一种高硬度耐磨堆焊焊条的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高硬度耐磨堆焊焊条，包括焊芯和药皮，所述药皮包括以下质量百分比的成分：大理石20～25％；萤石10～15％；高碳铬铁15～24％；硼铁20～28％；硅铁2～5％；稀土氟化物或稀土氧化物1～3％；钛铁8～13％；石墨3～5.5％；镍1～2.5％；中碳锰铁1～3％；以及，钼和钨中的一种或两种1～3％。本发明的焊条堆焊层金属硬度高、不剥落、耐磨性强，可以多层堆焊，堆焊层硬度HRC为64～70，焊接工艺性能优良，能有效提高被堆工件的耐磨性能和使用寿命。
【专利说明】一种高硬度耐磨堆焊焊条
【技术领域】
[0001] 本发明涉及堆焊焊条工艺【技术领域】，尤其涉及一种可用于多层堆焊的高硬度耐磨 堆焊焊条。
【背景技术】
[0002] 在我国硬面堆焊材料中，堆焊焊条约占70 %，在焊接材料中具有举足轻重的地位。 堆焊焊条设计制造过程中，为了提高硬度而加入大量的石墨及其他合金，形成碳化合金，这 种材料碳当量高、塑性低、应力大，容易剥落。而且采用大重量系数的方法，药皮厚，影响焊 接工艺性。例如通过加入碳化钨颗粒或增加碳含量来达到所需硬度，但在高温环境条件下 容易出现覆面层的耐磨性和耐蚀性下降问题。
[0003] 硼能够与碳原子结合形成硬度非常高的碳硼化合物，并且，硼与Fe、Ti、Cr、Mo等 形成硬度很高的化合物，提高堆焊层硬度。硼代替部分碳元素，形成硼化物，降低焊条的碳 当量；采用多元复合法，加入少量多种金属元素，降低碳含量，利用元素之间相互作用及对 堆焊层基体金属韧化，有效提高堆焊层金属的抗裂性能、硬度、耐磨性；采用低S、P的H08T 碳钢焊芯，改善堆焊层基体金属夹杂物形态、数量，提高堆焊层金属的抗裂性能；降低药皮 中石墨含量，减小焊条外径，药皮重量系数小，改善焊条的工艺性能。
[0004] 另有研究表明，虽然加入较高的硼可以提高堆焊金属的耐磨性和硬度，但是硼的 存在会降低堆焊层的韧性，提高堆焊层应力，增加裂纹倾向，堆焊时堆焊层剥落严重，不能 广泛使用。
【发明内容】
[0005] 为了解决现有技术中的上述问题，本发明提供了一种高硬度耐磨堆焊焊条，达到 堆焊层硬度和韧性的匹配。
[0006] 本发明提供的高硬度耐磨堆焊焊条，包括焊芯和药皮，所述药皮包括以下质量百 分比的成分：大理石20?25% ;萤石10?15% ;高碳铬铁15?24% ;硼铁20?28% ; 硅铁2?5% ;稀土氟化物或稀土氧化物1?3% ;钛铁8?13% ;石墨3?5. 5% ;镍1? 2. 5% ;中碳猛铁1?3% ;以及，钥和鹤中的一种或两种1?3%。
[0007] 堆焊层的硬度和耐磨性取决于堆焊合金中所含硬质相的种类、数量、分布和形态， 韧性与堆焊层基体金属组织形态等相关。硼化硬质相包括硼化钨、硼化钥等，较相应的碳化 硬质相显微硬度更高，且硼资源在我国较为廉价，因此，采用硼化物提高堆焊层硬度和耐磨 性具有重要意义。单纯的高硼堆焊或高碳堆焊，形成块状硼化物或碳化物，堆焊层脆性大， 容易出现裂纹甚至剥落，因此本发明采用多元复合法，在堆焊合金中加入少量多种合金元 素，调整各合金元素含量，达到堆焊层硬度和韧性的匹配。
[0008] 该堆焊焊条，其耐磨性能主要依靠用硼替代部分碳元素，降低焊条的碳当量，从而 提_焊接抗裂性能；加入初化兀素，提_基体初性，从而提_焊接抗裂性；降低焊条的重量 系数，提高焊条的焊接工艺性能。
[0009]药皮组分为C、B、Cr、Ti、Ni，W或Mo合金以及矿物粉，Ti、Cr、Mo或W均可与C、B结合形成碳化物或硼化物，提高堆焊层金属的硬度，通过调节B、C、Cr、Ti、Ni、Mo或W等元 素含量，依靠各元素之间相互作用，达到细化硼化物、碳化物、增加硬质相的种类和数量、增 加基体韧性、提高表面硬度和耐磨性、降低裂纹敏感性的目的。药皮中加入镍元素，可以提 高基体的韧性，降低剥落敏感性，稀土能够韧化基体金属、细化耐磨颗粒，提高堆焊层性能。
[0010] 大理石和萤石作为矿物原料加入，主要起造渣、造气作用。调整大理石、萤石的含 量，作为调节焊条工艺性能的主要方式之一。
[0011] 商碳络铁：含碳量商，碳兀素过渡系数较石墨商；降低石墨加入量，减小药皮重量 系数，改善焊条焊接工艺性能。铬元素显著提高合金的淬透性，促进马氏体形成。铬与硼 结合形成硬质相，弥散分布硬质相可以强化基体，细化晶粒，提高硬度和耐磨性，加入量为 15 ?24%。
