[发明专利]含稀土耐磨堆焊修复用气保护金属芯焊丝及其制备方法

说明书

本发明涉及一种耐磨堆焊修复用气保护金属芯焊丝及其制备方法，该金属芯焊丝包括药芯和含稀土的不锈钢钢带，药芯的各成分及其质量百分含量分别为：高碳铬铁70％～82％、钒铁1％～8％、75#硅铁4％～8％、金属锰5％～11％、铝镁合金1％～3％、硼铁1％～4％、钛铁2％～5％、钼铁2％～3％，锆铁1％～2％，铌铁余量；含稀土的不锈钢钢带中的稀土元素为Ce、Sc和Er中的一种以上；该金属芯焊丝的制备方法是将药芯加热后得到金属粉，再制成金属芯焊丝；且该金属芯焊丝，具有良好的电弧稳定性，焊后无裂纹，堆焊层的相对磨损系数为1.25～1.36，堆焊层的硬度为60HRC以上，且在‑40℃的低温冲击韧性大于50J/cm，堆焊层的裂纹指数＜2.5；该焊缝具有高硬度和良好的耐磨性，而一定量的残余奥氏体使其具有一定的韧性。

技术领域

本发明属于焊接技术领域，涉及一种含稀土钢带的耐磨堆焊修复用气保护金属芯焊丝及其制备方法。

背景技术

我国目前在矿山、建材和电力行业中，每年因磨耗损失钢材约80万吨，提高材料的抗磨损性能，降低磨耗是生产部门期待解决的重要任务。

在凿削式磨料磨损下长期使用的挖掘机铲斗更会有不同程度的损伤，相比更换部件，进行堆焊修复具有更大的经济效益，但挖掘机铲斗用钢的焊接性较差，焊缝的碳含量偏高，晶界中容易聚集碳原子形成碳化物，疏松的碳化物会沿晶网状分布，晶粒尺寸也会比较粗大，导致粗晶区的低温韧性急剧降低进而粗晶区局部脆化。

现有的药芯焊丝通过添加铬和钛元素，促使针状铁素体生成从而提高韧性，但焊接过程中容易产生上贝氏体，先共析铁素体和马氏体-奥氏体(M-A)组元，晶界处容易产生碳化物，从而使焊接接头的韧性偏低，堆焊层中还容易产生裂纹，目前焊缝金属韧性偏低，和裂纹敏感性问题尚未得到有效的解决。

因此，研究一种能有效解决堆焊层中的韧性偏低并容易产生裂纹的方案，具有十分重要的意义。

发明内容

为了解决现有技术的堆焊修复中，粗晶区的低温韧性急剧降低进而粗晶区局部脆化所导致的堆焊层硬度、耐磨性和韧性不足的问题，本发明提供一种耐磨堆焊修复用气保护金属芯焊丝及其制备方法。具体是采用含稀土钢带制备而成的高铬铸铁型堆焊金属芯焊丝，其堆焊金属表面具有高硬度、高耐磨，并兼顾一定的韧性，可以改善粗晶区的低温韧性急剧降低进而粗晶区局部脆化。运用该焊丝堆焊修复的部件可在高应力磨削式磨料磨损状况下使用，其焊缝组织为隐针马氏体+残余奥氏体+在晶内平行分布的(Ti，V)C相，(Zr，V)C相，(Nb，V)C相，采用强碳化物形成元素钛、铌、锆，和钼、铬、锰等中强碳化物形成元素，使得晶界处的碳原子浓度均衡，不足以达到形成碳化物，抑制沿晶碳化物析出，避免晶界处碳化物产生使得堆焊层脆化，导致粗晶区的低温韧性急剧降低进而粗晶区局部脆化，通过稀土元素进一步细化(Ti，V)C相，(Zr，V)C相，(Nb，V)C相，并增加其硬质相分布均匀度，提高了堆焊金属的耐磨性及硬度。本发明焊接所形成的堆焊金属硬度均达到60HRC以上，其-40℃冲击韧性均达到50J/cm以上，其中，马氏体和针状碳化物使焊缝具有高硬度和良好的耐磨性，而一定量的残余奥氏体使其具有一定的韧性，稀土元素进一步细化(Ti，V)C相，(Zr，V)C相，(Nb，V)C相，并增加其硬质相分布均匀度，进一步提高了堆焊金属的耐磨性及硬度，使用寿命增加30％。

为达到上述目的，本发明采用的方案如下：

一种耐磨堆焊修复用气保护金属芯焊丝，包括药芯和含稀土的不锈钢钢带；

药芯的各成分及其质量百分含量分别为：高碳铬铁70％～82％、钒铁1％～8％、75#硅铁4％～8％、金属锰5％～11％、铝镁合金1％～3％、硼铁1％～4％、钛铁2％～5％、钼铁2％～3％、锆铁1％～2％，铌铁余量；

含稀土的不锈钢钢带中的稀土元素为Ce、Sc和Er中的一种以上。向金属中过渡RE元素，细化硬质相及增加硬质相的均匀度。

作为优选的技术方案：