CN102284806A

CN102284806A - 一种高硼铁基耐磨堆焊药芯焊丝

Info

Publication number: CN102284806A
Application number: CN2011102472018A
Authority: CN
Inventors: 蒋建敏; 贺定勇; 翟东训; 赵有恒; 王智慧; 周正; 王国红; 崔丽; 李晓延
Original assignee: BEIJING HANBO WELDING CONSUMABLES Co Ltd; Beijing University of Technology
Current assignee: BEIJING HANBO WELDING CONSUMABLES Co Ltd; Beijing University of Technology
Priority date: 2011-08-24
Filing date: 2011-08-24
Publication date: 2011-12-21

Abstract

本发明涉及一种高硼铁基耐磨堆焊药芯焊丝，焊丝由低碳钢包皮和芯部粉末组成，其特征在于低碳钢包皮中的铁元素及芯部粉末，芯部粉末中的元素包括硼、碳、锰、硅元素，芯部粉末中的硼、碳、锰、硅元素所占焊丝重量百分比为：硼6～12％，碳0.1～3％，锰0.6～2％，硅0.3～1.5％，余量为铁。还可包括Ti0.3～3.5％、Mn 0.6～2％、Si0.3～1.5％、钼0～1％、K/Na变质剂0～1％、铝镁合金0～1.5％。本发明高硼铁基耐磨堆焊药芯焊丝主要依靠硼、钛、碳等合金元素，形成的硼化物、少量的碳化物实现堆焊合金的耐磨损性能，并通过添加稀土、镍、铝镁合金等提高堆焊合金的综合性能。

Description

一种高硼铁基耐磨堆焊药芯焊丝

技术领域

本发明涉及一种高硼铁基耐磨堆焊药芯焊丝，属于焊接材料领域。可广泛应用于电力、煤炭、冶金矿山、化工、机械等行业的机械耐磨件上，用于堆焊修复耐磨件，比如磨煤机磨辊、水轮机叶片、挖掘机斗齿、挤砖机绞龙、绞刀等。

背景技术

目前堆焊修复的药芯焊丝一般都是高铬铸铁系列的，即含有碳、铬、硅、锰等合金元素，和一定的强碳化物形成元素，如钨、钼、铌、钒等，其耐磨性主要是靠铬在堆焊层中于碳和铁形成的复合碳化物M7C3和强碳化物形成元素形成的NbC、WC、VC等作为耐磨骨架与基体形成良好的结合起到抗磨抗冲击作用，应用已经较为深入和成熟。但是，近年来，铬、铝、镍、钨等合金供应日趋紧张，价格飞涨，导致普通钢铁耐磨合金，生产成本不断攀升限制了高铬铸铁的进一步推广应用，硼是我国富有元素，在堆焊合金中，硼化物的硬度和热稳定性均高于碳化物，特别是硼与铁生成的FeB(HV1900)、Fe2B(HV1585)，与钛形成成硼化钛TiB₂(HV3400)显微硬度均较高，因此硼系耐磨堆焊合金有着较好的应用前景。

有些适合低度冲击的、磨粒磨损工矿的合金含有贵金属如钨、铌、钒等很多，成本较高。例如中国专利耐磨堆焊合金材料涉及一种耐磨堆焊合金材料，其合金具体组成含量为：W 5～30％、Nb 2～15％、V 3～12％、Mo 1～8％、Cr 1～5％、B2～7％、稀土0.01～2％、余量为Fe。该发明不含碳元素，以重金属硼化物为硬质强化相，硼化物在合金中起耐磨骨架作用，对合金基体相产生保护效应，显微硬度均在HV1700～2800之间。该发明耐磨性较好但由于贵金属很多，所以成本较高，专利公开号为CN 1086471A涉及一种碳化硼耐磨堆焊焊条其特征在于：药皮中添加大剂量的碳化硼及一定量的铬、镍、钼、钛和少量的钨、钒、铌、稀土合金元素，贵金属钨、钒、镍、钼导致其成本较高，碳含量较高堆焊合金脆性大。又例如中国专利021394938一种堆焊用焊丝，其药芯成分为Cr 25～30％，Ni 15～19％；Mn3～5；Si 2～5％；B 3.5～6％；C 1～3％，Fe余量。此发明耐磨性好但缺点为脆性大容易剥落，并且镍铬等金属较多，成本较高。

发明内容

本发明为一种高硼铁基耐磨堆焊药芯焊丝，其耐磨性主要是靠硼铁中的硼在堆焊层中与铁形成的Fe2B、FeB，与钛形成硼化钛，其显微硬度均较高，在耐磨合金中作为耐磨骨架对合金基体产生保护效应，本发明由低碳钢包皮和芯部粉末组成。

