一種鐵基自保護(hù)藥芯焊絲及其所制備的堆焊合金和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于材料加工焊接材料領(lǐng)域，特別涉及一種鐵基自保護(hù)藥芯焊絲及其所制 備的堆焊合金和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 磨煤機(jī)的磨輥輥套和磨盤襯瓦是電廠易磨損的工件之一，隨著現(xiàn)代用電量的需求 增加，電廠負(fù)荷越來越大，這些易磨損工件的制造和修復(fù)問題越來越突出。目前一般有兩種 制造方法，一種是整體或分塊采用高鉻鑄鐵鑄造的方式另一種是采用鑄鋼堆焊的方式進(jìn)行 生產(chǎn)。鑄造和堆焊的工件在磨損后都可以采用藥芯焊絲堆焊的方式修復(fù)到原來尺寸并繼續(xù) 使用。
[0003] 目前，磨煤輥堆焊修復(fù)廣泛使用的藥芯焊絲主要是以高鉻鐵基合金為主的藥芯焊 絲，這類堆焊材料通過加入大量的碳元素和鉻元素形成碳化物硬質(zhì)相來提高耐磨層耐磨 性，但當(dāng)藥芯焊絲種碳含量> 5%易引起焊接工藝的惡化，飛濺顆粒尺寸變大，數(shù)量變多， 焊縫成型變差，降低焊接效率。與此同時(shí)，藥芯焊絲中大量鉻元素的加入，使得焊接過程中 會(huì)產(chǎn)生大量的煙塵和有毒氣體，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染。因此，以硼、鑰元素代替部分鉻元素來強(qiáng) 化基體，從而提高耐磨層的耐磨性，適應(yīng)了環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的環(huán)保理念。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種磨煤機(jī)用耐磨堆焊藥芯焊絲，針對(duì)發(fā)電 行業(yè)中的大型磨煤設(shè)備（磨煤輥，磨盤等）在長(zhǎng)時(shí)間的磨料磨損情況下，零部件的表面經(jīng) 常由于磨損而報(bào)廢失效，需要定期對(duì)磨煤設(shè)備進(jìn)行更換和表面維修，適應(yīng)發(fā)電廠大型磨煤 設(shè)備的低應(yīng)力磨料磨損的工況條件，具有高硬度高耐磨自保護(hù)作用，同時(shí)減少現(xiàn)有焊接 材料在使用過程中對(duì)環(huán)境的污染問題。
[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供了一種鐵基自保護(hù)藥芯焊絲及其所制備的堆焊合 金和方法。
[0006] -種磨煤輥用鐵基自保護(hù)堆焊藥芯焊絲，所述藥芯焊絲由碳鋼鋼帶包裹藥芯粉 末構(gòu)成，其中藥芯粉末在藥芯焊絲中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為46%-50%,所述藥芯粉末中各組分及質(zhì) 量分?jǐn)?shù)如下：高碳鉻鐵：50%_64% ;硼鐵：5. 5%-11% ;鑰鐵：1%-6% ;電解錳粉：1%-3% ;硅鐵： 3%-8% ;石墨：2%-7%，其余成分為還原鐵粉。
[0007] 所述藥芯焊絲的制備方法如下：
[0008] a、軋?zhí)间撲搸?，使其形成U形槽，再向所得U形槽中加入占所制備的藥芯焊絲總重 46%_50%的藥芯粉末；
[0009] b、將U形槽合口，使藥芯粉末包裹在碳鋼鋼帶中，通過拉絲模，逐道拉拔、減徑，最 后使其直徑達(dá)到2. 8mm，得到最終產(chǎn)品。
[0010] 采用一種磨煤輥用鐵基自保護(hù)堆焊藥芯焊絲制備一種含彌散分布馬(：3、Fe 2B硬質(zhì) 相的鐵基耐磨堆焊合金的方法，其具體步驟如下： toon] (1)按照藥芯焊絲配制藥芯粉末，與碳鋼鋼帶一同軋制，獲得藥芯焊絲；
[0012] (2)采用直流電弧焊工藝制備得到堆焊合金。
[0013] 所述直流電弧焊工藝參數(shù)為：電壓：30V-35V ;電流：320A-380A ;送絲速度： 430mm/mi n-500mm/min ;焊絲伸出導(dǎo)電嘴的長(zhǎng)度：15mm-30mm。
[0014] 所獲得的堆焊合金中各組分及質(zhì)量分?jǐn)?shù)如下：C :3%-5% ;Cr : 16%-22% ;Mo : 0· 4%-L 8% ;B :0· 4%-1· 3% ;Mn :0· 9%-2. 1% ;Si :0· 4%-1· 6% ;其余成分為 Fe。
[0015] 所采用的藥芯焊絲中的藥芯粉末各組分及質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選如下：高碳鉻鐵： 52%-62% ;硼鐵：6%-10% ;鑰鐵：L 5%-5% ;電解錳粉：L 5%-2· 5% ;硅鐵：4%-7· 5% ;石墨： 2. 5%-6. 5%，其余成分為還原鐵粉；所獲得的堆焊合金中各組分及質(zhì)量分?jǐn)?shù)如下：C : 3. 5%-4. 5% ;Cr :17%-21% ;Mo :0· 5%-L 5% ;B :0· 5%-L 2% ;Mn :1. 0%-2. 0% ;Si :0· 5%-1· 5% ;其 余成分為Fe。
