CN113714681B - 一种板坯结晶器足辊用药芯焊丝及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种板坯结晶器足辊用药芯焊丝及其制作方法，药芯焊丝包括药皮和药芯，所述药皮为占焊丝总量60‑62％的钢带，所述药芯占焊丝总量的38‑40％。药芯包括如下质量百分比的各组份：镍粉11‑16％、钨粉4‑8％、钼粉3.0‑5.0％、铬粉40‑45％、钴粉5‑7％、稀土硅铁粉0.5‑0.75％、氮化铬铁粉2.5‑3.5％、冰晶粉2.0‑3.0％，余量为铁粉和不可避免的杂质。本发明制作的板坯结晶器足辊用药芯焊丝，具有抗高温回火性、高熔点、高温强度高、抗热疲劳性优良的特点。

Description

一种板坯结晶器足辊用药芯焊丝及其制作方法
技术领域
本发明涉及焊接材料技术领域，尤其涉及一种板坯结晶器足辊用药芯焊丝及其制作方法。
背景技术
板坯连铸技术是将冶炼合格的钢水成型为板坯的过程。板坯连铸生产线是实施这一过程的工艺技术装备。从板坯生产的工艺技术来说，板坯结晶器接受钢水，使之与结晶器内壁接触的钢水凝固成一层薄壳，在结晶器的振动及重力作用下，这层薄壳盛载着芯部的钢水缓缓地从结晶器的下沿出口挽出，接下来这样一个外层为一薄壳而芯部为高温钢水的物体，被结晶器下沿的宽边足辊、窄边足辊撑护着，并以1.5～1.7m/min的速度经过宽边足辊、窄边足辊；弯曲段内弧、外弧连铸辊；弧形段内弧、外弧连铸辊，水平段上、下连铸辊的撑护及挤压完成了板坯截面结晶凝固的过程，成型为板坯。这样一条全部由辊子组成的数十米长的板坯生产线，不同区域的辊子的工况条件差别很大。结晶器出口处的足辊接触红钢的温度约为1400℃，且承受冷却水的喷淋；而水平段的连铸辊接触红钢的温度约为900℃，也承受冷却水的喷淋。传统的制作技术对上述所有辊子表面工作层设计选用414药芯焊丝堆焊而成。用414药芯焊丝的熔覆金属成分为下表一所示，堆焊的足辊工作层在过钢量4～6万吨(也有1.5～2.5万吨)工作面产生熔蚀、龟裂而失效。
传统技术414药芯焊丝熔覆金属的主要合金元素化学成份 表一
成分 ≤C ≥Mn ≥Cr ≥Ni ≥Mo
数据 0.12 1.1 13.5 3.5 1
为了提高结晶器足辊使用寿命，对其工作层的堆焊材料提出了新的要求。
发明内容
本发明旨在解决传统工艺技术中存在的技术问题。为此，本发明提供一种板坯结晶器足辊用药芯焊丝及其制作方法，目的是解决传统工艺技术的药芯焊丝在板坯结晶器足辊应用中工作层寿命低的问题。
基于上述目的，本发明提供了一种板坯结晶器足辊用药芯焊丝，包括药皮和药芯，所述药皮为占焊丝总量60-62％的钢带，所述药芯占焊丝总量的38-40％。药芯包括如下质量百分比的各组份：镍粉11-16％、钨粉4-8％、钼粉3.0-5.0％、铬粉40-45％、钴粉5-7％、稀土硅铁粉0.5-0.75％、氮化铬铁粉2.5-3.5％、冰晶粉2.0-3.0％，余量为铁粉和不可避免的杂质。
优选的，所述药皮为厚度0.5mm，宽15mm的08Al低碳钢带。
优选的，所述镍粉的粒度为60-120目，钨粉的粒度为100-120目，钼粉的粒度为100-120目，铬粉的粒度为80-100目，钴粉的粒度为150-200目，稀土硅铁粉为80-100目的钇基稀土硅铁粉，氮化铬铁的粒度为80-100目，冰晶粉为粒度150-200目的K3AlF6，铁粉的粒度为80-100目。
本发明还提供所述板坯结晶器足辊用药芯焊丝的制作方法，包括如下步骤：
步骤一、按配方量称取药芯组分，依次经混料、烘烤、布料成型后得药芯；
步骤二、输送钢带至轧槽，之后依次经喂药、模具包边后，采用制丝机成型。
所述步骤一中混料采用拌粉器混拌8h，烘烤是将混料后的混合料装盘进箱式电阻炉以150-250℃烘烤8h。
所述步骤二中采用拉拔卷丝驱动式的制丝机，药芯焊丝成型后经两次拉拔减径。