为实现上述目的采取的技术方案为：一种高硼铁基耐磨堆焊药芯焊丝，焊丝由低碳钢包皮和芯部粉末组成，其特征在于低碳钢包皮中的铁元素及芯部粉末，芯部粉末中的元素包括硼、碳、锰、硅元素，芯部粉末中的硼、碳、锰、硅元素所占焊丝重量百分比为：硼6～12％，碳0.1～3％，锰0.6～2％，硅0.3～1.5％，余量为铁。

上述所述芯部粉末中还包括钛元素，其中钛元素占药芯焊丝质量的0.3～3.5％。

上述耐磨堆焊药芯焊丝的芯部粉末中还可以加入以下合金元素的一种或几种，其所占焊丝的重量为：钼(Mo)0～1％、镍(Ni)0～1％、稀土(RE)0～1％、铝镁合金0～1.5％、Na/K变质剂0～1％。

稀土(RE)为铈(Ce)、镧(La)钕(Nd)其中的一种，或它们的混合物。

药芯中主要成分作用如下：

引入硼元素，碳化硼或/和硼铁：其中硼铁引入硼元素堆焊层的硬度和耐磨性随着硼含量的增加而增加；碳化硼引入硼元素，堆焊层的硬度和耐磨性随着硼含量的增加而增加，主要作用为引入碳元素，在硼含量一定的条件下随着碳含量的增加共晶组织中的含硼碳化物体积分数相应的增加，同时硬度得到提高但碳含量过高韧性下降。

锰铁：Mn具有良好的脱氧和脱硫作用，并具有较强的固溶强化作用；能提高淬硬性。

45#硅铁：Si能脱氧，并具有强烈的固溶强化作用，增加淬硬性和回火稳定性，提高耐热性和耐蚀性，并可降低液态金属表面张力。

钛铁：良好的脱氧作用的同时，与硼形成硼化钛(TiB₂)硬质相进一步提高堆焊合金的耐磨损性能。

本发明高硼铁基耐磨堆焊药芯焊丝可以加入铝镁合金、铌铁，还可以加入少量的钼、镍进一步提高堆焊合金的性能。

本发明相对现有技术优点如下：

本发明高硼耐磨堆焊药芯焊丝主要依靠硼、碳、钛、铁等形成的碳化物及硼化物实现合金的耐磨损性能。通过调节合金元素中硼、碳、钛、锰、硅、铌、钼、镍等元素合理的组合，从而调节堆焊层的硬度、提高韧性及降低裂纹敏感性，本发明加入铌元素和钾钠变质剂可减小硼化物尺寸提高韧性，加入稀土元素净化晶界细化晶粒进一步提高堆焊合金的综合性能。且加入的贵重合金元素较少，加入硼替代了贵金属元素，成本低廉。

其主要的磨损机理为：由于堆焊药芯焊丝中加入的大量的硼元素及适量的碳、钛，进而在堆焊层中形成了大量的硼碳化合物硬质相及硼化钛，其显微硬度均较高，抵抗磨损切削的硬质相增加，硬质相能抵抗磨料的切削起到了耐磨骨架作用，同时对基体起到了很好的保护作用，使得磨料切削难以进行，减少了失重量，耐磨性得以提高。

本发明的焊丝是通过以下方法实现的：

1、钢带轧制成U形，向U形槽中加入事先配好并经充分混合的合金粉末(所选用的粉末粒度为80目以上)到预定的填充率(28～50％)

2、将U形槽合口扎制成o形，使药芯包裹其中，通过拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到1.6～3.2mm，得到最终产品。

具体实施方式

实施例1

一种高硼铁基耐磨堆焊药芯焊丝，按照其芯部粉末元素占焊丝的质量为：硼6％、碳0.1％、锰2.0％、硅1％、余量为铁，选用14×0.3(宽度为14mm，厚度为0.3mm)的H08A冷轧钢带。先将其轧成U形。取硼铁粉末790克、高碳锰铁70克、45#硅铁55克、金属铁粉95克配制成药粉。所取粉末的粒度为能通过80目的筛子。将所取的各种粉末放入混粉机内混合40分钟，然后将混合粉末加入U形H08A冷轧钢带槽中，填充率为40％，将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后使其分别通过直径为4.0、3.6、3.3、3.2的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到3.2mm。最终高硼铁基耐磨堆焊药芯焊丝成分为：硼6％、碳0.1％、锰2.0％、硅1％、余量为铁，堆焊层熔敷金属硬度为52～60HRC，耐磨性良好。