[0016] 所采用的藥芯焊絲中的藥芯粉末各組分及質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)一步優(yōu)選如下：高碳鉻 鐵：55%-60% ;硼鐵：6· 5%-9% ;鑰鐵：2%-4% ;電解錳粉：1· 75%-2· 45% ;硅鐵：5%-7% ;石墨： 3%-6%，其余成分為還原鐵粉；所獲得的堆焊合金中各組分及質(zhì)量分?jǐn)?shù)如下：C :4%-4. 25% ; Cr :18%-20· 5% ;Mo :0· 6%-L 4% ;B :0· 6%-L 1% ;Mn :1. 1%-L 9% ;Si :0· 6%-1· 4% ;其余成分為 Fe0
[0017] 所述藥芯粉末中各種組分作用如下：
[0018] 高碳鉻鐵：是焊縫金屬中碳和鉻的主要來源，是生成大量初生碳化物的必要條件， 是高硬度與高耐磨性的保證。在堆焊材料的設(shè)計(jì)中，碳是最重要的強(qiáng)化元素，碳具有間隙固 溶強(qiáng)化的作用，增加材料中的碳的含量，將會(huì)增加碳化物數(shù)量，獲得高的硬度?；w組織中 分布著大量的初生碳化物M7C 3，使得堆焊層金屬硬度高，耐磨性好。
[0019] 硼鐵：向焊縫金屬過渡硼元素，主要是為了獲得高硬度的硼化物，從而提高堆焊合 金的耐磨性。堆焊合金硬度及相對(duì)耐磨性隨著硼含量的增加而提高，但硼含量過高易引起 "硼脆"，降低合金耐磨性，因此本發(fā)明設(shè)計(jì)藥芯焊絲中加入的硼鐵含量為5. 5wt. %-llwt. %。
[0020] 鑰鐵：鑰在合金中一般存在于固溶體相或碳化物相中。鑰與鐵及碳形成復(fù)合的滲 碳體，同時(shí)，鑰還具有減緩碳化物在奧氏體中的溶解度，有效地抑制滲碳體在高溫下的聚 集，促進(jìn)彌散的特殊碳化物的析出等功效，從而在合金中起到了良好的強(qiáng)化作用。
[0021] 電解錳粉、硅鐵：利用錳硅聯(lián)合脫氧，提高元素過渡系數(shù)。
[0022] 石墨：石墨主要成分是游離碳，主要是彌補(bǔ)合金成分中碳的不足，碳具有間隙固溶 強(qiáng)化的作用，促進(jìn)孿晶馬氏體的形成，增加碳化物數(shù)量，減少碳化物質(zhì)點(diǎn)間距以獲得高的 硬度。此外，片狀石墨更有利于焊接電弧的穩(wěn)定，減少飛濺。
[0023] 還原鐵粉：填補(bǔ)余量。
[0024] 磨煤輥堆焊合金采用自保護(hù)焊工藝制備，根據(jù)磨煤輥工況要求，焊接電流選擇 320A-380A ;電壓30V-35V ;送絲速度：430mm/min-500mm/min ;焊絲伸出導(dǎo)電嘴的長(zhǎng)度： 15_-30_。采用這一工藝參數(shù)能夠制備出符合磨煤輥工況要求的耐磨層堆焊合金層。
[0025] 本發(fā)明的有益效果為：
[0026] 1、減少鉻元素的使用，減少了對(duì)環(huán)境的污染，是一種環(huán)境友好型焊接材料；
[0027] 2、采用本發(fā)明藥芯焊絲堆焊的合金組織均勻，形成的M7C3硬質(zhì)相和Fe2B硬質(zhì)相 彌散的分布在基體上，從而保證了高耐磨性的綜合性能；
[0028] 3、堆焊工藝性好：焊接過程中飛濺小，焊縫成形美觀。
【附圖說明】
[0029] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例3中堆焊合金放大500倍后的金相顯微組織圖；
[0030] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例3中堆焊合金相對(duì)耐磨性變化規(guī)律圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 本發(fā)明提供了一種鐵基自保護(hù)藥芯焊絲及其所制備的堆焊合金和方法，下面結(jié)合 附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0032] 各實(shí)施例中相同部分如下所述：
[0033] 1、實(shí)施例中藥芯焊絲外皮選用規(guī)格為16mmX0. 3mm (寬度為16mm，厚度為0. 3mm) 的SPCC碳鋼鋼帶，藥芯焊絲藥芯成分在實(shí)施例中具體說明，所選各種藥芯成分粉末分別過 60目篩子，將所選各種藥芯成分粉末放入混粉機(jī)內(nèi)混合2小時(shí)，然后將得到的藥芯粉末加 入U(xiǎn)形的鋼帶槽中，將U形槽合口，使藥粉包裹其中。然后分別經(jīng)過拉絲模，逐道拉拔、減徑， 最后使其直徑達(dá)到2. 8_，得到磨煤輥堆焊藥芯焊絲。
[0034] 2、焊絲堆焊過程中將工藝參數(shù)均設(shè)定為：電壓：30V-35V ;電流：320A-380A ;送絲 速度：430mm/mi n-500mm/mi η ;焊絲伸出導(dǎo)電嘴的長(zhǎng)度：15mm-30mm。
[0035] 實(shí)施例1
[0036] 取高碳鉻鐵5千克、硼鐵0. 55千克、鑰鐵0. 1千克、電解錳粉0. 1千克、硅鐵0. 3 千克、石墨0. 2千克，還原鐵粉3. 75千克。將得到的藥芯粉末加入U(xiǎn)形的鋼帶槽中，將U形 槽合口，得到直徑為2. 8mm的磨煤輥堆焊藥芯焊絲，填充率為48%，按上述工藝制備堆焊合 金，所獲得的堆焊合金中各成分及質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為：C :3% ;Cr :16% ;Mo :0. 4% ;B :0. 4% ;Mn : 0· 9% ;Si :0· 4% ;其余成分為 Fe。
[0037] 實(shí)施例2
[0038] 取高