一种挤压辊过渡层用自保护药芯焊丝的制作方法

一种挤压辊过渡层用自保护药芯焊丝
1.技术领域
2.本发明涉焊接材料技术领域，尤其涉及一种挤压辊过渡层用自保护药芯焊丝。


背景技术：

3.近年来我国的水泥工业发展迅速，水泥企业的生产规模日益扩大，企业对生产设备的利用也不断增加。辊压机是水泥生产中进行粉磨的关键设备，挤压辊是辊压机的核心部件，主要用于挤压生料和熟料。挤压辊在工作时承受着巨大的压力，而且还会受到物料的磨损，长期使用会使挤压辊受到严重破坏。由于其造价比较高，更换时间比较长，因此会给水泥生产企业带来经济损失。通过对挤压辊的堆焊修复，可以使受损的挤压辊再次正常使用，这样就减少了挤压辊的更换次数，提高了机器本身的利用率，节省了企业购买新设备的费用，降低了企业的生产成本，为企业创造了经济效益。
4.目前对于挤压辊耐磨层相关焊丝研究较多，而挤压辊过渡层自保护药芯焊丝研究报道较少。有文献表明采用c5、cr26、mn1.6、si0.6成分体系作为挤压辊过渡层焊接材料，但是其高碳成分使焊丝焊接性能变差，焊前必须将辊体预热至150℃，焊后保温环冷，其硬度在200-250hb，不足以抵抗使用过程中焊层受到的强大冲击力；另一体系采用高硬度合金层，使用过程中受冲击力作用，焊层极容易呈大块状剥落和脱离，导致辊面失效，且这种焊丝成本较高，利用价值低，亟待研发过渡层专用自保护药芯焊丝材料。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种挤压辊过渡层用自保护药芯焊丝，克服现有技术的不足，通过添加合金原料控制合金成分，最终形成高铬高锰奥氏体金属堆焊层，组织韧性好，在受外力作用时产生弹性变形吸收外加应力和能量，保证堆焊金属具有较好的抗疲劳能力，并且当受到外力冲击后，表层奥氏体组织受应力诱导作用转变为马氏体组织，表面硬度增加，既满足外层高硬度需要，为辊面耐磨层提供强有力支撑，又不使内部产生裂纹和裂纹扩展，表现其高抗压强度和高冲击韧性，从而提高堆焊层抗冲击和耐磨损的性能，用于挤压辊过渡层再制造和修复。
6.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：一种挤压辊过渡层用自保护药芯焊丝，包括药芯和冷轧低碳钢带组成，其特征在于，药芯成分按重量百分比为：c 0.3-1%，cr 8-15%，mn 6-11%，si 0.3-1%，mo 0.3-1%，nb 1-3%，k4tio
4 0.7-1.5%，al 0.2-0.6%，稀土元素0.5-1.2%，其余为铁及不可避免的杂质；冷轧低碳钢带中的碳含量＜0.03%；药芯在冷轧低碳钢带制成的冷拔焊丝管体中的装填系数45%-50%；焊丝线径为φ2.8mm、φ3.2mm、φ4.0mm中的任一种，焊丝堆焊两层后，硬度为hrc42
±
4，室温下夏比v型缺口冲击吸收功≥170j。
7.所述药芯中铬成分通过高碳铬铁粉、微碳铬铁粉、金属铬粉中任一种或任两种以
上向过渡层过渡获得；所述药芯焊丝中铬成分按重量百分比为9%-14%。
8.所述药芯中锰成分通过中碳锰铁、金属锰、锰硅合金中任一种或两种组合向过渡层过渡获得；所述药芯焊丝中锰成分按重量百分比为7%-10%。
9.所述药芯中硅成分通过硅合金粉向过渡层过渡获得；所述药芯焊丝中硅成分按重量百分比为0.4%-0.9%。
10.所述药芯中钼成分通过添加钼铁粉向过渡层过渡获得，药芯焊丝中钼成分按重量百分比为0.45%-0.85%。
11.所述药芯中铌成分通过添加铌铁向过渡层过渡获得，药芯焊丝中铌成分按重量百分比为1.2%-2.6%。
12.所述药芯中铝成分通过添加纯铝粉向过渡层过渡获得；所述药芯焊丝中铝成分按重量百分比为0.3%-0.5%。
13.所述药芯焊丝中k4tio4的成分按重量百分比为0.8%-1.4%。
14.所述药芯焊丝中稀土元素为ce、la或稀土合金中的任一种，其成分按重量百分比为0.6%-1.1%。
15.本发明的工作原理是：本发明所述过渡层形成的组织主要为奥氏体组织 弥散碳化物硬质相，通过控制cr和mn元素的加入，使堆焊层金属属于高铬高锰型奥氏体堆焊金属，其特点是面心立方晶格的奥氏体组织，该奥氏体组织的韧性好，在受外力作用时可以产生弹性变形吸收外加应力和能量，保证堆焊金属具有较好的抗疲劳能力，并且当受到外力冲击后，表层奥氏体组织受应力诱导作用会转变为马氏体组织，使表面硬度增加，但其内部组织仍为奥氏体组织，心部硬度低，形成一个表硬心软的配合，使既满足外层高硬度需要，为辊面耐磨层提供强有力支撑，又不使内部产生裂纹和裂纹扩展，表现其高抗压强度和高冲击韧性。过渡层中mn虽然是比较弱的奥氏体形成元素，但是稳定奥氏体的作用很强。mn可以扩大奥氏体相区，并使奥氏体向铁素体的转变向低温移动，过渡层中mn的含量很高，因此使得奥氏体的转变温度大幅度的下降，最后只得到单相奥氏体。