[发明专利]高韧性高耐磨冷轧支撑辊堆焊合金焊丝

说明书

技术领域

本发明涉及一种合金焊丝，尤其涉及一种高韧性高耐磨冷轧支撑辊堆焊合金焊丝。

背景技术

冷轧辊支承辊工作时会承受巨大的正压力和剪切力，很容易导致轧辊面成块脱落。支承辊在轧制时要求变形越小越好，这就要求堆焊层金属的硬度至少达到HRC48以上。获得硬度在HRC48的金属比较容易实现，但其韧性就难以保证了，将无法避免疲劳裂纹的早期萌发和扩展，导致轧辊破坏。

现在急需要研制一种既有合适的硬度以满足冷轧的工矿，又有足够的韧性延迟裂纹的萌生和扩展的堆焊合金。这就提出了三个亟待解决的技术问题，一是要确保堆焊合金的硬度在HRC 50～53。二是要在满足上述硬度的前提下，调整合金成分，使熔敷金属的冲击韧性达到40焦耳以上。三是要在焊接冷轧辊时不出现冷热裂纹。

发明内容

根据以上提出的技术问题，本发明提供一种具有良好韧性和适宜硬度且无冷热裂纹的高韧性高耐磨冷轧支撑辊堆焊合金焊丝，该合金焊丝化学组成为，重量百分比：C：0.2～0.4；Mn：1.0～2.0；Si：0.5～1.5；Cr：3.0～6.0；Mo：0.5～2.0；Ni：1.0～3.0；P：≤0.02；S≤0.01；杂质为矿物质及合金粉末。所述杂质包括CaF2、CaCO3、Na3SiF6、LiF2一种或几种矿物质，含量为2～5％；钒、钨、铌、钛、铝等元素的其中一种或几种，含量总和在0.3～2.0％；其中还加入了少量稀土，含量为0.1～0.5％。焊丝合金含量为6～12％。焊丝配合适当的焊接工艺，取得HRC48～53的硬度，相应的焊接工艺为：配合HJ107焊剂，焊接电流300～500安培，电压30～35伏特。焊接速度350～600毫米/分钟。层间温度200～300℃，焊后缓冷。然后经过560℃8小时回火处理。该焊丝采用低碳钢带包裹合金粉末和矿物质经轧制拉拔而成。

本发明的有益效果为：本发明通过合理的成分设计，配合HJ107，通过细化晶粒，加入除硫成分，使焊丝堆焊时不出现热裂纹，并具有适用于冷轧辊的硬度和韧性可以满足冷辊的堆焊要求。

本发明的特点为在符合标准的材料中选择含杂质少的原料，尤其是要控制硫磷的含量，使得硫控制在0.03％以下，磷控制0.035％以下。研究表明，焊丝中含碳量在0.2～0.4％的范围可以取得硬度要求，再配合通过高碳铬铁加入才能满足焊丝对碳的要求。铬含量控制在3～6％的范围，并和其它合金元素与碳结合，形成碳化物，起到硬化堆焊层金属的目的，保证堆焊时不会出现裂纹。合金焊丝中加入了钼、锰、硅合金等金属元素，这些合金可以起到脱氧和提高硬度的作用。钼含量为0.5～2％，加入此种金属元素可以防止回火脆性。锰含量为1.0～2.0％，锰可以起到脱氧的作用，并可强化堆焊层金属，过多的锰会造成回火硬度下降，并导致硬度不均匀性。硅的含量为0.5～1.5％，硅的加入也是为了脱氧和强化。研究表明，硅过低时堆焊层金属的韧性不足，过高时将出现热裂纹，且韧性下降。本合金焊丝中还加入了钒、钨、铌、钛、铝中的一种或几种，这些合金元素与碳、氮化合，弥散分布在马氏体中，提高了硬度，细化了晶粒，但对冲击韧性无明显危害。以上元素的含量总和应控制在0.3～2.0％以内。除此之外合金中还加入了适当量的Ni以提高韧性。Ni不仅可以强化基体，并能显著提高熔敷金属的韧性。实验表明，Ni的含量应控制在1～3％但过多的对韧性无改善作用。本合金焊丝粉末中加入了CaF2，CaCO3，Na3SiF6，LiF2的一种或几种，含量为2～5％。加入的矿物质可以净化焊缝金属，降低堆焊金属中的杂质含量，改善由于母材的高含碳量造成热裂纹，并进一步提高堆焊金属的韧性。本焊丝中还加入了含量为0.1～0.5％少量稀土，适量的稀土起到脱氧、脱氮，细化晶粒的目的。试验表明，加入适量的稀土可以提高冲击值5～10焦耳。本发明的焊丝配合适当的焊接工艺，可以取得HRC48～53的硬度，使得熔敷金属U形缺口冲击韧性大于40焦耳。

具体实施方式

本发明是用低碳钢带，将其卷成管状，管内填充杂质及其添加剂。杂质为矿物质及合金粉末。该合金焊丝粉末化学组成的重量百分比为C：0.2～0.4；Mn：1.0～2.0；Si：0.5～1.5；Cr：3.0～6.0；Mo：0.5～2.0；Ni：1.0～3.0；P：≤0.02；S≤0.01；焊丝合金含量为6～12％。杂质包括CaF2、CaCO3、Na3SiF6、LiF2一种或几种矿物质，含量为2～5％；钒、钨、铌、钛、铝等元素的其中一种或几种，含量总和在0.3～2.0％；其中还加入了少量稀土，含量为0.1～0.5％，粉末经过预先混合均匀，粒度为80～160目。加粉完成后，焊丝配合HJ107焊剂，电流为300～500安培，电压为30～35伏特，速度为350～600毫米/分钟，层间温度200～300℃，焊后缓冷，然后经过560℃8小时回火处理的焊接工艺，再经过多次拉拔，取得HRC48～53的硬度。粉末在焊丝内被压紧密实，制成使用直径为2.4～3.2cm的焊丝。