所述药芯焊丝采用埋弧堆焊焊结工艺，电源为直流变频，正向反接，焊结电压32-36V，电流300-360A，焊结速度550-650mm/min，焊剂为市售170烧结焊剂。
药芯焊丝的熔覆金属包括如下质量分数的化学成分：C：0.04-0.06％；N：0.06-0.1％；Ni：4-6％；Cr：14-16％；Mo：1-1.8％；W：1.5-3％；Co：1.9-2.7％；Mn：0.3-0.45％；Si：0.2-0.3％；Re：0.02-0.05％，余量为铁粉和不可避免的杂质元素。
本发明的药芯焊丝同样适用于板坯连铸生产线临近足辊的弯曲段内弧、外弧连铸辊。
本发明中，优选抗氧化元素Ni、Cr作为药芯焊丝的药芯组份，使焊丝的熔覆金属具有抗高温氧化性及抗热疲劳性。优选W、Mo、Co作为焊丝的药芯组份是使焊丝的熔覆金属具有高熔点，高温强度高，抗高温回火，抗热疲劳性高。优选的稀土是以稀土硅的方式加入作为焊丝的药芯组份，稀土是表面活性元素，具有去除有害元素磷P、硫S，变质(即改变夹质物的形态及分布)、细化晶粒。优选的N是以氮化铬铁的形式配入作为焊丝的药芯组份，氮的原子半径与碳相近，部分的取代C元素使熔覆金属有高的强度、硬度且不失韧性。优选的冰晶粉(K3AlF6)作为焊丝药芯组份是净化焊结熔池及造渣，钾为表面活性元素参与焊结熔池的冶金反应，具有细化晶粒，去除有害元素的作用。优选的雾化铁粉作为焊丝药芯的组份是配比之需。
本发明的有益效果：
1、本发明制作的板坯结晶器足辊用药芯焊丝，具有适当的硬度、韧性，同时具有高熔点、高温强度高、抗高温回火、抗热疲劳性优良的特点。
2、本发明采用低碳钢带(08Al)作为药芯焊丝的药皮材料，对焊丝制作的成型性好，且碳C、硫S、磷P低。
3、本发明优化药芯焊丝各组元的设计，以达到诸元素满足结晶器足辊工况条件较佳的配伍。
4、本发明制作的板坯连铸结晶器足辊用药芯焊丝，制作的足辊在某钢铁公司服役多年，足辊过钢量23～28万吨。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为某钢厂过钢量2.1万吨失效下线的结晶器窄边足辊实物图片；
图2为本发明的板坯连铸结晶器足辊药芯焊丝制作的工艺流程图；
图3为采用本发明药芯焊丝的某钢厂过钢量27万吨下线后的结晶器宽边足辊实物图片。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
需要说明的是，除非另外定义，本发明实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
针对传统技术的药芯焊丝在结晶器足辊工作层应用中表现出抗高温回火性差(高温下硬度降低)、熔点低、高温强度低、抗热疲劳性差的问题，本发明优化药芯焊丝各组元的设计，以达到诸元素满足结晶器足辊工况条件较佳的配伍。在诸元素的配伍中首先考虑的问题是：有害元素的去除与有益元素的添加同等重要。如有害元素硫(S)、磷(P)对焊丝熔覆金属熔点和抗热疲劳性能影响是显著的。对此除优选原材料，严控(S)、磷(P)带入量，对不可避免的带入量设法去除，对不可去除的残留量，设法使其改性(即应用变质技术)。优化配入一定量的提高熔覆金属熔点、热强度及抗高温回火、抗热疲劳性的有效元素，如钨(W)、钼(Mo)、钴(Co)；优化配入一定量的抗氧化元素镍(Ni)、铬(Cr)；对熔覆金属硬度的提高和韧性的降低影响较大的元素碳(C)、硅(Si)合理控制。加入一定的氮(N)元素以弥补碳(C)的降低而影响强度及硬度，且韧性损失少。
为此，本发明提供了一种板坯结晶器足辊用药芯焊丝，包括药皮和药芯，所述药皮为占焊丝总量60-62％的钢带，所述药芯占焊丝总量的38-40％，药芯包括如下质量百分比的各组份：镍粉11-16％、钨粉4-8％、钼粉3-5.0％、铬粉40-45％、钴粉5-7％、稀土硅铁粉0.5-0.75％、氮化铬铁粉2.5-3.5％、冰晶粉2.0-3.0％，余量为铁粉和不可避免的杂质。
