本发明涉及耐磨技术领域，尤其涉及一种低铬耐磨堆焊药芯焊丝。
背景技术：
由于机械工件的磨损而使整个机械过早地无法使用的现象普遍存在，材料的保护变得越来越重要。堆焊作为材料表面改性的一种经济而快速的工艺方法，越来越广泛地应用于各个工业部门零件的制造修复中。为了最有效地发挥堆焊层的作用，希望采用的堆焊方法有较小的母材稀释、较高的熔敷速度和优良的堆焊层性能，即优质、高效、低稀释率的堆焊技术。目前使用的耐磨堆焊焊丝以高铬合金药芯焊丝为主，主要是利用碳与铬、钛、钒形成碳化物硬质点，来提高堆焊层金属的硬度，从而提高其耐磨性能。但此类焊接材料由于含碳、铬量高，不仅增大了生产成本，而且往往抗焊接裂纹能力较差，韧性较低。因此，研制一种力学性能优良同时降低生产成本的堆焊药芯焊丝成为本领域急需解决的问题。
技术实现要素：
本发明提出了一种低铬低碳耐磨堆焊药芯焊丝，采用多种合金组成的合金剂，合理配制组分配比，降低了铬含量，同时保证了高耐磨性能和焊接性能，磨损量大幅降低，降低了生产成本，满足了实际生产和使用的要求。
本发明提出的一种低铬低碳耐磨堆焊药芯焊丝，包括低碳钢外皮和填充在低碳钢外皮中的药芯，药芯组分按重量百分比包括：金红石15～20％、硅灰石3～7％、冰晶石2～4％、低碳铬铁5～10％、海藻酸钠1～3％、白云母2～5％、合金剂15～35％，余量为铁粉；合金剂组分重量百分比包括：Mn Ca％、Fe 15～35％、Ca5～20％、Mg 3～10％、Mo 1～2.5％，W 1～3％，Nb 2～5％。
优选地，金红石在药芯组分中的重量百分比为15％、15.5％、16％、16.5％、17％、17.5％、18％、18.5％、19％、19.5％、20％，硅灰石在药芯组分中的重量百分比为3％、3.2％、3.4％、3.6％、3.8％、4％、4.2％、4.4％、4.6％、4.8％、5％、5.2％、5.4％、5.6％、5.8％、6％、6.2％、6.4％、6.6％、6.8％、7％，冰晶石在药芯组分中的重量百分比为2％、2.2％、2.4％、2.6％、2.8％、3％、3.2％、3.4％、3.6％、3.8％、4％，低碳铬铁在药芯组分中的重量百分比为5％、5.2％、5.4％、5.6％、5.8％、6％、6.2％、6.4％、6.6％、6.8％、7％、7.2％、7.4％、7.6％、7.8％、8％、8.2％、8.4％、8.6％、8.8％、9％、9.2％、9.4％、9.6％、9.8％、10％，海藻酸钠在药芯组分中的重量百分比为1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2％、2.1％、2.2％、2.3％、2.4％、2.5％、2.6％、2.7％、2.8％、2.9％、3％，白云母在在药芯组分中的重量百分比为2％、2.2％、2.4％、2.6％、2.8％、3％、3.2％、3.4％、3.6％、3.8％、4％、4.2％、4.4％、4.6％、4.8％、5％，合金剂在药芯组分中的重量百分比为15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％、35％。
优选地，Mn在合金剂中的重量百分比为35％、36％、37％、38％、39％、40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、47.5％、48％、49％、50％、51％、52％、53％、54％、55％、56％、57％、58％、59％、60％、61％、62％、63％、64％、65％，Fe在合金剂中的重量百分比为15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％、35％，Ca在合金剂中的重量百分比为5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％，Mg在合金剂中的重量百分比为3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％，Mo在合金剂中的重量百分比为1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2％、2.1％、2.2％、2.3％、2.4％、2.5％，W在合金剂中的重量百分比为1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2％、2.05％、2.1％、2.2％、2.3％、2.4％、2.5％、2.6％、2.7％、2.8％、2.9％、3％，Nb在合金剂中的重量百分比为2％、2.5％、3％、3.5％、3.75％、4％、4.5％、5％。
