本發(fā)明涉及焊接材料領(lǐng)域，具體涉及一種抗650℃及以下寬溫域鐵基耐磨堆焊藥芯焊絲。

背景技術(shù)：

1、隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，對焊接材料的要求日益提高。特別是在高溫、高磨損的工況下，傳統(tǒng)的耐磨堆焊材料往往無法滿足需求，存在硬度下降、耐磨性降低等問題，導(dǎo)致零部件的使用效率和服役壽命并未得到有效改善。因此，開發(fā)一種能夠在寬溫域下保持優(yōu)良耐磨性能的藥芯焊絲具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2、目前，耐磨堆焊材料主要包括鐵基、鎳基和鈷基合金。其中，鐵基合金雖然具有成本低、可焊性好、與鋼基體潤濕性好等優(yōu)點(diǎn)，但是其熔覆層的抗熱性和耐磨性需要進(jìn)一步提高。比如傳統(tǒng)的高鉻鑄鐵體系耐磨堆焊涂層只能在不超過350℃的低溫環(huán)境下服役，而對于中等溫度(350～650℃)及以上的高溫環(huán)境無法滿足使用要求。鎳基合金具有優(yōu)異的耐腐蝕性能和良好的高溫抗氧化性能，廣泛應(yīng)用于650℃～1000℃的高溫環(huán)境下；同樣地，鈷基合金也具有非常優(yōu)異的高溫耐磨性能，被大量用作許多關(guān)鍵重大裝備零部件的表面防護(hù)涂層。但是鎳和鈷合金屬于稀缺金屬，價(jià)格昂貴，大幅度增加了材料成本。

3、專利文件cn114523229a公布了一種鐵基耐磨藥芯焊絲及其制備方法及堆焊工藝，其藥芯成分包括(重量百分比)：高碳鉻鐵0-10％、鉻粉35-55％、錳粉1-7％、硅鐵1-5％、鎳粉10-16％、鉬鐵1-7％、鈮鐵1-7％、釩鐵1-7％、氮化鉻0-7％，余量為鐵粉，填充率35％-37％。該藥芯焊絲的組成成分屬于典型的高鉻鑄鐵類材料，其主要以m3c、m7c3和m23c6等硬質(zhì)碳化物作為彌散強(qiáng)化相，用于高溫耐磨場合時(shí)的平均硬度在42-47hrc范圍內(nèi)，這對于高溫耐磨性要求較高的鋼鐵冶金和石化冶煉行業(yè)來說顯得不足。

4、專利文件cn106238966a公布了一種耐磨堆焊藥芯焊絲，所用藥芯包括以下質(zhì)量百分比的原料：鈦白粉5-10％、長石2-8％、冰晶石1-5％、鋯英石2-5％、稀土硅2-8％、錳鐵5-10％、金屬鉻30-50％、鎢鐵8-20％，余量為鐵粉，填充率20-40％。雖然該鐵基耐磨藥芯焊絲的堆焊層平均硬度在50-60hrc范圍內(nèi)，適用于耐600℃高溫磨損工況，但是其添加了大量價(jià)格昂貴的純鉻金屬粉和鎢鐵粉，導(dǎo)致焊絲造價(jià)較高，并且尚不足以滿足650℃左右的服役需求。

5、此外，專利cn102240872a公布了一種熱鍛模具堆焊修復(fù)及再制造用特種焊條，其藥皮化學(xué)成分的重量百分比為：鈦白粉1-3％，大理石25-40％，螢石10-15％，石英3-5％，白土子2-4％，高碳鉻鐵8-12％，高碳錳鐵2-4％，硅鐵2-4％，鈦鐵6-9％，鉬鐵9-11％，鈰氧化物4-8％，金屬鎳5-8％，石墨1-2％；焊芯為h08a。該焊條采用cr-ni-mo合金系，焊條藥皮中高碳鉻鐵的最大含量為12％，熔敷金屬的cr含量遠(yuǎn)低于11％，難以保證堆焊金屬在高溫環(huán)境具有足夠的耐磨和抗氧化能力，而且焊條的使用效率遠(yuǎn)不及自動(dòng)化連續(xù)送料的焊絲。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種抗650℃及以下寬溫域鐵基耐磨堆焊藥芯焊絲，本發(fā)明的藥芯焊絲成本低，其堆焊層能夠應(yīng)用于中低溫(650℃及以下)服役環(huán)境，且耐磨性能好，用以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的高溫硬度及耐磨性不足的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種抗650℃及以下寬溫域鐵基耐磨堆焊藥芯焊絲，由薄鋼帶外皮和包裹其中的藥芯粉末組成，所述藥芯包括以下質(zhì)量百分比的原料：高碳鉻鐵40％～60％、石墨1％～6％、鉬鐵10％～21％、鈮鐵5％～13％、釩鐵1％～6％、鈦鐵≤2％、鎢鐵3％～8％、硅錳鐵≤3％，余量為鐵粉。

