专利名称：一种高铬合金铸铁堆焊新材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及冶金、材料、机械、电力等技术领域的一种高铬合金铸铁堆焊新材料， 属于冶金加工技术，其堆焊熔敷金属化学成分不同于现有堆焊材料。
背景技术：
磨损是材料失效的的主要形式之一。在金属材料表面堆焊耐磨层是延长设备或零部件服役寿命的有效途径，已广泛用于矿山、冶金、农机、建材、电站、车辆、石化以及工具、 模具等的制造、修理与保养。高铬合金铸铁是广泛使用的堆焊材料，如D618、D628、D656、 D800焊条和HS101、HS103、YD616-2、YD687-1焊丝等。高铬合金铸铁堆焊金属主要分为二种类型，即奥氏体型和马氏体型。奥氏体型高铬合金铸铁堆焊金属含碳量较高，奥氏体稳定， 有高的耐低应力磨料磨损的能力，能经受中度冲击，抗氧化性好，抗裂性能稍优于马氏体型高铬合金铸铁堆焊金属。马氏体型高铬合金铸铁堆焊金属比奥氏体型的有更高的耐高应力磨料磨损的性能，有很好的热硬度和抗氧化能力，但只能耐轻度冲击，抗裂性差。随着科学技术的进步和现代工业的发展，对表面堆焊层提出更高、更苛刻的要求，不仅要求有高的耐磨性能而且有较高的抗裂性能。现有高铬合金铸铁堆焊材料存在的主要问题是堆焊层裂纹倾向大，严重影响设备或零部件服役的寿命。例如水泥粉磨系统磨辊失效的主要原因在于表面堆焊层裂纹的扩展。因此，研究开发新型高抗裂性、耐磨性高铬合金铸铁堆焊新材料具有重要的实用价值和广阔的应用前景。
发明内容
本发明要解决的技术问题随着科学技术的进步和现代工业的发展，对表面堆焊层提出更高、更苛刻的要求，不仅要求有高的耐磨性能而且有较高的抗裂性能。现有高铬合金铸铁堆焊材料存在的主要问题是堆焊层裂纹倾向大，严重影响其使用性能及设备或零部件服役的寿命，研究开发新型高抗裂性、耐磨性高铬合金铸铁堆焊新材料具有重要的实用价值和广阔的应用前景。本发明的目的在于提供一种高铬合金铸铁堆焊新材料，以克服现有技术存在的上述问题。本发明的上述目的提供以下技术方案实现本发明针对现有高铬铸铁堆焊层裂纹倾向大及主要失效形式，通过优化堆焊层合金成分、变质处理、多元微合金化等，发明一种新型高抗裂性、耐磨性高铬合金铸铁堆焊材料。本发明的技术方案通过优化堆焊金属C、Ni、Mn、Cr、Mo、Si等合金元素加入量， 优化堆焊金属的微观组织及性能。优化C、Cr含量有利于控制初生Cr7C3碳化物的形貌、尺寸及体积分数；由于C、Ni、Mn为奥氏体形成元素，Cr、Mo、Si为铁素体形成元素，优化堆焊金属中的C、Ni、Mn、Cr、Mo、Si合金元素加入量可促进形成奥氏体+马氏体基体，增强基体对Cr7C3碳化物的支撑，提高堆焊金属的抗裂性能和耐磨性能。通过加入Ti、Nb、B、RE等合金元素进行变质处理、细化晶粒及多元微合金化，细化Cr7C3碳化物，并形成细小的碳化物(TiC、NbC)和硼化物(TiB、NbBQ硬质相，进一步提高堆焊金属的抗裂性能和耐磨性能。
本发明的高铬合金铸铁堆焊接新材料相应的熔敷金属化学成分范围(wt% ) =C 2. 8-3. 0 ；Cr 19. 5-20. 5 ；Ni 1. 90-2. 50 ；Mn 0. 80-1. 20 ；Si 1. 45-1. 65 ；Mo 0. 45-0. 65 ； Ti 1. 20-1. 50 ；Nb 2. 40-2. 60 ；B 0. 002-0. 015 ；RE 0. 02-0. 05 ；S ^ 0. 035，P ^ 0. 040。本发明的堆焊材料产品形式为焊条和药芯焊丝。焊条适用于耐磨层小缺陷的焊补修复；药芯焊丝通过低碳钢带包裹合金粉末在专用设备上拔制而成，适用于钨极氩弧焊 (TIG)焊补修复耐磨层缺陷和熔化极惰性气体保护焊(MIG)自动堆焊耐磨层。本发明的有益效果是现有的高铬合金铸铁堆焊材料其堆焊金属主要分为二种类型，即奥氏体型和马氏体型。奥氏体型的耐磨性相对较低且有一定的裂纹倾向，而马氏体型有明显的裂纹倾向，这些缺点均明显影响堆焊层的使用性能。