优选地，合金剂中Mn和Fe的重量比为19：10。
优选地，合金剂中Fe、Ca和Mg的重量比为25：13：7。
优选地，合金剂中W和Nb的重量比为1.8～2.2：3.5～3.8。
优选地，合金剂中Mo和Nb的重量比为1.98～2.05：3.65～3.95。
优选地，合金剂组分重量百分比包括：Mn 45～50％、Fe 23～27％、Ca 8～17％、Mg 5～8％、Mo 1.8～2.3％、W 1.5～2.5％、Nb 3～4％。
优选地，合金剂组分重量百分比包括：Mn 47.5％、Fe 25％、Ca 13％、Mg 7％、Mo 2％、W 2.05％、Nb 3.75％。
药芯组分按重量百分比包括：金红石17％、硅灰石5％、冰晶石3％、低碳铬铁8％、海藻酸钠2％、白云母3.5％、合金剂25％，余量为铁粉。
各组分在本发明中的作用：
金红石：主要成分TiO2,作为造渣剂，能够稳定电弧，能够调节熔渣的熔点、粘度、表面张力和流动性，改善焊缝成形、减小飞溅。
硅灰石和白云母：硅可以与白云母中的碱金属和碱土金属形成玻璃状进入渣中，在药皮中加入硅酸盐不但可以降低烟尘，同时还可以降低烟尘的毒性。
冰晶石：含稳弧元素，具有稳弧作用，同时降低焊缝中的扩散氢含量，提高焊缝的抗裂纹能力。
低碳铬铁：低碳铬铁碳含量为0.15～0.50wt％,铬为固溶强化元素,可形成高硬度、高脆性的粗大碳化物硬质相，固溶强化的作用同时能够抑制这类初生硬质相的析出。
海藻酸钠：调节熔渣的粘度，控制熔渣粘度适合，使熔滴形成速度与焊缝金属相配，更好地保护焊缝金属。
合金剂：一方面具有脱氧作用，Mn、Fe、Ca、Mg配合使用控制金属中的氧含量，形成MnO基复合脱氧剂，氧化后形成复合渣系，提高熔渣氧化性，净化熔渣，提高焊缝金属的力学性能；另一方面，Mo、W和Nb是本发明中重量的微合金添加剂，其中W具高硬度，提高焊缝耐磨性，W与C原子的亲和力大，结合成高熔点、高硬度的W2C，在随后的冷却过程中W2C的析出，可以有效地阻止晶粒的长大且有利于提高耐磨性。在堆焊过程中，熔池中的Mo与C元素可以形成Mo2C硬质相，分布在堆焊层中。Mo元素含量越高，硬质相的数量越多，从而提高了堆焊层的硬度和耐磨性。但由于合金粉中C元素含量有限，使得过剩的Mo元素不能以硬质相的形式存在而偏析于晶界，导致堆焊层易于开裂，所以合金粉中的Mo元素不能过高。Nb元素有弥散强化和细晶强化的作用。
铁粉：调节堆焊金属的成分，提高药芯焊丝熔敷速度。
本发明在高铬铁基药芯基础上，以金红石石作为造渣剂，配合使用海藻酸钠调节熔渣粘度，减少了铬的使用量，Cr含量低于10％，在铬固溶氢化的基基础上，添加了钨、钼、铌形成微合金化铁基药芯，钨具有高硬度和耐磨性，焊接过程中W2C的析出，可以有效地阻止晶粒的长大且有利于提高耐磨性，搭配钼和铌形成复合碳化物硬质相，提高了焊缝的硬度，同时铌与与碳、氮等元素结合生成高熔点的稳定的碳化物和碳氮化物，形成细晶组织，堆焊层组织为马氏体+残余奥氏体+少量碳化物，Nb、W、Mo的碳化物或碳氮化物弥散分布，在形成细晶强化的同时形成弥散强化，使基体的强度、硬度和耐磨性提高；同时多种金属组成的合金剂作为脱氧剂，控制熔渣中较低的氧含量，在焊接初期，产生大量离子半径较大的硅氧复合阴离子这些离子移动时，需要的粘流活化量比较大,使得熔渣粘度较大，加入离子半径较小的Mn2+会破坏庞大的复合阴离子团,使炉渣粘度下降，同时配合加入Fe、Mn、Ca和Mg形成MnO基复合脱氧剂，氧化后形成复合渣系，不仅避免了前期熔渣中FeO的富集,并且熔池温度较快提高,使碳氧反应在焊接前期就均衡正常进行,避免发生爆发性的碳氧反应,减少飞溅，改善了焊丝的焊接性能，焊缝金属耐磨性能优良，且具有高韧性。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种低铬低碳耐磨堆焊药芯焊丝，包括低碳钢外皮和填充在低碳钢外皮中的药芯，药芯组分按重量百分比包括：金红石17％、硅灰石5％、冰晶石3％、低碳铬铁8％、海藻酸钠2％、白云母3.5％、合金剂25％，余量为铁粉；合金剂组分重量百分比包括：Mn 35％、Fe 35％、Ca 15％、Mg 8％、Mo 2.5％，W 2.5％，Nb 2％。
