阅读说明：本技术 一种适用于型钢粗轧工作辊堆焊修复用的高硬度、高韧性合金药芯焊丝 (High-hardness and high-toughness alloy flux-cored wire suitable for surfacing repair of rough-rolled working roll of profile steel ) 是由 赵云志 安达 安士合 陈静良 赵松 刘班 赵力 曾宪国 于 2019-11-22 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种适用于型钢粗轧工作辊堆焊修复用的高硬度、高韧性合金药芯焊丝,由外皮和药芯组成,所述药芯由以下原料制备得到：每100重量份药芯中包括：碳化铬、钼铁、铌铁、镍、锰、钛铁、铝镁合金、稀土硅铁和铁。本申请提供的型钢粗轧工作辊堆焊修复用的高硬度、高韧性合金药芯焊丝,其在Cr5合金系中合理调整Mo、Nb、Ni、N、RE等合金比例,通过微合金化以及合金原料含量的配比,保证了堆焊层合金具有高硬度、高耐磨性的同时,还具有很好的韧性和耐冷热疲劳性能。(The invention provides a high-hardness and high-toughness alloy flux-cored wire suitable for surfacing repair of a rough rolling working roll of section steel, which consists of a sheath and a flux core, wherein the flux core is prepared from the following raw materials: every 100 weight parts of the medicine core comprises: chromium carbide, ferromolybdenum, ferroniobium, nickel, manganese, ferrotitanium, aluminum magnesium alloy, rare earth ferrosilicon and iron. The application provides a high rigidity, high tenacity alloy flux-cored wire for surfacing repair of shaped steel rough rolling working roll, its reasonable adjustment Mo, Nb, Ni, N, RE etc. alloy proportion in Cr5 alloy system, through microalloying and the proportion of alloy raw materials content, when having guaranteed that surfacing layer alloy has high rigidity, high wearability, still has fine toughness and cold and hot fatigue resistance ability.)

一种适用于型钢粗轧工作辊堆焊修复用的高硬度、高韧性合 金药芯焊丝

技术领域

本发明涉及焊接材料技术领域，尤其涉及一种适用于型钢粗轧工作辊堆焊修复用的高硬度、高韧性合金药芯焊丝。

背景技术

轧辊是轧钢生产的主要消耗备件之一，随着冶金技术的发展，轧钢种类增多以及轧钢速度和自动化程度的提高，对轧辊的质量特别是轧辊的强度、韧性、耐磨性也提出了更高的要求。近些年，轧辊材质发展趋势是向高合金、多元合金发展，因此也增加了轧辊制造的难度。

利用磨损报废的轧辊进行堆焊复合制造是一种绿色环保、节能利费的、很有价值的项目，这一技术随着药芯焊丝、埋弧焊设备及埋弧焊工艺的广泛应用，在各个钢厂均得到了较快的发展和应用。

堆焊修复冶金热轧辊用的药芯焊丝多采用Cr5、Cr13基合金系，再添加不同的Mo、W、V、Co、Nb等合金来强化，堆焊层硬度HRc50左右，堆焊辊上机后基本能满足轧机工作要求，但堆焊层耐磨性不理想，主要是堆焊层强韧性不足；这是因为堆焊工作层硬度＞50HRc时，材料的韧性就会大大下降，辊子在堆焊或在使用过程中就极易产生裂纹或剥落掉块。

如何解决Cr5、Cr13系堆焊材料强韧性问题是堆焊材料研究者面临的一道难题。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种高硬度、高耐磨和高韧性的热轧辊堆焊用药芯焊丝。

本申请提供了一种适用于型钢粗轧工作辊堆焊修复用的高硬度、高韧性合金药芯焊丝，其由碳化铬、钼铁、铌铁、镍、锰、钛铁、铝镁合金、稀土硅铁和铁制备得到；该种药芯焊丝采用C、Cr、Mo、Nb、N强化，获得的堆焊层组织为高碳马氏体基加弥散均匀分布碳、氮化物和少量铁素体，组织纯净度高、晶粒细小、均匀，因此该药芯焊丝使得堆焊层合金具有硬度高、耐磨性、耐冷热疲劳性能好以及抗裂性优良的优点。用该焊丝堆焊的热轧轨梁辊过钢量达5.7万吨，是普通Cr5系合金的2～3倍(如图1、图2所示)。

