抗冲击不粘钢堆焊的管状焊丝

摘要

抗冲击不粘钢堆焊的管状焊丝，其成分重量百分比为：碳0.4～0.5％、铬12.5～14.0％、锰1.5～2.0％、硅0.5～0.8％、镍2.0～2.5％、钼1.0～1.8％、钒0.5～0.8％、铌0.2～0.5％、磷≤0.010％、硫≤0.010％、其余为Fe。本发明管状焊丝用于宽厚板机架辊的表面堆焊强化，堆焊后的表面无气孔、无裂纹等焊接缺陷，并具有较高的强度、冲击韧性等机械性能，最关键的是具备抗粘钢性能，满足宽厚板生产线的生产需要。

权利要求

1.抗冲击不粘钢堆焊的管状焊丝，其成分重量百分比为：

说明书

抗冲击不粘钢堆焊的管状焊丝

技术领域

[0001] 本发明涉及焊接材料，特别涉及抗冲击不粘钢堆焊的管状焊丝。

背景技术

[0002] 管状焊丝即用可塑性的金属带材，采用特殊制造工艺，将填料包复在其中制成的管状焊接丝材，其外部不锈钢带，内部药芯合金粉末。

[0003] 现代技术通常是用一台丝材成型机，将可塑性的带材轧制成u型，将以多种预台金粉末配制成的均匀填料填入其中，经多辊连轧(辊轮数最少十几对，多达二、三十对)，把开口封闭起来，再轧制成所需尺寸的管丝。

[0004] 尽管管状焊丝的发展始于本世纪20年代，但广泛应用还是近几年的事，其主要原因在于它的制造工艺及管内填料不成熟和不完善。直到70年代后，人们掌握了各种管状焊丝的制造技术，其应用才蓬勃发展起来。

[0005] 针对宽厚板生产线生产的高强度钢种(X80、不锈钢、Q550、Q690)、板坯自身重量重和板坯输送过程的冲击震动的特点，要求堆焊材料不仅要具备较高的硬度和耐磨性，更须具备优良的冲击韧性(抗剥落能力)和抗粘钢能力，才能满足使用要求。

[0006] 宽厚板生产线立辊机架辊安装于立辊轧机的进出口，精轧机的出口，每块成品钢板均由此通过，辊面的好坏直接影响钢板的表面质量。

[0007] 机架辊为整体锻件，材质34CrNiMo6调质处理，硬度HB265-320，屈服强度＝540MPa，抗拉强度＝740-890MPa，延伸率＝12％，冲击Akv＝41J，表面无堆焊保护。使用仅
12个月，辊面滑伤严重且明显(约15mm单边)，影响板坯质量。下机对机架辊进行修复，修复采用表面堆焊。

[0008] 第一次堆焊试验，采用2Cr13MnSi堆焊修复，硬度达到HRC45，屈服强度＝750MPa，抗拉强度＝950-1050MPa，延伸率＝12％，冲击Akv＝31J硬度和耐磨性明显改善，上机使用过程发生小块掉肉及少量粘钢现象，不能满足使用要求。在08年10月份至12月份短短两个月时间，现场修磨机架辊的故障时间达13.21小时，严重影响厚板的顺行和钢板表面质量。

[0009] 原有2Cr13MnSi的焊丝主要成分为：碳0.4-0.5％，铬12.5-14.0％，锰0.8-1.0％，硅0.5-0.8％，磷≤0.020％，硫≤0.020％，其余Fe。熔敷金属中虽然具备了一定量的硅、锰，但其焊接性能差，容易产生热裂纹及粘钢现象。

发明内容

[0010] 本发明的目的在于提供一种抗冲击不粘钢堆焊的管状焊丝，用于宽厚板机架辊的表面堆焊强化，堆焊后的表面无气孔、无裂纹等焊接缺陷，并具有较高的强度、冲击韧性等机械性能，最关键的是具备抗粘钢性能，满足宽厚板生产线的生产需要。

[0011] 为达到上述目的，本发明的技术方案是，

[0012] 抗冲击不粘钢堆焊的管状焊丝，其成分重量百分比为：碳0.4～0.5％、铬12.5～14.0％、锰1.5～2.0％、硅0.5～0.8％、镍2.0～2.5％、钼1.0～1.8％、钒0.5～0.8％、铌0.2～0.5％、磷≤0.010％、硫≤0.010％、其余为Fe。

[0013] 在本发明熔敷金属中除了一定量的硅(硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度)、锰(不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度)，还包含了下列成分：

[0014] 镍：镍含量如果超过6％，会扩大奥氏体区，降低Ms点，对焊接不利，容易产生热裂纹；镍含量少于0.5％，性能提升不明显。本发明考虑上述特性和成本因素，确定镍含量为2.0～2.5％。

[0015] 钼：能使熔敷金属的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力，能提高塑韧性，综合考虑上述性能和成本因素，本发明钼为1.0～1.8％；

[0016] 钒：在粗大的马氏体组织中，晶界碳化物以及沿晶界分布的“第二相”组织是促使马氏体不锈钢产生裂纹的主要原因。生产实践表明，马氏体不锈钢中加入0.1％～0.45％的钒后，可细化晶粒，减少晶界碳化物并抑制“第二相”组织生成，因此可提高抗裂性。0.5％的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力；

