一种铁基自保护药芯焊丝及其所制备的堆焊合金和方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于材料加工焊接材料领域，特别涉及一种铁基自保护药芯焊丝及其所制 备的堆焊合金和方法。
【背景技术】
[0002] 磨煤机的磨辊辊套和磨盘衬瓦是电厂易磨损的工件之一，随着现代用电量的需求 增加，电厂负荷越来越大，这些易磨损工件的制造和修复问题越来越突出。目前一般有两种 制造方法，一种是整体或分块采用高铬铸铁铸造的方式另一种是采用铸钢堆焊的方式进行 生产。铸造和堆焊的工件在磨损后都可以采用药芯焊丝堆焊的方式修复到原来尺寸并继续 使用。
[0003] 目前，磨煤辊堆焊修复广泛使用的药芯焊丝主要是以高铬铁基合金为主的药芯焊 丝，这类堆焊材料通过加入大量的碳元素和铬元素形成碳化物硬质相来提高耐磨层耐磨 性，但当药芯焊丝种碳含量> 5%易引起焊接工艺的恶化，飞溅颗粒尺寸变大，数量变多， 焊缝成型变差，降低焊接效率。与此同时，药芯焊丝中大量铬元素的加入，使得焊接过程中 会产生大量的烟尘和有毒气体，对环境产生污染。因此，以硼、钥元素代替部分铬元素来强 化基体，从而提高耐磨层的耐磨性，适应了环境可持续发展的环保理念。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种磨煤机用耐磨堆焊药芯焊丝，针对发电 行业中的大型磨煤设备（磨煤辊，磨盘等）在长时间的磨料磨损情况下，零部件的表面经 常由于磨损而报废失效，需要定期对磨煤设备进行更换和表面维修，适应发电厂大型磨煤 设备的低应力磨料磨损的工况条件，具有高硬度高耐磨自保护作用，同时减少现有焊接 材料在使用过程中对环境的污染问题。
[0005] 针对现有技术不足，本发明提供了一种铁基自保护药芯焊丝及其所制备的堆焊合 金和方法。
[0006] -种磨煤辊用铁基自保护堆焊药芯焊丝，所述药芯焊丝由碳钢钢带包裹药芯粉 末构成，其中药芯粉末在药芯焊丝中的质量分数为46%-50%,所述药芯粉末中各组分及质 量分数如下：高碳铬铁：50%_64% ;硼铁：5. 5%-11% ;钥铁：1%-6% ;电解锰粉：1%-3% ;硅铁： 3%-8% ;石墨：2%-7%，其余成分为还原铁粉。
[0007] 所述药芯焊丝的制备方法如下：
[0008] a、轧碳钢钢带，使其形成U形槽，再向所得U形槽中加入占所制备的药芯焊丝总重 46%_50%的药芯粉末；
[0009] b、将U形槽合口，使药芯粉末包裹在碳钢钢带中，通过拉丝模，逐道拉拔、减径，最 后使其直径达到2. 8mm，得到最终产品。
[0010] 采用一种磨煤辊用铁基自保护堆焊药芯焊丝制备一种含弥散分布馬(：3、Fe 2B硬质 相的铁基耐磨堆焊合金的方法，其具体步骤如下： toon] (1)按照药芯焊丝配制药芯粉末，与碳钢钢带一同轧制，获得药芯焊丝；
[0012] (2)采用直流电弧焊工艺制备得到堆焊合金。
[0013] 所述直流电弧焊工艺参数为：电压：30V-35V ;电流：320A-380A ;送丝速度： 430mm/mi n-500mm/min ;焊丝伸出导电嘴的长度：15mm-30mm。
[0014] 所获得的堆焊合金中各组分及质量分数如下：C :3%-5% ;Cr : 16%-22% ;Mo : 0· 4%-L 8% ;B :0· 4%-1· 3% ;Mn :0· 9%-2. 1% ;Si :0· 4%-1· 6% ;其余成分为 Fe。
[0015] 所采用的药芯焊丝中的药芯粉末各组分及质量分数优选如下：高碳铬铁： 52%-62% ;硼铁：6%-10% ;钥铁：L 5%-5% ;电解锰粉：L 5%-2· 5% ;硅铁：4%-7· 5% ;石墨： 2. 5%-6. 5%，其余成分为还原铁粉；所获得的堆焊合金中各组分及质量分数如下：C : 3. 5%-4. 5% ;Cr :17%-21% ;Mo :0· 5%-L 5% ;B :0· 5%-L 2% ;Mn :1. 0%-2. 0% ;Si :0· 5%-1· 5% ;其 余成分为Fe。
