[发明专利]一种高硼高铬耐磨堆焊药芯焊丝

说明书

技术领域

本发明涉及一种高硼高铬耐磨堆焊药芯焊丝，属于焊接材料领域。可广泛用于电力、冶金、机械、化工等行业的机械的耐磨件上，还可堆焊修复和制造新的耐磨件。

背景技术

据统计，机械设备提前失效的原因70％由于磨损和腐蚀，机电产品制造和使用中大约1/3的能源直接消耗于摩擦磨损。在冶金、发电、矿山、建材、煤炭等行业中，许多工况条件都存在设备的严重磨损问题，造成设备过早地损坏，需停机检修或更换，影响了生产效率，浪费了大量的人力物力。目前市场上常用的铁基堆焊合金主要为高铬铸铁系列，其耐磨性主要取决于碳化物种类、数量、硬质相的大小形状，分布情况和基体组织。基体显微组织包括铁素体，马氏体，奥氏体。碳化物包括铬在堆焊合金中于碳铁形成的M7C3、碳化钨(HV2400)、碳化铌(HV2400)、碳化钒(HV2800)和碳化钼(HV2200)等，这些高硬度的碳化物显著提高了堆焊合金的耐磨性，但钨、钼、铌、钒这些元素一般都比较贵重，另外，此类元素主要是靠本身与碳形成硬度更高的化合物来提高耐磨性。我国硼资源廉价且丰富，同时硼化物显微硬度较高如铁硼(HV1900)、铬硼(HV2100)、碳化硼(3700HV)、二硼化钛(HV3400)等，这些硼化物能够显著提高堆焊层的耐磨性，且成本低廉。专利公开号为CN 101301707涉及一种含硼高耐磨堆焊药芯焊丝，其特征在于在堆焊层中形成的合金元素的含量为铬20～35；碳5～6；硼0.3～1.6％，其耐磨机制主要靠M7C3型碳化物作为耐磨骨架，硼化物作为辅助提高其耐磨性，该发明耐磨性好但脆性大容易剥落。又例如中国专利02139493.8一种堆焊用包芯焊丝，该发明由低碳钢包皮和芯部粉末组成，芯部粉末与低碳钢包皮的重量百分比为30～40％∶70～60％，所述芯部粉末由以下重量百分比计的物质混合而成Cr25～30％；Ni15～19％；Mn3～5％；Si2～5％；C1～3％铁余量。该发明耐磨性较好但脆性大易开裂，贵金属较多成本较高。所以开发一种成本低廉，耐磨性较好的堆焊合金具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于用显微硬度较高的硼化物(主要为Fe₂B、CrB)替代碳化物(主要为M₇C₃、MC)，并且大大提高堆焊合金的耐磨性，焊缝成形美观。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种高硼高铬耐磨堆焊药芯焊丝，焊丝由钢带外皮和芯部粉末组成，钢带外皮采用低碳钢带或不锈钢钢带，其特征在于芯部粉末元素包括硼、铬、碳、铁，钢带外皮由铁或铁和铬元素组成，耐磨堆焊药芯焊丝元素质量组成如下：硼4～11％，铬3.0～21％，碳0.3～3.0％，锰1.0％，硅0.5％，余量为铁。

上述一种高硼高铬耐磨堆焊药芯焊丝，在所述的芯部粉末中加入铌在所述的芯部粉末中加入铌，铌在药芯焊丝中的质量为0.1～2.2％。

上述高硼高铬耐磨堆焊药芯焊丝还可以加入以下合金元素成分范围如下：镍(Ni)0～1％、稀土(RE)0～1％、钛(Ti)0～2.5％、Na/K变质剂0～1％。

稀土(RE)为铈(Ce)、镧(La)钕(Nd)其中的一种，或它们的混合物。

硼：硼是高硼高铬耐磨堆焊药芯焊丝的主要合金元素，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，堆焊合金硼化物体积分数随着硼含量的增加而增加。

铬：随着铬量的增加，Fe₂B的存在范围向高碳一侧扩大，添加铬具有稳定Fe₂B相的作用，铬还可在堆焊层中形成Fe-Cr固溶体提高基体性能，同时铬是生成硬质相CrB的元素，铬含量增加，焊层中硬质相增加，焊层相对耐磨性及耐腐蚀性能提高。但铬有缩小γ区的作用，使堆焊层共晶组织硬度下降，同时含铬量过高，有生成脆性σ相的倾向，因此需添加合理含量铬。

碳：适量的碳对堆焊合金耐磨性有一定的帮助，但含量过高堆焊合金脆性变大，易于开裂剥落。

铌：铌对高硼高铬堆焊合金中的出生硼化物Fe₂B细化作用比较明显，同时还可对共晶硼化物形状及大小有一定影响作用，它还可以形成性能优良的碳化铌硬质相，提高堆焊合金的耐磨性能。

锰：具有良好的脱氧和脱硫作用，并具有较强的固溶强化作用；能提高淬硬性。

硅：Si能脱氧，并具有强烈的固溶强化作用，增加淬硬性和回火稳定性，提高耐热性和耐蚀性，并可降低液态金属表面张力。