附图说明

图1为利用比较例4制作的药芯焊丝堆焊的轨梁BD1辊第三孔位置磨损失效照片(过钢2.0万吨)；

图2为利用本发明实施例2制作的药芯焊丝堆焊的轨梁BD1辊第三孔位置磨损失效照片(过钢5.7万吨)；

图3为本发明实施例2制作的焊丝堆焊层的微观组织照片。

具体实施方式

针对现有技术中Cr5、Cr13系堆焊材料强韧性问题，本申请提供了一种适用于型钢粗轧工作辊堆焊修复用的高硬度、高韧性合金药芯焊丝，其在Cr5合金系中合理调整Mo、Nb、Ni、N、RE等合金比例，通过微合金化以及合金原料的调整，在保证堆焊层合金具有高硬度、高耐磨性的同时，还具有很好的韧性和耐冷热疲劳性能。具体的，本申请所述型钢粗轧工作辊堆焊修复用的高硬度、高韧性合金药芯焊丝，由外皮和药芯组成，所述药芯由以下原料制备得到：每100重量份药芯中包括：

对于本领域技术人员熟知的，所述药芯焊丝由外皮和药芯组成，药芯焊丝是通过焊丝成型机“O”型搭接成型后利用直线多道拔丝装置拔制而成。在本申请中，所述药芯焊丝的直径为2.4mm、2.8mm、3.2mm或4.0mm。所述外皮为本领域技术人员熟知的外皮，更具体的，本申请中所述外皮为低碳钢H08E钢带，其厚度为0.5～0.8mm，宽度为12～16mm。

具体的，本申请所述药芯由以下原料制备得到：碳化铬、钼铁、铌铁、镍、锰、钛铁、铝镁合金、稀土硅铁和铁。

其中，碳化铬的含量为15～25重量份，在具体实施例中，所述碳化铬的含量为18～23重量份，在具体实施例中，所述碳化铬的含量为20～22重量份。所述碳化铬中C的含量为12～14wt％，Cr的含量为84～87wt％，P＜0.025wt％，S＜0.025wt％。所述碳化铬的粒度为120～200目。

钼铁的含量为5～7重量份，具体的，所述钼铁的含量可以为5.2重量份、5.4重量份、5.9重量份、6.0重量份、6.4重量份或6.7重量份。所述钼铁中Mo的含量为60～65wt％，P＜0.025wt％，S＜0.025wt％。所述钼铁的粒度为120～200目。

铌铁的含量为12～18重量份，具体的，所述铌铁的含量为14～17重量份。所述铌铁中Nb的含量为60～70wt％，P＜0.025wt％，S＜0.025wt％。所述铌铁的粒度为160～300目。

所述镍即为金属镍，其含量为0.5～1.0重量份，具体的，所述镍的含量为0.6～0.9重量份，在具体实施例中，所述镍的含量为0.7～0.8重量份。

所述锰即为金属锰，其含量为5～7重量份，具体的，所述锰的含量为5.3重量份、5.5重量份、5.9重量份或6.5重量份。

所述钛铁的含量为4～6重量份，具体的，所述钛铁的含量为4.3重量份、4.8重量份、5.5重量份、5.8重量份或5.9重量份。

所述铝镁合金的含量为1～2重量份，具体的，所述铝镁合金的含量为1.3重量份、1.5重量份或1.8重量份。

所述稀土硅铁的含量为1～2重量份，具体的，所述稀土硅铁的含量为1.2重量份、1.5重量份、1.6重量份、1.8重量份或1.9重量份。

上述组分作为制备药芯的原料，在上述组分的基础上所述药芯中的成分具体为：C的含量为0.60～0.80wt％，Si的含量为0.90～1.05wt％，Mn的含量为1.10～1.30wt％，Cr的含量为5.50～7.00wt％，Ni的含量为0.50～0.70wt％，Mo的含量为2.00～2.20wt％，Nb的含量为2.10～4.50wt％，RE的含量＜1.5wt％，Fe为余量。

上述成分中，(Cr+Mo)/Nb＝2.5～3.0效果最好，当(Cr+Mo)/Nb＞3时，Nb的强化效果不足，而当(Cr+Mo)/Nb＜2.5时，合金中的碳被Nb夺走，NbC增多而W7C3大大减少，堆焊合金硬度反而降低。