[0016] 所采用的药芯焊丝中的药芯粉末各组分及质量分数进一步优选如下：高碳铬 铁：55%-60% ;硼铁：6· 5%-9% ;钥铁：2%-4% ;电解锰粉：1· 75%-2· 45% ;硅铁：5%-7% ;石墨： 3%-6%，其余成分为还原铁粉；所获得的堆焊合金中各组分及质量分数如下：C :4%-4. 25% ; Cr :18%-20· 5% ;Mo :0· 6%-L 4% ;B :0· 6%-L 1% ;Mn :1. 1%-L 9% ;Si :0· 6%-1· 4% ;其余成分为 Fe0
[0017] 所述药芯粉末中各种组分作用如下：
[0018] 高碳铬铁：是焊缝金属中碳和铬的主要来源，是生成大量初生碳化物的必要条件， 是高硬度与高耐磨性的保证。在堆焊材料的设计中，碳是最重要的强化元素，碳具有间隙固 溶强化的作用，增加材料中的碳的含量，将会增加碳化物数量，获得高的硬度。基体组织中 分布着大量的初生碳化物M7C 3，使得堆焊层金属硬度高，耐磨性好。
[0019] 硼铁：向焊缝金属过渡硼元素，主要是为了获得高硬度的硼化物，从而提高堆焊合 金的耐磨性。堆焊合金硬度及相对耐磨性随着硼含量的增加而提高，但硼含量过高易引起 "硼脆"，降低合金耐磨性，因此本发明设计药芯焊丝中加入的硼铁含量为5. 5wt. %-llwt. %。
[0020] 钥铁：钥在合金中一般存在于固溶体相或碳化物相中。钥与铁及碳形成复合的渗 碳体，同时，钥还具有减缓碳化物在奥氏体中的溶解度，有效地抑制渗碳体在高温下的聚 集，促进弥散的特殊碳化物的析出等功效，从而在合金中起到了良好的强化作用。
[0021] 电解锰粉、硅铁：利用锰硅联合脱氧，提高元素过渡系数。
[0022] 石墨：石墨主要成分是游离碳，主要是弥补合金成分中碳的不足，碳具有间隙固溶 强化的作用，促进孪晶马氏体的形成，增加碳化物数量，减少碳化物质点间距以获得高的 硬度。此外，片状石墨更有利于焊接电弧的稳定，减少飞溅。
[0023] 还原铁粉：填补余量。
[0024] 磨煤辊堆焊合金采用自保护焊工艺制备，根据磨煤辊工况要求，焊接电流选择 320A-380A ;电压30V-35V ;送丝速度：430mm/min-500mm/min ;焊丝伸出导电嘴的长度： 15_-30_。采用这一工艺参数能够制备出符合磨煤辊工况要求的耐磨层堆焊合金层。
[0025] 本发明的有益效果为：
[0026] 1、减少铬元素的使用，减少了对环境的污染，是一种环境友好型焊接材料；
[0027] 2、采用本发明药芯焊丝堆焊的合金组织均匀，形成的M7C3硬质相和Fe2B硬质相 弥散的分布在基体上，从而保证了高耐磨性的综合性能；
[0028] 3、堆焊工艺性好：焊接过程中飞溅小，焊缝成形美观。
【附图说明】
[0029] 图1为本发明实施例3中堆焊合金放大500倍后的金相显微组织图；
[0030] 图2为本发明实施例3中堆焊合金相对耐磨性变化规律图。
【具体实施方式】
[0031] 本发明提供了一种铁基自保护药芯焊丝及其所制备的堆焊合金和方法，下面结合 附图和【具体实施方式】对本发明做进一步说明。
[0032] 各实施例中相同部分如下所述：
[0033] 1、实施例中药芯焊丝外皮选用规格为16mmX0. 3mm (宽度为16mm，厚度为0. 3mm) 的SPCC碳钢钢带，药芯焊丝药芯成分在实施例中具体说明，所选各种药芯成分粉末分别过 60目筛子，将所选各种药芯成分粉末放入混粉机内混合2小时，然后将得到的药芯粉末加 入U形的钢带槽中，将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后分别经过拉丝模，逐道拉拔、减径， 最后使其直径达到2. 8_，得到磨煤辊堆焊药芯焊丝。
[0034] 2、焊丝堆焊过程中将工艺参数均设定为：电压：30V-35V ;电流：320A-380A ;送丝 速度：430mm/mi n-500mm/mi η ;焊丝伸出导电嘴的长度：15mm-30mm。
[0035] 实施例1
[0036] 取高碳铬铁5千克、硼铁0. 55千克、钥铁0. 1千克、电解锰粉0. 1千克、硅铁0. 3 千克、石墨0. 2千克，还原铁粉3. 75千克。将得到的药芯粉末加入U形的钢带槽中，将U形 槽合口，得到直径为2. 8mm的磨煤辊堆焊药芯焊丝，填充率为48%，按上述工艺制备堆焊合 金，所获得的堆焊合金中各成分及质量分数分别为：C :3% ;Cr :16% ;Mo :0. 4% ;B :0. 4% ;Mn : 0· 9% ;Si :0· 4% ;其余成分为 Fe。
[0037] 实施例2
[0038] 取高