅较小，堆焊层金属为铬、镍、钼低碳合金，高温强度高，抗氧化，耐腐蚀和耐热疲劳性能优良。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：将5kg金属镍粉，1.5kg钼铁，1.1kg铌铁，21kg微碳铬铁，1.8kg氮化铬，1.2kg45#硅铁，2kg电解锰，0.2kg氟铝酸钠，1.2kg白云石，4.2kg金红石，1.8kg萤石，0.5kg铁粉充分混合搅拌30分钟后入炉烘干，烘粉温度320℃，时间为3小时。采用0.3mm×16mm的低碳不锈钢包裹药粉，钢带经清洗、烘干后轧制成U型，然后向其中充填药粉，填充率为41.5％。U型槽轧合成圆型，再经连续的轧制和拉拔减径处理，最终得到直径为2.4的成品焊丝。
实施例2：将4.6kg金属镍粉，1.6kg钼铁，1.2kg铌铁，21kg微碳铬铁，2kg氮化铬，1.1kg45#硅铁，1.8kg电解锰，0.2kg氟铝酸钠，1.2kg白云石，4.5kg金红石，1.8kg萤石，1kg铁粉充分混合搅拌30分钟后入炉烘干，烘粉温度320℃，时间为3小时。采用0.3mm×16mm的低碳不锈钢包裹药粉，钢带经清洗、烘干后轧制成U型，然后向其中充填药粉，填充率为42％。U型槽轧合成圆型，再经连续的轧制和拉拔减径处理，最终得到直径为2.4的成品焊丝。
实施例3：将5kg金属镍粉，2kg钼铁，1.2kg铌铁，21.5kg微碳铬铁，1.8kg氮化铬，1kg45#硅铁，1.8kg电解锰，0.2kg氟铝酸钠，1.2kg白云石，4.2kg金红石，1.5kg萤石，0.6kg铁粉充分混合搅拌30分钟后入炉烘干，烘粉温度320℃，时间为3小时。采用0.3mm×16mm的低碳不锈钢包裹药粉，钢带经清洗、烘干后轧制成U型，然后向其中充填药粉，填充率为42％。U型槽轧合成圆型，再经连续的轧制和拉拔减径处理，最终得到直径为2.4的成品焊丝。
实施例4：将4.8kg金属镍粉，2kg钼铁，1.2kg铌铁，19.6kg微碳铬铁，1.6kg氮化铬，1.2kg45#硅铁，1.8kg电解锰，0.2kg氟铝酸钠，1.2kg白云石，4.3kg金红石，1.9kg萤石，1.2kg铁粉充分混合搅拌30分钟后入炉烘干，烘粉温度320℃，时间为3小时。采用0.3mm×16mm的低碳不锈钢包裹药粉，钢带经清洗、烘干后轧制成U型，然后向其中充填药粉，填充率为41％。U型槽轧合成圆型，再经连续的轧制和拉拔减径处理，最终得到直径为2.4的成品焊丝。
实施例5：将4.5kg金属镍粉，2kg钼铁，1.2kg铌铁，21kg微碳铬铁，1.8kg氮化铬，1.4kg45#硅铁，2kg电解锰，0.2kg氟铝酸钠，1.2kg白云石，4.1kg金红石，1.8kg萤石，0.8kg铁粉充分混合搅拌30分钟后入炉烘干，烘粉温度320℃，时间为3小时。采用0.3mm×16mm的低碳不锈钢包裹药粉，钢带经清洗、烘干后轧制成U型，然后向其中充填药粉，填充率为42％。U型槽轧合成圆型，再经连续的轧制和拉拔减径处理，最终得到直径为2.4的成品焊丝。
将上述实例所制成的药芯焊丝分别用于连铸结晶器足辊堆焊，焊接工艺性能、堆焊层硬度如表1所示。
表1：各实施例产品性能指标
实施例编号 1 2 3 4 5
焊接工艺性能 良好 良好 良好 良好 良好
熔敷层硬度/HRC 43.4 42.9 44.1 43.6 43.8
裂纹 无 无 无 无 无
气孔 无 无 无 无 无
可见本发明的连铸结晶器足辊堆焊明弧自保护药芯焊丝工艺性能优异，熔敷层硬度适中。经实际连铸工艺考核，过钢量和使用寿命明显优于传统埋弧堆焊的结晶器足辊，下线辊子辊面无明显疲劳剥落和氧化腐蚀。

Claims (2)

1.一种连铸机结晶器足辊堆焊用明弧自保护药芯焊丝，由药粉和低碳钢钢带组成，其特征在于，所述药粉占焊丝总重量的38～44％，其中药粉各组分占药粉的重量百分比为：4～6.5％金属镍粉，1～2.6％钼铁，1～1.2％铌铁，19.5～26％微碳铬铁，1.2～2.6％氮化铬，0.8～1.5％45#硅铁，1.8～3.1％电解锰，0.12～0.26％氟铝酸钠，1.0～2.6％白云石，4～6.5％金红石，1.5～3.6％萤石，其余为铁粉。
2.根据权利要求1所述的一种连铸机结晶器足辊堆焊用明弧自保护药芯焊丝，其特征在于，所述低碳钢钢带的含碳量在0.05～0.08％范围内。
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