本发明的一种高铬合金铸铁堆焊新材料，通过优化C、Cr、Ni、Mn、Mo、Si等合金元素加入量，控制初生Cr7C3碳化物形貌、尺寸及体积分数，形成奥氏体+马氏体基体，增强基体对Cr7C3碳化物的支撑；加入 Ti、Nb、B、RE等合金元素进行变质处理、细化晶粒及多元微合金化，细化Cr7C3碳化物，并形成细小的TiC、NbC、TiB、NbB5硬质相，不仅提高堆焊金属的抗裂性能而且改善其耐磨性能。采用本发明的新型高铬合金铸铁堆焊材料(焊条和药芯焊丝)进行水泥粉磨系统磨辊表面手工电弧焊补修复和熔化极气体保护焊自动堆焊耐磨层，堆焊层裂纹倾向比D618 焊条(YD646MO-2药芯焊丝)平均降低30%，修复(堆焊)后磨辊使用寿命比D618焊条 (YD646MO-2药芯焊丝)平均提高50%。
具体实施例方式例1，采用本发明的新型高铬合金铸铁堆焊焊条，进行HFCG120-45型水泥粉磨系统磨辊表面焊补修复，堆焊工艺为，焊条直径4. Omm ；焊接电流160A ；极性直流反接；预热温度380°C，焊后缓冷。堆焊层裂纹倾向比D618焊条降低30%，修复后磨辊使用寿命比 D618焊条提高50%。堆焊熔敷金属化学成分(wt%) =C :2. 9 ；Cr :20. 0 ；Ni :2. 25 ；Mn :1. 00 ； Si 1. 55 ；Mo 0. 55 ；Ti 1. 35 ；Nb 2. 50 ；B 0. 008 ；RE 0. 035 ；S 彡 0. 035，P 彡 0. 040。例2，采用本发明的新型高铬合金铸铁堆焊焊条，进行HFCG120-45型水泥粉磨系统磨辊表面焊补修复，堆焊工艺为，焊条直径4. Omm ；焊接电流160A ；极性直流反接；预热温度380°C，焊后缓冷。堆焊层裂纹倾向比D618焊条降低40%，修复后磨辊使用寿命比 D618 焊条提高 40%。堆焊熔敷金属化学成分(wt%) =C :2. 8 ；Cr :19. 5 ；Ni :1. 90 ；Mn :0. 80 ； Si 1. 45 ；Mo 0. 45 ；Ti 1. 20 ；Nb 2. 40 ；B 0. 002 ；RE 0. 02 ；S 彡 0. 035，P 彡 0. 040。例3，采用本发明的新型高铬合金铸铁堆焊焊条，进行HFCG120-45型水泥粉磨系统磨辊表面焊补修复，堆焊工艺为，焊条直径4. Omm ；焊接电流160A ；极性直流反接；预热温度380°C，焊后缓冷。堆焊层裂纹倾向比D618焊条降低25%，修复后磨辊使用寿命比 D618 焊条提高 50%。堆焊熔敷金属化学成分(wt%) =C :3. 0 ；Cr :20. 5 ；Ni :2. 50 ；Mn :1. 20 ； Si 1. 65 ；Mo 0. 65 ；Ti 1. 50 ；Nb 2. 60 ；B 0. 015 ；RE 0. 05 ；S 彡 0. 035，P 彡 0. 040。例4，采用本发明的新型高铬合金铸铁药芯焊丝，进行HFCG120-45型水泥粉磨系统磨辊表面钨极氩弧焊(TIG)焊补修复，TIG堆焊工艺为，焊丝直径2. Omm;焊接电流 150A ；预热温度380°C，焊后缓冷。堆焊层裂纹倾向比YD646MO-2药芯焊丝降低30%，修复后磨辊使用寿命比YD646MO-2药芯焊丝提高50%。堆焊熔敷金属化学成分) =C 2. 85 ；Cr 19. 8 ；Ni 2. 31 ；Mn 0. 98 ；Si 1. 57 ；Mo 0. 52 ；Ti 1. 37 ；Nb 2. 54 ；B 0. 006 ；RE 0. 03 ；S 彡 0. 035，P 彡 0. 040。 例5，采用本发明的新型高铬合金铸铁药芯焊丝，进行HFCG120-45型水泥粉磨系统磨辊表面熔化极惰性气体保护焊(MIG)自动堆焊耐磨层，MIG堆焊工艺为，焊丝直径 2. Omm ；焊接电流280A ；预热温度400°C，焊后缓冷。堆焊层裂纹倾向比YD646Mo_2药芯焊丝降低30%，修复后磨辊使用寿命比YD646MO-2药芯焊丝提高50%。堆焊熔敷金属化学成分(wt % ) =C 2. 91 ；Cr 19. 7 ；Ni 2. 29 ；Mn 1. 10 ；Si 1. 61 ；Mo 0. 59 ；Ti 1. 35 ；Nb 2. 51 ； B 0. 008 ；RE 0. 04 ；S 彡 0. 035，P 彡 0. 040。