其次，堆焊层中碳含量也很少，析出相m7c3很少，只有少部分γ相与析出相m7c3发生包晶转变，组织中大部分仍为γ相。nb元素属于强碳化物形成元素，在高温下优先与c形成高硬度、高耐磨的碳化物，强化熔覆金属的碳化物，增加了抗磨损程度；很少部分nb强化了基体，细化晶粒，促使合金体系向奥氏体转化，使基体组织有足够的韧性，防止在磨损过程中掉块。nb元素与高cr、高mn配合，硬度较低的奥氏体和形变诱导马氏体组织对高硬度nbc起到支撑作用，则能保证焊层具有优良综合力学性能。稀土元素的增加一方面减少了晶体缺陷，即降低了裂纹萌发的可能性，另一方面增加了境界总面积，使裂纹扩展驱动力消失，遏制了裂纹的进一步扩展，，极大地抑制了高合金含量高硬度而易引起的显微裂纹的产生和扩展。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果为：1）采用新型fe-c-cr-mn-nb体系用于挤压辊过渡层堆焊材料，过渡层的组织主要为奥氏体组织 弥散碳化物硬质相，具有较高的综合力学性能，堆焊两层后，硬度为hrc42
±
4，室温下夏比v型缺口冲击吸收功≥170j；2）过渡层金属在服役过程中，在受外力作用下，自发由奥氏体组织部分诱变为硬度更高的马氏体组织，使整体具有表硬心韧的结构；3）满足堆焊两层以上的使用要求，焊层金属具有高塑性和高韧性，能够有效阻止辊面的疲劳裂纹和焊接裂纹向辊体延伸、扩展，有效保护辊体不受损
坏，延长使用寿命。
附图说明
17.图1是本发明实施例1的舍弗勒组织图。
18.具体实施方式：下面结合实施例和附图对本发明的实施方式作进一步说明：下面将详细地描述本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
19.实施例1一种挤压辊过渡层用自保护药芯焊丝，包括药芯和冷轧低碳钢带组成，实施例中各成分元素通过添加微碳铬铁、中碳锰铁、高碳锰铁、45#硅铁、钼铁粉、铌铁粉、钛酸钾、铝粉、稀土元素、铁粉等原料获得，药芯焊丝成分按重量百分比为 c 0.43%，cr 12.29%，mn 8.2%，si:0.76%，mo 0.74%，nb 1.96%，k4tio
4 1.3%，al 0.50%，稀土元素 0.87%，余量为fe及杂质。冷轧低碳钢带中的碳含量0.0265%；药芯在冷轧低碳钢带制成的冷拔焊丝管体中的装填系数46.9%；焊丝线径为φ2.8mm。
20.nieq(%)=ni 30c 0.5mn
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公式1creq(%)=cr mo 1.5si 0.5nb
ꢀꢀ
公式2按公式1、公式2计算得出creq=15.15，nieq=17，计算结果如图1落在奥氏体相区内，也与实际金相组织图观察结果一致。
21.实施例1已在辽宁某水泥厂挤压辊上应用。目前已在线运行超过6300h，过渡层焊丝与打底层及耐磨层金属结合良好，焊层无显微裂纹，堆焊两层后硬度为hrc42
±
4，室温下夏比v型缺口冲击吸收功约185j。
22.实施例2一种挤压辊过渡层用自保护药芯焊丝，包括药芯和冷轧低碳钢带组成，实施例中各成分元素通过添加微碳铬铁、高碳铬铁、高碳锰铁、电解锰、锰硅合金粉、钼铁粉、铌铁粉、钛酸钾、铝粉、稀土元素、铁粉等原料获得，药芯焊丝成分按重量百分比为c 0.62%，cr 13.86%，mn 9.19%，si 0.56%，mo 0.59%,，nb 1.5%，k4tio
4 0.9%，al 0.25%，稀土元素 0.7%，余量为fe及杂质。线径φ3.2mm，装填系数49.3%。
23.堆焊两层hrc40.6
±
2.2，室温下夏比v型缺口冲击吸收功为175j。
24.实施例3一种挤压辊过渡层用自保护药芯焊丝，包括药芯和冷轧低碳钢带组成，实施例中各成分元素通过添加微微碳铬铁、高碳铬铁、金属铬粉、高碳锰铁、电解锰、锰硅合金粉、钼铁粉、铌铁粉、钛酸钾、铝粉、稀土元素、铁粉等原料获得，药芯成分按重量百分比为：c 0.76%，cr 14.2%，mn 7.6%，si 0.66%，mo 0.69%，nb 2.2%，k4tio
4 1.22%，al 0.42%，稀土元素 0.5%，余量为fe及杂质。线径φ4.0mm，装填系数47.9%。
25.堆焊两层hrc45
±
1.3，室温下夏比v型缺口冲击吸收功为170j。
26.对比例1本对比例除了将稀土元素替换为等质量的铁粉外，其他条件均与实施例1相同。
27.堆焊两层后表明硬度略低于实施例1，且堆焊层金属表面有肉眼可见裂纹，焊接过程有轻微爆裂声音产生。
28.对比例2本对比例除了将铌元素替换为等质量的铁粉外，其他条件均与实施例1相同。
29.堆焊两层后焊层金属硬度为hrc30，对焊层显微裂纹明显。
30.申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。