实施例2

一种高硼铁基耐磨堆焊药芯焊丝成分，按照其芯部粉末元素占焊丝的质量为：硼7％、碳1.5％、锰1.0％、硅0.5％余量为铁，选用14×0.3(宽度为14mm，厚度为0.3mm)的H08A冷轧钢带。先将其轧成U形。取硼铁粉末928克、高碳锰铁35克、45#硅铁29克、石墨，8克配制成药粉。所取粉末的粒度为能通过80目的筛子。将所取的各种粉末放入混粉机内混合40分钟，然后将混合粉末加入U形H08A冷轧钢带槽中，填充率为40％，将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后使其分别通过直径为4.0、3.6、3.3、3.2的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到3.2mm。堆焊层熔敷金属硬度为54～61HRC，耐磨性良好。

实施例3

一种高硼铁基耐磨堆焊药芯焊丝成分，按照其芯部粉末元素占焊丝的质量为：硼12％、碳3％、锰1.0％、硅0.5％余量为铁，选用14×0.3(宽度为14mm，厚度为0.3mm)的H08A冷轧钢带。先将其轧成U形。碳化硼粉末400克、高碳锰铁35克、45#硅铁29克、金属铁粉518克配制成药粉。所取粉末的粒度为能通过80目的筛子。将所取的各种粉末放入混粉机内混合40分钟，然后将混合粉末加入U形H08A冷轧钢带槽中，填充率为40％，将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后使其分别通过直径为4.0、3.6、3.3、3.2的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到3.2mm。堆焊层熔敷金属硬度为62～68HRC，耐磨性较好。

实施例4

一种高硼铁基耐磨堆焊药芯焊丝成分，按照其芯部粉末元素占焊丝的质量为：硼6％、碳0.5％、钛3.5％、锰0.6％、硅0.3％余量为铁，选用14×0.3(宽度为14mm，厚度为0.3mm)的H08A冷轧钢带。先将其轧成U形。取硼铁粉末560克、碳化硼65克、钛铁290克、高碳锰铁21克、45#硅铁17克、金属铁粉47克配制成药粉。所取粉末的粒度为能通过80目的筛子。将所取的各种粉末放入混粉机内混合40分钟，然后将混合粉末加入U形H08A冷轧钢带槽中，填充率为40％，将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后使其分别通过直径为4.0、3.6、3.3、3.2的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到3.2mm。堆焊层熔敷金属硬度为59～68HRC，耐磨性良好。

实施例5

一种高硼铁基耐磨堆焊药芯焊丝，按照其芯部粉末元素占焊丝的质量为：硼8％、碳1.0％、钛2.5％、锰0.9％、硅0.5％余量为铁，选用14×0.3(宽度为14mm，厚度为0.3mm)的H08A冷轧钢带。先将其轧成U形。取硼铁粉末570克、碳化硼130克、钛铁208克高碳锰铁31克、45#硅铁29克、金属铁粉32克配制成药粉。所取粉末的粒度为能通过80目的筛子。将所取的各种粉末放入混粉机内混合40分钟，然后将混合粉末加入U形H08A冷轧钢带槽中，填充率为40％，将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后使其分别通过直径为4.0、3.6、3.3、3.2的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到3.2mm。堆焊层熔敷金属硬度为58～66HRC，耐磨性良好。

实施例6

一种高硼铁基耐磨堆焊药芯焊丝，按照其芯部粉末元素占焊丝的质量为：硼10％、碳1.5％、钛1.5％、锰1.0％、硅0.5％余量为铁，选用14×0.3(宽度为14mm，厚度为0.3mm)的H08A冷轧钢带。先将其轧成U形。取硼铁粉末550克克、碳化硼200克、钛铁125克、高碳锰铁35克、45#硅铁29克、金属铁粉61克配制成药粉。所取粉末的粒度为能通过80目的筛子。将所取的各种粉末放入混粉机内混合40分钟，然后将混合粉末加入U形H08A冷轧钢带槽中，填充率为40％，将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后使其分别通过直径为4.0、3.6、3.3、3.2的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到3.2mm。堆焊层熔敷金属硬度为58～67HRC，耐磨性良好。

实施例7

一种高硼铁基耐磨堆焊药芯焊丝，按照其芯部粉末元素占焊丝的质量为：硼11％、碳2％、钛0.3％、锰1.0％、硅0.5％余量为铁，选用14×0.3(宽度为14mm，厚度为0.3mm)的H08A冷轧钢带。先将其轧成U形。取硼铁粉末440克、碳化硼260克、钛铁25克、高碳锰铁35克、45#硅铁29克、金属铁粉210克配制成药粉。所取粉末的粒度为能通过80目的筛子。将所取的各种粉末放入混粉机内混合40分钟，然后将混合粉末加入U形H08A冷轧钢带槽中，填充率为40％，将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后使其分别通过直径为4.0、3.6、3.3、3.2的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到3.2mm。堆焊层熔敷金属硬度为60～65HRC，耐磨性良好。