权利要求
1.一种高铬合金铸铁堆焊新材料，其特征在于，其堆焊熔敷金属的化学成分按质量百分含量 Wt % 为C :2. 8-3. 0 ；Cr :19. 5-20. 5 ；Ni :1. 90-2. 50 ；Mn :0. 80-1. 20 ； Si 1. 45-1. 65 ；Mo 0. 45-0. 65 ；Ti 1. 20-1. 50 ；Nb 2. 40-2. 60 ；B 0. 002-0. 015 ；RE 0. 02-0. 05 ；S ^ 0. 035, P ^ 0. 040。
2.根据权利要求1所述的一种高铬合金铸铁堆焊新材料，其特征在于，所述堆焊熔敷金属化学成分按质量百分含量 wt % =C 2. 9 ；Cr 20. 0 ；Ni :2. 25 ；Mn :1. 00 ；Si :1. 55 ；Mo 0. 55 ；Ti 1. 35 ；Nb 2. 50 ；B 0. 008 ；RE 0. 035 ；S 彡 0. 035，P 彡 0. 040。
3.根据权利要求1所述的一种高铬合金铸铁堆焊新材料，其特征在于，所述堆焊熔敷金属化学成分按质量百分含量 wt % =C 2. 8 ；Cr 19. 5 ；Ni :1. 90 ；Mn :0. 80 ；Si :1. 45 ；Mo 0. 45 ；Ti 1. 20 ；Nb 2. 40 ；B 0. 002 ；RE 0. 02 ；S 彡 0. 035，P 彡 0. 040。
4.根据权利要求1所述的一种高铬合金铸铁堆焊新材料，其特征在于，所述堆焊熔敷金属化学成分按质量百分含量 wt % =C 3. 0 ；Cr 20. 5 ；Ni :2. 50 ；Mn :1. 20 ；Si :1. 65 ；Mo 0. 65 ；Ti 1. 50 ；Nb 2. 60 ；B 0. 015 ；RE 0. 05 ；S 彡 0. 035，P 彡 0. 040。
5.根据权利要求1所述的一种高铬合金铸铁堆焊新材料，其特征在于，所述堆焊熔敷金属化学成分按质量百分含量 wt %为C 2. 85 ；Cr :19. 8 ；Ni :2. 31 ；Mn :0. 98 ；Si :1. 57 ； Mo 0. 52 ；Ti 1. 37 ；Nb 2. 54 ；B 0. 006 ；RE 0. 03 ；S 彡 0. 035，P 彡 0. 040。
6.根据权利要求1所述的一种高铬合金铸铁堆焊新材料，其特征在于，所述堆焊熔敷金属化学成分按质量百分含量衬％为C 2. 91 ；Cr 19. 7 ；Ni :2. 29 ；Mn :1. 10 ；Si :1. 61 ； Mo 0. 59 ；Ti 1. 35 ；Nb 2. 51 ；B 0. 008 ；RE 0. 04 ；S 彡 0. 035，P 彡 0. 040。
全文摘要
本发明涉及一种高铬合金铸铁堆焊新材料，属于冶金加工技术。技术方案是其堆焊熔敷金属的化学成分按质量百分含量wt％为C2.8-3.0；Cr19.5-20.5；Ni1.90-2.50；Mn0.80-1.20；Si1.45-1.65；Mo0.45-0.65；Ti1.20-1.50；Nb2.40-2.60；B0.002-0.015；RE0.02-0.05；S≤0.035，P≤0.040。通过优化C、Cr、Ni、Mn、Mo、Si等加入量，增强基体对Cr7C3碳化物支撑；加入Ti、Nb、B、RE进行变质处理、细化晶粒及多元微合金化，提高了堆焊金属的抗裂性能并改善其耐磨性能。
文档编号B23K35/30GK102335798SQ20111025392
公开日2012年2月1日 申请日期2011年8月31日 优先权日2011年8月31日
发明者任振安, 孙大千, 宣兆志, 殷世强, 谷小燕, 邱小明 申请人:吉林大学