[發(fā)明專利]一種高硬度耐磨堆焊焊條

有效

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• 申請日: 2014-10-27
• 公開（公告）號: CN104400259A
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉玉雙;張亞平;田海成;李磊;韓海峰
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢鐵錨焊接材料股份有限公司
• 主分類號: B23K35/365
• 分類號: B23K35/365;B23K35/12
• 代理公司: 北京匯澤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11228
• 代理人: 張瑾

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及堆焊焊條工藝技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可用于多層堆焊的高硬度耐磨堆焊焊條。

背景技術(shù)

在我國硬面堆焊材料中，堆焊焊條約占70％，在焊接材料中具有舉足輕重的地位。堆焊焊條設(shè)計(jì)制造過程中，為了提高硬度而加入大量的石墨及其他合金，形成碳化合金，這種材料碳當(dāng)量高、塑性低、應(yīng)力大，容易剝落。而且采用大重量系數(shù)的方法，藥皮厚，影響焊接工藝性。例如通過加入碳化鎢顆粒或增加碳含量來達(dá)到所需硬度，但在高溫環(huán)境條件下容易出現(xiàn)覆面層的耐磨性和耐蝕性下降問題。

硼能夠與碳原子結(jié)合形成硬度非常高的碳硼化合物，并且，硼與Fe、Ti、Cr、Mo等形成硬度很高的化合物，提高堆焊層硬度。硼代替部分碳元素，形成硼化物，降低焊條的碳當(dāng)量；采用多元復(fù)合法，加入少量多種金屬元素，降低碳含量，利用元素之間相互作用及對堆焊層基體金屬韌化，有效提高堆焊層金屬的抗裂性能、硬度、耐磨性；采用低S、P的H08T碳鋼焊芯，改善堆焊層基體金屬夾雜物形態(tài)、數(shù)量，提高堆焊層金屬的抗裂性能；降低藥皮中石墨含量，減小焊條外徑，藥皮重量系數(shù)小，改善焊條的工藝性能。

另有研究表明，雖然加入較高的硼可以提高堆焊金屬的耐磨性和硬度，但是硼的存在會降低堆焊層的韌性，提高堆焊層應(yīng)力，增加裂紋傾向，堆焊時堆焊層剝落嚴(yán)重，不能廣泛使用。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，本發(fā)明提供了一種高硬度耐磨堆焊焊條，達(dá)到堆焊層硬度和韌性的匹配。

本發(fā)明提供的高硬度耐磨堆焊焊條，包括焊芯和藥皮，所述藥皮包括以下質(zhì)量百分比的成分：大理石20～25％；螢石10～15％；高碳鉻鐵15～24％；硼鐵20～28％；硅鐵2～5％；稀土氟化物或稀土氧化物1～3％；鈦鐵8～13％；石墨3～5.5％；鎳1～2.5％；中碳錳鐵1～3％；以及，鉬和鎢中的一種或兩種1～3％。

堆焊層的硬度和耐磨性取決于堆焊合金中所含硬質(zhì)相的種類、數(shù)量、分布和形態(tài)，韌性與堆焊層基體金屬組織形態(tài)等相關(guān)。硼化硬質(zhì)相包括硼化鎢、硼化鉬等，較相應(yīng)的碳化硬質(zhì)相顯微硬度更高，且硼資源在我國較為廉價(jià)，因此，采用硼化物提高堆焊層硬度和耐磨性具有重要意義。單純的高硼堆焊或高碳堆焊，形成塊狀硼化物或碳化物，堆焊層脆性大，容易出現(xiàn)裂紋甚至剝落，因此本發(fā)明采用多元復(fù)合法，在堆焊合金中加入少量多種合金元素，調(diào)整各合金元素含量，達(dá)到堆焊層硬度和韌性的匹配。

該堆焊焊條，其耐磨性能主要依靠用硼替代部分碳元素，降低焊條的碳當(dāng)量，從而提高焊接抗裂性能；加入韌化元素，提高基體韌性，從而提高焊接抗裂性；降低焊條的重量系數(shù)，提高焊條的焊接工藝性能。

藥皮組分為C、B、Cr、Ti、Ni，W或Mo合金以及礦物粉，Ti、Cr、Mo或W均可與C、B結(jié)合形成碳化物或硼化物，提高堆焊層金屬的硬度，通過調(diào)節(jié)B、C、Cr、Ti、Ni、Mo或W等元素含量，依靠各元素之間相互作用，達(dá)到細(xì)化硼化物、碳化物、增加硬質(zhì)相的種類和數(shù)量、增加基體韌性、提高表面硬度和耐磨性、降低裂紋敏感性的目的。藥皮中加入鎳元素，可以提高基體的韌性，降低剝落敏感性，稀土能夠韌化基體金屬、細(xì)化耐磨顆粒，提高堆焊層性能。

大理石和螢石作為礦物原料加入，主要起造渣、造氣作用。調(diào)整大理石、螢石的含量，作為調(diào)節(jié)焊條工藝性能的主要方式之一。

高碳鉻鐵：含碳量高，碳元素過渡系數(shù)較石墨高；降低石墨加入量，減小藥皮重量系數(shù)，改善焊條焊接工藝性能。鉻元素顯著提高合金的淬透性，促進(jìn)馬氏體形成。鉻與硼結(jié)合形成硬質(zhì)相，彌散分布硬質(zhì)相可以強(qiáng)化基體，細(xì)化晶粒，提高硬度和耐磨性，加入量為15～24％。

石墨：使合金中碳化物硬質(zhì)相的數(shù)量達(dá)到要求，為兼顧焊條藥皮重量系數(shù)和堆焊層金屬韌性，石墨加入量為3～5.5％。

硼鐵：與Ti、Cr、W或Mo等元素形成硬質(zhì)相硼化物，是提高硬度和耐磨性的主要組織，其中優(yōu)選低碳硼鐵。加入量過高，堆焊層硬度過高，顯著增加焊接內(nèi)應(yīng)力，容易剝落，加入量需在20～28％范圍內(nèi)。

鉬和鎢中的一種或兩種：強(qiáng)碳化物形成元素，提高鋼的淬透性與回火穩(wěn)定性，可降低或抑制其他合金元素導(dǎo)致的回火脆性，具有細(xì)化組織、改善碳化物形貌的作用，有助于提高耐磨性，改善韌性。

鎳：增強(qiáng)堆焊層金屬基體韌性，提高堆焊金屬的綜合性能。鎳加入量需在1～2.5％范圍內(nèi)。

稀土氟化物或稀土氧化物：稀土的氟化物或氧化物具有強(qiáng)烈的脫氧和去硫的能力，對氫的吸附作用也很大，還可以改善夾雜物的形態(tài)和分布，改善堆焊層金屬組織，提高抗裂能力。總體考慮，為改善組織性能，并兼顧生產(chǎn)成本和稀土利用率，加入量為1～3％。