实施例8

一种高硼铁基耐磨堆焊药芯焊丝，按照其芯部粉末元素占焊丝的质量为：硼7％、碳1％、锰1.0％、硅0.5％、钼1％、余量为铁，选用14×0.3(宽度为14mm，厚度为0.3mm)的H08A冷轧钢带。先将其轧成U形。取硼铁粉末430克、碳化硼130克、高碳锰铁35克、45#硅铁29克、钼铁38克、金属铁粉368克配制成药粉。所取粉末的粒度为能通过80目的筛子。将所取的各种粉末放入混粉机内混合40分钟，然后将混合粉末加入U形H08A冷轧钢带槽中，填充率为40％，将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后使其分别通过直径为4.0、3.6、3.3、3.2的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到3.2mm。堆焊层熔敷金属硬度为61～65HRC，耐磨性良好。

实施例9

一种高硼铁基耐磨堆焊药芯焊丝，按照其芯部粉末元素占焊丝的质量为：硼6％、碳0.3％、钛1.0％、钼0.5％、镍1.0％、铝镁合金1.5％、锰1.0％、硅0.5％余量为铁，选用14×0.3(宽度为14mm，厚度为0.3mm)的H08A冷轧钢带。先将其轧成U形。取硼铁粉末660克、碳化硼40克、钛铁83克、钼铁19克、镍粉25克、铝镁合金38克、高碳锰铁35克、45#硅铁29克、金属铁粉81克配制成药粉。所取粉末的粒度为能通过80目的筛子。将所取的各种粉末放入混粉机内混合40分钟，然后将混合粉末加入U形H08A冷轧钢带槽中，填充率为40％，将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后使其分别通过直径为4.0、3.6、3.3、3.2的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到3.2mm。堆焊层熔敷金属硬度为60～65HRC，耐磨性良好。

实施例10

一种高硼铁基耐磨堆焊药芯焊丝，按照其芯部粉末元素占焊丝的质量为：硼9％、碳1％、钛0.3％、钼0.6％、稀土铈1％、k/Na变质剂1％、锰0.6％、硅0.3％余量为铁，选用14×0.3(宽度为14mm，厚度为0.3mm)的H08A冷轧钢带。先将其轧成U形。取硼铁粉末700克、碳化硼130克、钛铁25克、钼铁50克、稀土铈25克、K/Na变质剂25克、高碳锰铁21克、45#硅铁17克、金属铁粉7克配制成药粉。所取粉末的粒度为能通过80目的筛子。将所取的各种粉末放入混粉机内混合40分钟，然后将混合粉末加入U形H08A冷轧钢带槽中，填充率为40％，将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后使其分别通过直径为4.0、3.6、3.3、3.2的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到3.2mm。堆焊层熔敷金属硬度为61～64HRC，焊缝成形良好，耐磨性良好。

本发明的焊丝可用于埋弧堆焊，也可用于不使用焊剂的明弧堆焊，还可以用于二氧化碳气体保护电弧焊、二氧化碳气体保护等离子弧焊、氩气保护电弧焊、氩气保护等离子弧焊等方法堆焊。

本发明的焊丝不受上述实施例的限制，任何在本发明的权利要求书要求保护的范围内的改进和变化都在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高硼铁基耐磨堆焊药芯焊丝，焊丝由低碳钢包皮和芯部粉末组成，其特征在于低碳钢包皮中的铁元素及芯部粉末，芯部粉末中的元素包括硼、碳、锰、硅元素，芯部粉末中的硼、碳、锰、硅元素所占焊丝重量百分比为：硼6～12％，碳0.1～3％，锰0.6～2％，硅0.3～1.5％，余量为铁。

2.按照权利要求1的药芯焊丝，其特征在于，芯部粉末中还包括钛元素，其中钛元素占药芯焊丝质量的0.3～3.5％。

3.按照权利要求1的药芯焊丝，其特征在于，芯部粉末中还可以加入以下合金元素的一种或几种，其所占焊丝的重量为：钼(Mo)0～1％、镍(Ni)0～1％、稀土(RE)0～1％、铝镁合金0～1.5％、Na/K变质剂0～1％。

4.按照权利要求1的药芯焊丝，其特征在于，稀土(RE)为铈(Ce)、镧(La)钕(Nd)其中的一种，或它们的混合物。

5.按照权利要求1的药芯焊丝，其特征在于，硼元素的加入为碳化硼或/和硼铁。