[发明专利]一种钒铌复合强化耐磨堆焊用无渣自保护药芯焊丝

说明书

技术领域

本发明属于材料加工工程中的焊接领域，具体地涉及一种钒铌复合强化耐磨堆焊用无渣自保护药芯焊丝。

背景技术

自保护药芯焊丝具有堆敷效率快、组分调节便捷，无需外加辅助气体或焊剂，自动化程度高等优点，是21世纪最有发展前景的耐磨堆焊材料之一。堆焊用自保护药芯焊丝一般依靠药芯组分在焊接冶金过程中生成碳化物抗磨质点，这些抗磨质点分布在强韧的基体组织中，使得堆焊金属具有优良的耐磨性。因此，堆焊金属中所过渡的合金数量，从根本上决定了它的耐磨性能。传统的自保护药芯焊丝，为了实现良好的自保护效果，除了添加形成耐磨焊缝所必需的合金元素外，还要在药芯中添加造渣剂，如金红石、萤石、碳酸盐等，这些造渣剂在焊接过程中形成熔渣，从而避免空气对金属熔滴的入侵。但是由于造渣剂质量较轻，往往占据了药芯中大部分的空间。这就使得铁合金和金属粉末的添加量受到限制，从而成为自保护药芯焊丝耐磨性能进一步提高的瓶颈。近几年，无渣自保护药芯焊丝的出现突破了这一技术瓶颈，其药芯中不添加任何矿物粉末，从而最大限度地增大了合金粉的装填量，同时有利于增加填充率，提供了调整焊丝耐磨性能的广阔空间和内在潜力。

目前堆焊修复的耐磨堆焊用药芯焊丝，一般都含有Mn、Si、C等元素。其中所含的Cr，在焊接过程中与C和Fe形成粗大的(Cr、Fe)₇C₃碳化物，该类焊丝抗裂性较差。同时(Cr、Fe)₇C₃碳化物的生长位向对耐磨性影响较大。这是因为(Cr、Fe)₇C₃碳化物为六方棱柱结构，其横截面显微硬度为1500-1700HV，纵截面显微硬度为1100-1200HV。研究者们通过添加强碳化物形成元素在一定程度上改良了这一现状。如中冶集团建筑研究总院的《一种高碳高铬高铌铸铁自保护药芯焊丝》(200710175676.4)，其中铌铁质量比10～30％；河海大学的《钒强化耐磨埋弧堆焊药芯焊丝》(201010197412.0)，其中钒铁质量比8～20％。然而，(V，Nb)C复合碳化物具有更高的热稳定性和硬度，倘若利用明弧焊接技术在堆焊过程中析出(V，Nb)C复合碳化物，无疑将进一步提高堆焊合金组织稳定性及耐磨性。此外，使用多元复合添加的方法可能在保证形成MC型一次复合碳化物的条件下，将强碳化物形成元素的添加总量控制在较低的水平，从而达到节约成本、控制焊丝制造成本的目的，将适合大量应用于耗材量较大的钢轧辊、磨煤辊、辊压机、挖掘机等大型设备耐磨部件的再制造和修复作业。目前研究中还未有通过添加少量多元强碳化物形成元素以形成复合碳化物硬质相强化堆焊药芯焊丝的报道。

发明内容

发明目的：为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种钒铌复合强化耐磨堆焊用无渣自保护药芯焊丝及其制备方法。

技术内容：为实现上述技术目的，本发明提出一种钒铌复合强化耐磨堆焊用无渣自保护药芯焊丝，包括低碳钢带和药芯，药芯填充于钢带中，所述的药芯成分质量百分数含量范围如下：55～65％的高碳铬铁、4～8％的钒铁、3～9％的铌铁、3～5％的石墨、2～3％的硼铁、8～14％脱氧剂，余量为铁粉，脱氧剂为铝镁合金、锰粉和硅铁混合物，质量比为铝镁合金∶锰粉∶硅铁＝(2～4)∶(6～8)∶(2～4)，且质量满足锰粉wt％≥硅铁wt％+铝镁合金wt％，药芯占焊丝总重量的比例为49～56％。

最为优选，所述的高铬铸铁含碳量为9～10wt％，含铬量为60～70wt％，其余为铁；所述的钒铁含钒量为35～50wt％，其余为铁；所述的铌铁含铌量为50～60wt％，其余为铁；所述的硼铁含硼量为19～25wt％，其余为铁；所述的脱氧剂中铝镁合金含铝量为47～53wt％，其余为镁；所述的脱氧剂中硅铁含硅量为72～80wt％，其余为铁。

优选地，所述药芯所有组分的粒径大于或等于80目。

优选地，所述低碳钢带为H08A碳钢钢带。

其中，所述低碳钢带的尺寸(厚度×宽度)为：0.3×16mm或0.4×18mm或0.5×21mm。

所述焊丝的直径为2.40mm、2.60mm、2.85mm、3.15mm、3.45mm、3.80mm和4.10mm中的任意一种。

上述钒铌复合强化耐磨堆焊用无渣自保护药芯焊丝的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)利用成型轧辊将低碳钢钢带轧成U形，然后通过送粉装置将本发明的药芯材料按本发明焊丝总重的49-56％加入到U形槽中；