本申请中，所述药芯焊丝中所述药芯的含量为30～40wt％，更具体的，所述药芯的含量为32～37wt％。

利用本申请上述药芯焊丝进行堆焊，药芯焊丝与高碱度焊剂匹配，得到的堆焊层中P、S、O、H含量低，组织为高碳马氏体基加弥散均匀分布碳、氮化物和少量铁素体(如图3所示)，由图3可知，微观组织的晶粒细小均匀、夹杂物直径小数量少，因此，堆焊层韧性高、高温稳定性好。实验结果表明，经过520～550℃回火后堆焊层硬度≥52HRc。

为了进一步理解本发明，下面结合具体实施例对本发明提供的药芯焊丝进行详细说明。本申请的保护范围不受实施例的限制。

实施例

按表1中比较例和实施例的化学成分调配各种合金原料比例(重量份)，由此原料具体为：

实施例1：碳化铬为22，钼铁为6.7，铌铁为17，金属镍0.7，金属锰5.5，钛铁为4.5，铝镁粉1.5，稀土硅铁1.5和铁粉40.6；

实施例2：碳化铬为21，钼铁6.4，铌铁15，金属镍0.8，金属锰5.3，钛铁为5.0，铝镁粉1.5，稀土硅铁1.5和铁粉43.5；

实施例3：碳化铬20，钼铁5.9，铌铁为14，金属镍0.8，金属锰为5.9，钛铁为5.5，铝镁粉为1.8，稀土硅铁1.3和铁粉44.8；

对比例1：高碳铬20、钼铁6、镍1、钨铁5、锰6、钛铁4、铝镁合金1.0、稀土硅铁1.2和铁粉55.8；

对比例2：高碳铬24、钼铁5、镍6、钨铁7、钒铁5、锰5、钛铁3、铝镁合金1.2、稀土硅铁1和铁粉42.8；

对比例3：高碳铬22、钼铁5、镍2.5、钨铁4、钒铁4、锰5、钛铁4、铝镁合金1、稀土硅铁1和铁粉51.5；

对比例4：高碳铬38、金属铬10、钼铁7、钴5、锰6、钛铁3、铝镁合金1.5、稀土硅铁1.2和铁粉28.3；

对比例5：高碳铬22、金属铬2、钼铁5、镍4、钨铁7、钒铁5、锰5、钛铁4、铝镁合金1.2、稀土硅铁1和铁粉43.8；

对比例6：高碳铬24、金属铬2、钼铁7、钨铁6、锰4、钛铁5、铝镁合金1.5、稀土硅铁1.2和铁粉49.3；

对比例7：高碳铬22、钼铁16、钴10、钨铁10、钒铁7、锰5、钛铁4、铝镁合金1.2、稀土硅铁1和铁粉24.8；

对比例8：高碳铬23、钼铁5、铌14、锰6、钛铁4、铝镁合金1.5、稀土硅铁1和铁粉45.5；

对比例9：高碳铬22、钼铁5、铌25、锰5、钛铁4、铝镁合金1.5、稀土硅铁1和铁粉36.5；

对比例10：高碳铬24、钼铁15、锰4、钛铁5、铝镁合金1.5、稀土硅铁1.5和铁粉49；

原料调配后按照现有技术的方法将其拉拔制成φ3.2mm的药芯焊丝：

表1药芯焊丝成分调整数据表

将实施例与比较例制备的药芯焊丝按照表2的规范焊制试板，得到不同的堆焊合金，检测其性能，检测结果如表3所示；

表2实施例与比较例制备的药芯焊丝堆焊的相关参数数据表

表3实施例与对比例制备的堆焊合金的性能数据表

由表3可知，随着铌的加入量增加，堆焊合金强化明显，堆焊层硬度得到提高，但在Cr、Mo、Nb合金系中当(Cr+Mo)/Nb＝2.5～3.0最好，当(Cr+Mo)/Nb＞3时，Nb的强化效果不足，而当(Cr+Mo)/Nb＜2.5时，合金中的碳被Nb夺走，NbC增多而W7C3大大减少，堆焊合金硬度反而降低。

按实施例2制作的药芯焊丝为包钢轨梁厂堆焊的轨梁BD1轧辊上机应用取得满意结果，过钢量达到5.7万吨(如图2所示)；比较例4过钢2.0万吨(如图1所示)，不仅大大降低了辊耗也使轧钢生产效率提高7％。