4、優(yōu)選的，所述藥芯包括以下質(zhì)量百分比的原料：高碳鉻鐵45％～55％、石墨3％～5％、鉬鐵14％～19％、鈮鐵7％～11％、釩鐵2％～5％、鈦鐵≤1.5％、鎢鐵4％～7％、硅錳鐵1％～3％，余量為鐵粉。

5、本發(fā)明所述薄鋼帶外皮為h08a，鋼帶尺寸為：寬15～20mm，厚0.35～0.6mm。

6、所述高碳鉻鐵中含有7wt％～9wt％的c、大于等于60wt％的cr，粉末粒徑為60～325目；向堆焊層過渡c和cr，形成硬質(zhì)碳化物相，起到主要的耐磨作用。

7、所述鉬鐵含有大于等于60wt％的mo；粉末粒徑為80～200目；向堆焊層過渡mo元素，提高其淬透性、耐磨性和紅硬性。

8、所述鈮鐵含有大于等于50wt％的nb，粉末粒徑為60～200目；向堆焊層過渡nb元素，細(xì)化晶粒，提高堆焊層的高溫硬度、耐磨性以及抗氧化性。

9、所述釩鐵含有40wt％～55wt％的v，粒徑為60～200目；向堆焊層過渡v元素，提高堆焊層的耐熱性和耐磨性。

10、所述鈦鐵含有35wt％～45wt％的ti、低于9wt％的al，粉末粒徑為80～325目；向堆焊層過渡ti、al元素，脫氧，減少偏析，提高堆焊層的耐磨性。

11、所述鎢鐵含有75wt％～80wt％的w，粒徑為80～200目；向堆焊層過渡w元素，提高堆焊層的高溫耐磨性。

12、所述硅錳鐵中含有65wt％～72wt％的mn以及17wt％～20wt％的si，粉末粒徑為60～325目；向堆焊層過渡si和mn元素，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合脫氧、脫硫，減小產(chǎn)生熱裂紋的傾向，還能起到固溶強(qiáng)化和改善耐熱性能的作用。

13、所述石墨含有大于等于98wt％的c，粉末粒徑為60～120目；向堆焊層過渡c元素，與其他金屬形成硬質(zhì)碳化物，提高堆焊層的耐磨性。

14、所述鐵粉采用還原法制備，含有大于等于99wt％的fe，粉末粒徑為60～200目；向堆焊層過渡fe元素，構(gòu)成堆焊層的基體組織。

15、本發(fā)明所述鐵基耐磨堆焊藥芯焊絲是在藥芯焊絲生產(chǎn)線上將h08a薄鋼帶包裹住經(jīng)機(jī)械混勻的藥芯粉料，然后經(jīng)歷多道次的拉拔減徑，最終制成直徑為2.4～3.2mm藥芯焊絲。所述藥芯焊絲的填充率(藥芯粉料占藥芯焊絲總重量的百分比)為35％～50％。

16、經(jīng)明弧堆焊至少2層后，表面熔覆金屬中包含以下按照質(zhì)量百分比計(jì)的合金元素：4～6％c、0.3～1.0％si、0.2～0.9％mn、18～24％cr、4～7％mo、0.3～0.8％ti、2～5％nb、0.8～1.6％v、2.5～6.5％w，余為fe。

17、所述藥芯焊絲熔覆層在室溫條件下硬度不低于60hrc，在650℃高溫環(huán)境下的平均硬度保持在45～53hrc范圍內(nèi)。

18、與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

19、本發(fā)明提供的一種抗650℃及以下寬溫域鐵基耐磨堆焊藥芯焊絲，能夠減少貴金屬的使用，有效降低制造成本。通過多組元強(qiáng)化可實(shí)現(xiàn)室溫硬度不低于60hrc的目標(biāo)，在650℃高溫環(huán)境下的平均硬度保持在45～53hrc范圍內(nèi)。此外，本發(fā)明填補(bǔ)了在350～650℃之間中低溫環(huán)境下由鐵基耐磨堆焊涂層進(jìn)行表面防護(hù)的技術(shù)空白。