实施例2
一种低铬低碳耐磨堆焊药芯焊丝，包括低碳钢外皮和填充在低碳钢外皮中的药芯，药芯组分按重量百分比包括：金红石15％、硅灰石7％、冰晶石2％、低碳铬铁10％、海藻酸钠1％、白云母5％、合金剂15％，余量为铁粉；合金剂组分重量百分比包括：Mn 60％、Fe 15％、Ca 5％、Mg 10％、Mo 2.5％，W 2.5％，Nb 5％。
实施例3
一种低铬低碳耐磨堆焊药芯焊丝，包括低碳钢外皮和填充在低碳钢外皮中的药芯，药芯组分按重量百分比包括：金红石20％、硅灰石3％、冰晶石4％、低碳铬铁5％、海藻酸钠3％、白云母2％、合金剂35％，余量为铁粉；合金剂组分重量百分比包括：Mn 45％、Fe 27％、Ca 9％、Mg 8％、Mo 2.3％，W 2.7％，Nb 5％。
实施例4
一种低铬低碳耐磨堆焊药芯焊丝，包括低碳钢外皮和填充在低碳钢外皮中的药芯，药芯组分按重量百分比包括：金红石18％、硅灰石6％、冰晶石2％、低碳铬铁7％、海藻酸钠3％、白云母4％、合金剂30％，余量为铁粉；合金剂组分重量百分比包括：Mn 50％、Fe 19.2％、Ca 20％、Mg 3％、Mo 1.8％，W 3％，Nb 3％。
实施例5
一种低铬低碳耐磨堆焊药芯焊丝，包括低碳钢外皮和填充在低碳钢外皮中的药芯，药芯组分按重量百分比包括：金红石23％、硅灰石5％、冰晶石3％、低碳铬铁7％、海藻酸钠2％、白云母3％、合金剂25％，余量为铁粉；合金剂组分重量百分比包括：Mn 48.5％、Fe 23％、Ca 17％、Mg 5％、Mo 1％，W 1.5％，Nb 4％。
实施例6
一种低铬低碳耐磨堆焊药芯焊丝，包括低碳钢外皮和填充在低碳钢外皮中的药芯，药芯组分按重量百分比包括：金红石20％、硅灰石5％、冰晶石3％、低碳铬铁6％、海藻酸钠3％、白云母3％、合金剂30％，余量为铁粉；合金剂组分重量百分比包括：Mn 47.2％、Fe 31.05％、Ca 8％、Mg 7％、Mo 2，W 1％，Nb 3.75％。
实施例7
一种低铬低碳耐磨堆焊药芯焊丝，包括低碳钢外皮和填充在低碳钢外皮中的药芯，药芯组分按重量百分比包括：金红石20％、硅灰石5％、冰晶石3％、低碳铬铁6％、海藻酸钠3％、白云母3％、合金剂30％，余量为铁粉；合金剂组分重量百分比包括：Mn 47.2％、Fe 30.5％、Ca 8％、Mg 7％、Mo 2，W 1.8％，Nb 3.5％。
实施例8
一种低铬低碳耐磨堆焊药芯焊丝，包括低碳钢外皮和填充在低碳钢外皮中的药芯，药芯组分按重量百分比包括：金红石20％、硅灰石5％、冰晶石3％、低碳铬铁6％、海藻酸钠3％、白云母3％、合金剂30％，余量为铁粉；合金剂组分重量百分比包括：Mn 47.2％、Fe 30.5％、Ca 8％、Mg 6.3％、Mo 2，W 2.2％，Nb 3.8％。
实施例9
一种低铬低碳耐磨堆焊药芯焊丝，包括低碳钢外皮和填充在低碳钢外皮中的药芯，药芯组分按重量百分比包括：金红石20％、硅灰石5％、冰晶石3％、低碳铬铁6％、海藻酸钠3％、白云母3％、合金剂30％，余量为铁粉；合金剂组分重量百分比包括：Mn 47.2％、Fe 30.5％、Ca 8％、Mg 6.3％、Mo 1.98，W 2.37％，Nb 3.65％。
实施例10
一种低铬低碳耐磨堆焊药芯焊丝，包括低碳钢外皮和填充在低碳钢外皮中的药芯，药芯组分按重量百分比包括：金红石20％、硅灰石5％、冰晶石3％、低碳铬铁6％、海藻酸钠3％、白云母3％、合金剂30％，余量为铁粉；合金剂组分重量百分比包括：Mn 47.2％、Fe 30.5％、Ca 8％、Mg 6.3％、Mo 2.05，W 2％，Nb 3.95％。
实施例11
一种低铬低碳耐磨堆焊药芯焊丝，包括低碳钢外皮和填充在低碳钢外皮中的药芯，药芯组分按重量百分比包括：金红石17％、硅灰石5％、冰晶石3％、低碳铬铁8％、海藻酸钠2％、白云母3.5％、合金剂25％，余量为铁粉；合金剂组分重量百分比包括：Mn 47.2％、Fe 25％、Ca 13％、Mg 7％、Mo 2％、W 2.05％、Nb 3.75％。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。