本发明中，优选低碳钢带(08Al)作为药芯焊丝的药皮材料，其有益之处是，对焊丝制作的成型性好，且碳(C)、硫(S)、磷(P)低。作为一种可选的实施方式。优选的，药皮为厚度0.5mm，宽15mm的08Al低碳钢带，占焊丝总量的60-62％。
为限制有害元素的代入，尽可能优选纯金属粉末(雾化法、电解法)作为药芯的组份，纯金属粉末比其他铁合金纯净，有害元素少。
本发明的配方中，优选的抗氧化元素，镍(Ni)、铬(Cr)作为药芯焊丝的药芯组份，使焊丝的熔覆金属具有抗高温氧化性及抗热疲劳性。优选的钨(W)、钼(Mo)、钴(Co)作为焊丝的药芯组份是使焊丝的熔覆金属具有高熔点，高温强度高，抗高温回火，抗热疲劳性高。优选的稀土(Re)是以稀土硅铁的方式加入作为焊丝的药芯组份，稀土(Re)是表面活性元素，具有去除有害元素磷P、硫S，变质(即改变夹质物的形态及分布)、细化晶粒。优选的氮(N)是以氮化铬铁的方式配入作为焊丝的药芯组份，氮的原子半径与碳相近，部分的取代碳(C)元素使熔覆金属有高的强度且韧性损失少。优选的冰晶粉(K3AlF6)作为焊丝药芯组份是净化焊结熔池及造渣，钾为表面活性元素参与焊结熔池的冶金反应，具有细化晶粒，去除有害元素的作用。优选的雾化铁粉作为焊丝药芯的组份是配比之需。
本发明中，优选焊丝的药芯组份重量配比及相应粒度如下表二所示。
药芯组份的配比及工艺技术指标表二
Figure GDA0003889432490000071
本发明中，药芯焊丝的药芯处理工艺流程是：先用电子秤精确称量表二规定的药芯组份配比，之后采用拌粉器混拌8小时，然后装装盘(厚度30-50mm)近箱式电阻炉以150-250℃烘烤8小时，再装到焊丝机布料器料斗内，经过布料成型后得到药芯。药芯经混拌后从器料卸开始，至布料成型工序，所有移动药芯过程的操作，不允许使药芯物料有相对运动的操作，以避免药芯物料各组元因相对运动而产生的偏析。
药芯焊丝的制作方法流程为：输送钢带→轧槽→喂药→模具包边→拉拔卷丝驱动式的制丝机成型。药芯焊丝成型后经两次拉拔减径，使内部粉料致密，焊丝表面光滑圆整，尺寸精确，以利于焊结工艺。
本发明中，制作的板坯连铸辊专用药芯焊丝，采用埋弧堆焊焊结工艺，优选107烧结焊剂，电源为直流变频，正向反接，焊结电压32-36V，电流300-360A，焊结速度550-650mm/min。药芯焊丝的熔覆金属包括如下质量分数的化学成分：C：0.04-0.06％；N：0.06-0.1％；Ni：4-6％；Cr：14-16％；Mo：1-2％；W：1.5-3％；Mn：0.3-0.6％；Co：1.9-2.7％；Si：0.2-0.3％；Re：0.02-0.03％。
下面通过具体的优选实例进行说明。
实施例1
一种板坯结晶器足辊用药芯焊丝，包括药皮和药芯，药皮为占焊丝总量62％的钢带，药芯占焊丝总量的38％，药芯包括如下质量百分比的各组份：镍粉12％、钨粉6.0％、钼粉3.5％、铬粉41.5％、钴粉5.5％、稀土硅铁粉0.6％、氮化铬铁3.0％、冰晶粉2.5％，余量为铁粉和不可避免的杂质。其中，各成分的纯度如表一中所示。
药芯焊丝的药芯处理工艺流程是：先用电子秤按配方量精确称量药芯组份，之后采用拌粉器混拌8小时，然后装盘(厚度40mm)进箱式电阻炉以200℃烘烤8小时，再装到焊丝机布料器料斗内，经过布料成型后得到药芯。药芯经混拌后从卸料开始，至布料成型工序，所有移动药芯过程的操作，不允许使药芯物料有相对运动的操作，以避免药芯物料各组元因相对运动而产生的偏析。
药芯焊丝的制作方法流程为：输送钢带→轧槽→喂药→模具包边→拉拔卷丝驱动式的制丝机成型。药芯焊丝成型后经两次拉拔减径。
本实施例1制作的板坯结晶器足辊专用药芯焊丝，采用埋弧堆焊焊结工艺，选择107烧结焊剂，电源为直流变频，正向反接，焊结电压35V，电流350A，焊结速度600mm/min。焊丝的熔覆金属包括如下质量分数的化学成分：C：0.05％；N：0.08％；Ni：4.2％；Cr：15.1％；Mo：1.26％；W：1.05％；Mn：0.35％；Co：2.1％；Si：0.25％；Re：0.025％，余量为铁及不可避免的其它杂质元素。