技術(shù)特征：

1.一種抗650℃及以下寬溫域鐵基耐磨堆焊藥芯焊絲，其特征在于，包括薄鋼帶外皮和藥芯粉末，所述藥芯包括以下質(zhì)量百分比的原料：高碳鉻鐵40％～60％、石墨1％～6％、鉬鐵10％～21％、鈮鐵5％～13％、釩鐵1％～6％、鈦鐵≤2％、鎢鐵3％～8％、硅錳鐵≤3％，余量為鐵粉。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗650℃及以下寬溫域鐵基耐磨堆焊藥芯焊絲，其特征在于，所述藥芯包括以下質(zhì)量百分比的原料：高碳鉻鐵45％～55％、石墨3％～5％、鉬鐵14％～19％、鈮鐵7％～11％、釩鐵2％～5％、鈦鐵≤1.5％、鎢鐵4％～7％、硅錳鐵1％～3％，余量為鐵粉。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種抗650℃及以下寬溫域鐵基耐磨堆焊藥芯焊絲，其特征在于，所述高碳鉻鐵中含有7wt％～9wt％的c、大于等于60wt％的cr，粉末粒徑為60～325目；所述鉬鐵含有大于等于60wt％的mo；粉末粒徑為80～200目。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種抗650℃及以下寬溫域鐵基耐磨堆焊藥芯焊絲，其特征在于，所述鈮鐵含有大于等于50wt％的nb，粉末粒徑為60～200目；所述釩鐵含有40wt％～55wt％的v，粒徑為60～200目。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種抗650℃及以下寬溫域鐵基耐磨堆焊藥芯焊絲，其特征在于，所述鈦鐵含有35wt％～45wt％的ti以及低于9wt％的al，粉末粒徑為80～325目；所述鎢鐵含有75wt％～80wt％的w，粒徑為80～200目。

6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種抗650℃及以下寬溫域鐵基耐磨堆焊藥芯焊絲，其特征在于，所述硅錳鐵中含有65wt％～72wt％的mn以及17wt％～20wt％的si，粉末粒徑為60～325目；所述石墨含有大于等于98wt％的c，粉末粒徑為60～120目；所述鐵粉采用還原法制備，含有大于等于99wt％的fe，粉末粒徑為60～200目。

7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種抗650℃及以下寬溫域鐵基耐磨堆焊藥芯焊絲，其特征在于，所述薄鋼帶采用h08a薄鋼帶。

8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種抗650℃及以下寬溫域鐵基耐磨堆焊藥芯焊絲，其特征在于，所述藥芯焊絲的直徑為2.4～3.2mm；所述藥芯焊絲的填充率為35％～50％。

9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種抗650℃及以下寬溫域鐵基耐磨堆焊藥芯焊絲，其特征在于，經(jīng)明弧堆焊至少2層后，表面熔覆金屬中包含以下按照質(zhì)量百分比計(jì)的合金元素：4％～6％c、0.3％～1.0％si、0.2％～0.9％mn、18％～24％cr、4％～7％mo、0.3％～0.8％ti、2％～5％nb、0.8％～1.6％v、2.5％～6.5％w，余量是fe。

10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種抗650℃及以下寬溫域鐵基耐磨堆焊藥芯焊絲，其特征在于，所述藥芯焊絲熔覆層的服役環(huán)境在室溫條件下硬度不低于60hrc，在650℃高溫環(huán)境下的平均硬度保持在45～53hrc范圍內(nèi)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種抗650℃及以下寬溫域鐵基耐磨堆焊藥芯焊絲，包括薄鋼帶外皮和藥芯粉末，所述藥芯包括以下質(zhì)量百分比的原料：高碳鉻鐵40％～60％、石墨1％～6％、鉬鐵10％～21％、鈮鐵5％～13％、釩鐵1％～6％、鈦鐵≤2％、鎢鐵3％～8％、硅錳鐵≤3％，余量為鐵粉。與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供的一種抗650℃及以下寬溫域鐵基耐磨堆焊藥芯焊絲，能夠減少貴金屬的使用，有效降低制造成本。通過多組元強(qiáng)化可實(shí)現(xiàn)室溫硬度不低于60HRC的目標(biāo)，在650℃高溫環(huán)境下的平均硬度保持在45～53HRC范圍內(nèi)。此外，本發(fā)明填補(bǔ)了在350～650℃之間中低溫環(huán)境下由鐵基耐磨堆焊涂層進(jìn)行表面防護(hù)的技術(shù)空白。

技術(shù)研發(fā)人員：姜圓博,李彬周,司姍姍,張大越
受保護(hù)的技術(shù)使用者：鞍鋼集團(tuán)北京研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10