[0017] 铌：抑制碳化铬的形成，使熔敷金属的抗回火性能提高。由于埋弧焊冷却速度慢，抑制焊道晶间腐蚀的含量应大于7C+0.35，即为1.75-2.0，但是这样大量的铌却是有害的，产生焊道裂纹的倾向加剧，脱渣困难，直接影响了焊接质量。因此考虑可焊性，将铌的含量控制在安全范围内。本发明铌为0.2～0.5％，适量的铌能细化晶粒和降低熔敷金属的过热敏感性及回火脆性，提高强度。

[0018] 本发明最终表现出在2Cr13MnSi性能提高了抗脆性指标，起到消除使用过程中的“掉肉”问题。

[0019] “粘钢”的问题主要由钼的加入解决，形成的部分二硫化钼化合物，其摩擦系数低，不易将板材金属“带到”堆焊工件表面，从而避免“粘钢”。

[0020] 本发明材料属马氏体不锈钢范畴，添加的镍、钒、铌提高了高温强度，铌又是碳的强化合物，不易分解析出，起到细化晶粒的作用。因此，整体强度和冲击韧性有所提高。适量的镍和钼在不锈钢的基础上进一步改善抗腐蚀性能，进而起到防止粘钢的目的。而焊丝综合性能的提高还必须考虑P、S的含量问题，只有极低的杂质才能发挥材料更佳的性能。

[0021] 众所周知，磷和硫作为不锈钢中的一种杂质元素会使其材料性能变差，所以控制杂质的含量必须从制作焊丝的外部不锈钢钢带开始，选材是关键，只有含量低于0.005％的才可以采用；内部药芯合金粉末为预合金破碎粉末，杂质含量低于0.01％。同时因为埋弧焊需要使用260焊剂，实际堆焊后的检测P、S含量将≤0.015％，这在国内焊接材料中属于较低杂质含量(通常为≤0.025)。屈服强度＝850MPa，抗拉强度＝950-1100MPa，延伸率＝18％，冲击Akv＝38J。

[0022] 本发明的有益效果

[0023] 原有机架辊辊面基本能满足普通工况的要求，但在厚板产能大幅度提升和轧制高强度钢种时，就发生粘钢、剥落等缺陷。

[0024] 本发明的管状焊丝在保持原有的优点的基础上进一步完善，用它堆焊的机架辊表面硬度高，不粘钢，抗冲击能力强。采用此管状焊丝堆焊修复的立辊机架辊上机后使用至今未发生过一起辊面在机修磨的故障，同时也大大减轻了生产工人的劳动强度。

[0025] 采用本发明管状焊丝(以下简称为管丝)堆焊制作涂层，与其他硬面工艺相比，有非常明显的优点：

[0026] 1)与合金粉末热喷涂(焊)相比，管丝堆焊涂层厚度不受限制，而粉末涂层厚度一般不超过5mm；其涂层的结合强度与一般焊接相当(高于750Mpa)，而粉末涂层的结合强度为20～250MPa。

[0027] 2)用管丝堆焊的材料利用率为97％，而手工电焊条堆焊的材料利用率为55％～65％，热喷涂(焊)合金粉末的材料利用率为50％～80％。

[0028] 3)用管丝能制造出实芯焊丝不能制造的高合金、高硬度材料。

[0029] 4)用管丝比实芯焊丝更容易调整成分，能适应中、小批量生产，方便灵活，制造成本也低。

[0030] 5)用管丝堆焊涂敷速率为8～12kg/h，而手工电焊涂敷速率为1～3kg/h，气焊涂敷速率为1～4kg/h。管丝堆焊不但速度快，而且涂层表面比较平整，操作方便，容易掌握。

[0031] 6)以上管丝堆焊的优点，在制作大面积硬面涂层时，更显突出。

具体实施方式

[0032] 下面结合实施例对本发明做进一步说明。

[0033] 实施例成分参见表1，采用常规管状焊丝制作方法制得。

[0034] 堆焊修复立辊机架辊：

[0035] 1)焊前准备

[0036] ①对辊道进行检查，机加工，以去除缺陷、疲劳层：

[0037] ②焊接电源采用MZ.1-1000型自动埋弧焊机；

[0038] ③焊接材料中焊丝不应有锈、油等杂物，焊剂使用前必须在200～300℃下烘烤5h，去除水分；

[0039] ④堆焊转台转动速度稳定，应能保证堆焊焊缝的焊道均匀。

[0040] 2)焊前预热

[0041] 由于所堆焊辊道的材质碳当量Ceq＝C+Mn，/6+Si/24+Cr/5+Mo/4＝0.68较高，可焊性较差L，因此堆焊前应将堆焊辊送至热处理炉中，缓慢加热至设定温度，并保温一定时问，去除焊前应力，预热曲线如图2所示。

[0042] 3)焊接参数

[0043] 为保证堆焊质量，经过大量的实验，最终将焊接参数设定为：电流380～420A，电压28～32V，焊丝直径Φ4，工件堆焊速度480～500mm/min，焊缝搭接量约为焊道宽度的60％。

[0044] 4)焊后处理

[0045] 堆焊层间温度应保持在堆焊材料的Ms点温度以上，堆焊后尽快将焊辊运至加热炉中，以60℃/h的速度加热至580℃，恒温8h，逐渐冷却至常温出炉，消除应力。

[0046] 5)成品加工。

[0047] 本发明基本采用原有管状焊丝的设计原理和结构。对管状焊丝的成分实施优化改进，使其整体强度、冲击韧性和抗腐蚀能力大大提高，彻底消除机架辊辊面粘钢现象。本发明可以更广泛地应用于其它类似工况的辊子类修复。