專利名稱：一種高鉻合金鑄鐵堆焊新材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及冶金、材料、機械、電力等技術領域的一種高鉻合金鑄鐵堆焊新材料， 屬于冶金加工技術，其堆焊熔敷金屬化學成分不同于現(xiàn)有堆焊材料。
背景技術：
磨損是材料失效的的主要形式之一。在金屬材料表面堆焊耐磨層是延長設備或零部件服役壽命的有效途徑，已廣泛用于礦山、冶金、農(nóng)機、建材、電站、車輛、石化以及工具、 模具等的制造、修理與保養(yǎng)。高鉻合金鑄鐵是廣泛使用的堆焊材料，如D618、D628、D656、 D800焊條和HS101、HS103、YD616-2、YD687-1焊絲等。高鉻合金鑄鐵堆焊金屬主要分為二種類型，即奧氏體型和馬氏體型。奧氏體型高鉻合金鑄鐵堆焊金屬含碳量較高，奧氏體穩(wěn)定， 有高的耐低應力磨料磨損的能力，能經(jīng)受中度沖擊，抗氧化性好，抗裂性能稍優(yōu)于馬氏體型高鉻合金鑄鐵堆焊金屬。馬氏體型高鉻合金鑄鐵堆焊金屬比奧氏體型的有更高的耐高應力磨料磨損的性能，有很好的熱硬度和抗氧化能力，但只能耐輕度沖擊，抗裂性差。隨著科學技術的進步和現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對表面堆焊層提出更高、更苛刻的要求，不僅要求有高的耐磨性能而且有較高的抗裂性能?，F(xiàn)有高鉻合金鑄鐵堆焊材料存在的主要問題是堆焊層裂紋傾向大，嚴重影響設備或零部件服役的壽命。例如水泥粉磨系統(tǒng)磨輥失效的主要原因在于表面堆焊層裂紋的擴展。因此，研究開發(fā)新型高抗裂性、耐磨性高鉻合金鑄鐵堆焊新材料具有重要的實用價值和廣闊的應用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題隨著科學技術的進步和現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對表面堆焊層提出更高、更苛刻的要求，不僅要求有高的耐磨性能而且有較高的抗裂性能。現(xiàn)有高鉻合金鑄鐵堆焊材料存在的主要問題是堆焊層裂紋傾向大，嚴重影響其使用性能及設備或零部件服役的壽命，研究開發(fā)新型高抗裂性、耐磨性高鉻合金鑄鐵堆焊新材料具有重要的實用價值和廣闊的應用前景。本發(fā)明的目的在于提供一種高鉻合金鑄鐵堆焊新材料，以克服現(xiàn)有技術存在的上述問題。本發(fā)明的上述目的提供以下技術方案實現(xiàn)本發(fā)明針對現(xiàn)有高鉻鑄鐵堆焊層裂紋傾向大及主要失效形式，通過優(yōu)化堆焊層合金成分、變質(zhì)處理、多元微合金化等，發(fā)明一種新型高抗裂性、耐磨性高鉻合金鑄鐵堆焊材料。本發(fā)明的技術方案通過優(yōu)化堆焊金屬C、Ni、Mn、Cr、Mo、Si等合金元素加入量， 優(yōu)化堆焊金屬的微觀組織及性能。優(yōu)化C、Cr含量有利于控制初生Cr7C3碳化物的形貌、尺寸及體積分數(shù)；由于C、Ni、Mn為奧氏體形成元素，Cr、Mo、Si為鐵素體形成元素，優(yōu)化堆焊金屬中的C、Ni、Mn、Cr、Mo、Si合金元素加入量可促進形成奧氏體+馬氏體基體，增強基體對Cr7C3碳化物的支撐，提高堆焊金屬的抗裂性能和耐磨性能。通過加入Ti、Nb、B、RE等合金元素進行變質(zhì)處理、細化晶粒及多元微合金化，細化Cr7C3碳化物，并形成細小的碳化物(TiC、NbC)和硼化物(TiB、NbBQ硬質(zhì)相，進一步提高堆焊金屬的抗裂性能和耐磨性能。
本發(fā)明的高鉻合金鑄鐵堆焊接新材料相應的熔敷金屬化學成分范圍(wt% ) =C 2. 8-3. 0 ；Cr 19. 5-20. 5 ；Ni 1. 90-2. 50 ；Mn 0. 80-1. 20 ；Si 1. 45-1. 65 ；Mo 0. 45-0. 65 ； Ti 1. 20-1. 50 ；Nb 2. 40-2. 60 ；B 0. 002-0. 015 ；RE 0. 02-0. 05 ；S ^ 0. 035，P ^ 0. 040。本發(fā)明的堆焊材料產(chǎn)品形式為焊條和藥芯焊絲。焊條適用于耐磨層小缺陷的焊補修復；藥芯焊絲通過低碳鋼帶包裹合金粉末在專用設備上拔制而成，適用于鎢極氬弧焊 (TIG)焊補修復耐磨層缺陷和熔化極惰性氣體保護焊(MIG)自動堆焊耐磨層。本發(fā)明的有益效果是現(xiàn)有的高鉻合金鑄鐵堆焊材料其堆焊金屬主要分為二種類型，即奧氏體型和馬氏體型。