对比例1
一种板坯结晶器足辊用药芯焊丝，包括药皮和药芯，药皮为占焊丝总量60％的钢带，药芯占焊丝总量的40％，药芯包括如下质量百分比的各组份：镍粉10％、钨粉3.5％、钼粉2.5％、铬粉32.0％、钴粉4.0％、稀土硅铁粉0.4％、氮化铬铁2.0％、冰晶粉2.5％，余量为铁和不可避免的杂质。其中，各成分的纯度如表一中所示。药芯焊丝的制作方法流程如实施例1中所述。
对比例1制作的药芯焊丝的焊结工艺与实施例1相同，不同点在于，其熔覆金属为：C：0.05％；N：0.05％；Ni：3.75％；Cr：12.3％；Mo：0.95％；W：1.32％；Mn：0.35％；Co：1.51％；Si：0.23％；Re：0.018％，余量为铁和不可避免的杂质。
将实施例1的药芯焊丝制作的足辊在某钢铁公司服役多年，足辊过钢量23～28万吨。图3为采用实施例1的药芯焊丝某钢厂过钢量27万吨下线后的结晶器宽边足辊实物图片。
实践表明，本发明能够有效延长结晶器足辊工作面的使用寿命。而对比例1制作的药芯焊丝用于结晶器足辊工作面,使用寿命相对于实施例1较低。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种板坯结晶器足辊用药芯焊丝，包括药皮和药芯，其特征在于，所述药皮为占焊丝总量60-62%的钢带，所述药芯占焊丝总量的38-40%，药芯包括如下质量百分比的各组份：镍粉11-16%、钨粉4-8%、钼粉3.0-5.0%、铬粉40-45%、钴粉5-7%、稀土硅铁粉0.5-0.75%、氮化铬铁粉2.5-3.5%、冰晶粉2.0-3.0%，余量为铁粉和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述板坯结晶器足辊用药芯焊丝，其特征在于，所述药皮为厚度0.5mm，宽15mm的08Al低碳钢带。
3.根据权利要求1所述板坯结晶器足辊用药芯焊丝，其特征在于，所述镍粉的粒度为60-120目，钨粉的粒度为100-120目，钼粉的粒度为100-120目，铬粉的粒度为80-100目，钴粉的粒度为150-200目，稀土硅铁粉为80-100目的钇基稀土硅铁粉，氮化铬铁的粒度为80-100目，冰晶粉为粒度150-200目的K3AlF6，铁粉的粒度为80-100目。
4.根据权利要求1-3任一项所述板坯结晶器足辊用药芯焊丝的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、按配方量称取药芯组分，依次经混料、烘烤、布料成型后得药芯；
步骤二、输送钢带至轧槽，之后依次经喂药、模具包边后，减径拉丝成型。
5.根据权利要求4所述板坯结晶器足辊用药芯焊丝的制作方法，其特征在于，所述步骤一中混料采用拌粉器混拌8h，烘烤是将混料后的混合料装盘进箱式电阻炉以150-250℃烘烤8h。
6.根据权利要求4所述板坯结晶器足辊用药芯焊丝的制作方法，其特征在于，所述步骤二中采用拉拔卷丝驱动式的制丝机，药芯焊丝成型后经两次拉拔减径。
7.根据权利要求4所述板坯结晶器足辊用药芯焊丝的制作方法，其特征在于，所述药芯焊丝采用埋弧堆焊焊接工艺，电源为直流变频，正向反接，焊接电压32-36V，电流300-360A，焊接速度550-650mm/min。
8.根据权利要求7所述板坯结晶器足辊用药芯焊丝的制作方法制作药芯焊丝的焊接方法，其特征在于，药芯焊丝的熔覆金属包括如下质量分数的化学成分：C：0.04-0.06%；N：0.06-0.1%；Ni：4-6%；Cr：14-16%；Mo：1-1.8%；W：1.5-3%；Co：1.9-2.7%；Mn：0.3-0.45%；Si：0.2-0.3%；Re：0.02-0.05%，余量为铁和不可避免的杂质元素。
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