[0012] 石墨：使合金中碳化物硬质相的数量达到要求，为兼顾焊条药皮重量系数和堆焊 层金属韧性，石墨加入量为3?5. 5%。
[0013]硼铁：与Ti、Cr、W或Mo等元素形成硬质相硼化物，是提高硬度和耐磨性的主要组 织，其中优选低碳硼铁。加入量过高，堆焊层硬度过高，显著增加焊接内应力，容易剥落，力口 入量需在20?28%范围内。
[0014]钥和钨中的一种或两种：强碳化物形成元素，提高钢的淬透性与回火稳定性，可降 低或抑制其他合金元素导致的回火脆性，具有细化组织、改善碳化物形貌的作用，有助于提 高耐磨性，改善韧性。
[0015] 镍：增强堆焊层金属基体韧性，提高堆焊金属的综合性能。镍加入量需在1? 2. 5%范围内。
[0016]稀土氟化物或稀土氧化物：稀土的氟化物或氧化物具有强烈的脱氧和去硫的能 力，对氢的吸附作用也很大，还可以改善夹杂物的形态和分布，改善堆焊层金属组织，提高 抗裂能力。总体考虑，为改善组织性能，并兼顾生产成本和稀土利用率，加入量为1?3%。
[0017]中碳锰铁：脱氧和控制硫磷有害作用。Mn不宜加入过多，过高导致马氏体转变时 产生粗大的针状马氏体，增加残余奥氏体数量，加入量需在1?3%范围内。
[0018]优选地，所述药皮的质量系数为50%。
[0019]优选地，所述高碳铬铁中碳的质量百分含量为15?20%。
[0020] 优选地，所述硼铁为低碳硼铁。
[0021] 优选地，所述硅铁为45#雾化硅铁。
[0022] 优选地，所述焊芯中S的质量百分含量< 0. 008%，P的质量百分含量< 0. 01%。 可以使用低S、P的H08T碳钢焊芯。
[0023] 优选地，采用K2Nal水玻璃作为焊芯和药皮的粘结剂。K2Nal水玻璃为外购产品， 水玻璃*K20/Na20重量比值为2 : 1。
[0024]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0025]本发明的高硬度耐磨堆焊焊条采用多元复合法，在C-B-Cr合金体系中，加入Ti、Ni、W或Mo合金元素，堆焊层金属硬度高、不剥落、耐磨性强，可以多层堆焊。堆焊层硬度HRC 为64?70。焊条药皮重量系数小，焊接工艺性能优良。采用低S、P的H08T碳钢焊芯，改 善夹杂物的数量、形态，降低堆焊金属磨损过程中产生剥落和开裂的概率，使耐磨性大大提 高。加入镍和稀土氟化物或稀土氧化物，提高基体金属韧性，能够用于多层堆焊而没有剥落 现象，提高被堆工件的耐磨性能和使用寿命。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地 理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
[0027] 实验例1
[0028] -种高硬度耐磨堆焊焊条的焊芯采用低S、P的H08T碳钢焊芯，其化学成分及含量 占焊芯重量百分比见表1。.
[0029] 表1焊芯H08T的化学成分重量百分比（wt%)(-例）
[0030]
[0031] 实验例2
【权利要求】
1. 一种高硬度耐磨堆焊焊条，包括焊芯和药皮，其特征在于，所述药皮包括以下质量百 分比的成分：大理石20?25% ;萤石10?15% ;高碳铬铁15?24% ;硼铁20?28% ; 硅铁2?5% ;稀土氟化物或稀土氧化物1?3% ;钛铁8?13% ;石墨3?5. 5% ;镍1? 2. 5 %;中碳猛铁1?3 %;以及，钥和鹤中的一种或两种1?3 。
2. 根据权利要求1所述的高硬度耐磨堆焊焊条，其特征在于，所述药皮的质量系数为 50%。
3. 根据权利要求1所述的高硬度耐磨堆焊焊条，其特征在于，所述高碳铬铁中碳的质 量百分含量为15?20%。
4. 根据权利要求1所述的高硬度耐磨堆焊焊条，其特征在于，所述硼铁为低碳硼铁。
5. 根据权利要求1所述的高硬度耐磨堆焊焊条，其特征在于，所述硅铁为45#雾化硅 铁。
6. 根据权利要求1所述的高硬度耐磨堆焊焊条，其特征在于，所述焊芯中S的质量百分 含量彡0. 008%，P的质量百分含量彡0. 01%。
7. 根据权利要求1?6任一所述的高硬度耐磨堆焊焊条，其特征在于，采用K2Nal水玻 璃作为焊芯和药皮的粘结剂。
【文档编号】B23K35/365GK104400259SQ201410581829
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年10月27日 优先权日:2014年10月27日
【发明者】刘玉双, 张亚平, 田海成, 李磊, 韩海峰 申请人:武汉铁锚焊接材料股份有限公司