奧氏體型的耐磨性相對較低且有一定的裂紋傾向，而馬氏體型有明顯的裂紋傾向，這些缺點均明顯影響堆焊層的使用性能。本發(fā)明的一種高鉻合金鑄鐵堆焊新材料，通過優(yōu)化C、Cr、Ni、Mn、Mo、Si等合金元素加入量，控制初生Cr7C3碳化物形貌、尺寸及體積分數(shù)，形成奧氏體+馬氏體基體，增強基體對Cr7C3碳化物的支撐；加入 Ti、Nb、B、RE等合金元素進行變質(zhì)處理、細化晶粒及多元微合金化，細化Cr7C3碳化物，并形成細小的TiC、NbC、TiB、NbB5硬質(zhì)相，不僅提高堆焊金屬的抗裂性能而且改善其耐磨性能。采用本發(fā)明的新型高鉻合金鑄鐵堆焊材料(焊條和藥芯焊絲)進行水泥粉磨系統(tǒng)磨輥表面手工電弧焊補修復和熔化極氣體保護焊自動堆焊耐磨層，堆焊層裂紋傾向比D618 焊條(YD646MO-2藥芯焊絲)平均降低30%，修復(堆焊)后磨輥使用壽命比D618焊條 (YD646MO-2藥芯焊絲)平均提高50%。
具體實施例方式例1，采用本發(fā)明的新型高鉻合金鑄鐵堆焊焊條，進行HFCG120-45型水泥粉磨系統(tǒng)磨輥表面焊補修復，堆焊工藝為，焊條直徑4. Omm ；焊接電流160A ；極性直流反接；預熱溫度380°C，焊后緩冷。堆焊層裂紋傾向比D618焊條降低30%，修復后磨輥使用壽命比 D618焊條提高50%。堆焊熔敷金屬化學成分(wt%) =C :2. 9 ；Cr :20. 0 ；Ni :2. 25 ；Mn :1. 00 ； Si 1. 55 ；Mo 0. 55 ；Ti 1. 35 ；Nb 2. 50 ；B 0. 008 ；RE 0. 035 ；S 彡 0. 035，P 彡 0. 040。例2，采用本發(fā)明的新型高鉻合金鑄鐵堆焊焊條，進行HFCG120-45型水泥粉磨系統(tǒng)磨輥表面焊補修復，堆焊工藝為，焊條直徑4. Omm ；焊接電流160A ；極性直流反接；預熱溫度380°C，焊后緩冷。堆焊層裂紋傾向比D618焊條降低40%，修復后磨輥使用壽命比 D618 焊條提高 40%。堆焊熔敷金屬化學成分(wt%) =C :2. 8 ；Cr :19. 5 ；Ni :1. 90 ；Mn :0. 80 ； Si 1. 45 ；Mo 0. 45 ；Ti 1. 20 ；Nb 2. 40 ；B 0. 002 ；RE 0. 02 ；S 彡 0. 035，P 彡 0. 040。例3，采用本發(fā)明的新型高鉻合金鑄鐵堆焊焊條，進行HFCG120-45型水泥粉磨系統(tǒng)磨輥表面焊補修復，堆焊工藝為，焊條直徑4. Omm ；焊接電流160A ；極性直流反接；預熱溫度380°C，焊后緩冷。堆焊層裂紋傾向比D618焊條降低25%，修復后磨輥使用壽命比 D618 焊條提高 50%。堆焊熔敷金屬化學成分(wt%) =C :3. 0 ；Cr :20. 5 ；Ni :2. 50 ；Mn :1. 20 ； Si 1. 65 ；Mo 0. 65 ；Ti 1. 50 ；Nb 2. 60 ；B 0. 015 ；RE 0. 05 ；S 彡 0. 035，P 彡 0. 040。例4，采用本發(fā)明的新型高鉻合金鑄鐵藥芯焊絲，進行HFCG120-45型水泥粉磨系統(tǒng)磨輥表面鎢極氬弧焊(TIG)焊補修復，TIG堆焊工藝為，焊絲直徑2. Omm;焊接電流 150A ；預熱溫度380°C，焊后緩冷。堆焊層裂紋傾向比YD646MO-2藥芯焊絲降低30%，修復后磨輥使用壽命比YD646MO-2藥芯焊絲提高50%。堆焊熔敷金屬化學成分) =C 2. 85 ；Cr 19. 8 ；Ni 2. 31 ；Mn 0. 98 ；Si 1. 57 ；Mo 0. 52 ；Ti 1. 37 ；Nb 2. 54 ；B 0. 006 ；RE 0. 03 ；S 彡 0. 035，P 彡 0. 040。 例5，采用本發(fā)明的新型高鉻合金鑄鐵藥芯焊絲，進行HFCG120-45型水泥粉磨系統(tǒng)磨輥表面熔化極惰性氣體保護焊(MIG)自動堆焊耐磨層，MIG堆焊工藝為，焊絲直徑 2. Omm ；焊接電流280A ；預熱溫度400°C，焊后緩冷。堆焊層裂紋傾向比YD646Mo_2藥芯焊絲降低30%，修復后磨輥使用壽命比YD646MO-2藥芯焊絲提高50%。堆焊熔敷金屬化學成分(wt % ) =C 2. 91 ；Cr 19. 7 ；Ni 2. 29 ；Mn 1. 10 ；Si 1. 61 ；Mo 0. 59 ；Ti 1. 35 ；Nb 2. 51 ； B 0. 008 ；RE 0. 04 ；S 彡 0. 035，P 彡 0. 040。
權利要求
1.一種高鉻合金鑄鐵堆焊新材料，其特征在于，其堆焊熔敷金屬的化學成分按質(zhì)量百分含量 Wt % 為C :2. 8-3. 0 ；Cr :19. 5-20. 5 ；Ni :1. 90-2. 50 ；Mn :0. 80-1. 20 ； Si 1. 45-1. 65 ；Mo 0. 45-0. 65 ；Ti 1. 20-1. 50 ；Nb 2. 40-2. 60 ；B 0. 002-0. 015 ；RE 0. 02-0. 05 ；S ^ 0. 035, P ^ 0. 040。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種高鉻合金鑄鐵堆焊新材料，其特征在于，所述堆焊熔敷金屬化學成分按質(zhì)量百分含量 wt % =C 2. 9 ；Cr 20. 0 ；Ni :2. 25 ；Mn :1. 00 ；Si :1. 55 ；Mo 0. 55 ；Ti 1. 35 ；Nb 2. 50 ；B 0. 008 ；RE 0. 035 ；S 彡 0. 035，P 彡 0. 040。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種高鉻合金鑄鐵堆焊新材料，其特征在于，所述堆焊熔敷金屬化學成分按質(zhì)量百分含量 wt % =C 2. 8 ；Cr 19. 5 ；Ni :1. 90 ；Mn :0. 80 ；Si :1. 45 ；Mo 0. 45 ；Ti 1. 20 ；Nb 2. 40 ；B 0. 002 ；RE 0. 02 ；S 彡 0. 035，P 彡 0. 040。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種高鉻合金鑄鐵堆焊新材料，其特征在于，所述堆焊熔敷金屬化學成分按質(zhì)量百分含量 wt % =C 3. 0 ；Cr 20. 5 ；Ni :2. 50 ；Mn :1. 20 ；Si :1. 65 ；Mo 0. 65 ；Ti 1. 50 ；Nb 2. 60 ；B 0. 015 ；RE 0. 05 ；S 彡 0. 035，P 彡 0. 040。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種高鉻合金鑄鐵堆焊新材料，其特征在于，所述堆焊熔敷金屬化學成分按質(zhì)量百分含量 wt %為C 2. 85 ；Cr :19. 8 ；Ni :2. 31 ；Mn :0. 98 ；Si :1. 57 ； Mo 0. 52 ；Ti 1. 37 ；Nb 2. 54 ；B 0. 006 ；RE 0. 03 ；S 彡 0. 035，P 彡 0. 040。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種高鉻合金鑄鐵堆焊新材料，其特征在于，所述堆焊熔敷金屬化學成分按質(zhì)量百分含量襯％為C 2. 91 ；Cr 19. 7 ；Ni :2. 29 ；Mn :1. 10 ；Si :1. 61 ； Mo 0. 59 ；Ti 1. 35 ；Nb 2. 51 ；B 0. 008 ；RE 0. 04 ；S 彡 0. 035，P 彡 0. 040。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高鉻合金鑄鐵堆焊新材料，屬于冶金加工技術。技術方案是其堆焊熔敷金屬的化學成分按質(zhì)量百分含量wt％為C2.8-3.0；Cr19.5-20.5；Ni1.90-2.50；Mn0.80-1.20；Si1.45-1.65；Mo0.45-0.65；Ti1.20-1.50；Nb2.40-2.60；B0.002-0.015；RE0.02-0.05；S≤0.035，P≤0.040。通過優(yōu)化C、Cr、Ni、Mn、Mo、Si等加入量，增強基體對Cr7C3碳化物支撐；加入Ti、Nb、B、RE進行變質(zhì)處理、細化晶粒及多元微合金化，提高了堆焊金屬的抗裂性能并改善其耐磨性能。
文檔編號B23K35/30GK102335798SQ20111025392
公開日2012年2月1日 申請日期2011年8月31日 優(yōu)先權日2011年8月31日
發(fā)明者任振安, 孫大千, 宣兆志, 殷世強, 谷小燕, 邱小明 申請人:吉林大學