[发明专利]修复冷轧支承辊工作层用药芯焊丝及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于焊接材料领域，具体涉及修复冷轧支承辊工作层用药芯焊丝及其制备方法。

背景技术

冷轧支承辊是冷轧钢板生产所需零部件的关键部件，工作时承受较大的交变应力，辊身硬度达HRC46～50，同时还要求有较好的抗剥落的能力，为此目前的生产厂家一般采用9Cr3Mo等高碳低合金钢经过锻造和复杂的热处理过程制造而成，价格昂贵。全国每年冷轧支承辊的消耗量很大，又因修复难度很大而几乎不修复就报废，造成巨大的经济损失。

对冷轧支承辊的修复主要采用堆焊技术，它包括辊子的焊前预热、堆焊和焊后热处理过程。堆焊包括过渡层和工作层的堆焊，该工序中使用的堆焊材料是决定堆焊层金属性能和冷轧支承辊使用寿命的关键因素。由于目前冷轧支承辊修复难度大，一般不修复，所以没有现成的冷轧支承辊修复用过渡层和工作层焊丝。冷轧支承辊使用过程中受到的轧制压力很大，承受的疲劳应力也很大，需要有较好的硬度、强度和抗疲劳能力，目前可以用于冷轧支承辊修复的现有工作焊丝硬度可以满足要求，但韧性不能满足要求，使用过程中抗疲劳能力较差，容易产生掉块和裂纹。

本领域急需开发能满足修复冷轧支承辊工作层用的焊接材料。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种修复冷轧支承辊工作层用的焊接材料，使用该焊丝堆焊，堆焊层金属的硬度达到HRC46～50，具有良好的耐磨性、抗裂性能和抗疲劳破坏性能。

解决本发明技术问题是通过以下技术方案实现的：该药芯焊丝的药芯是由如下重量百分比的组分组成：C 0.30～0.40％、Si 0.50～1.0％、Mn 0.70～1.0％、Cr 2.5～3.5％、Ni0.4～1.0％、Mo 0.5～1.7％、V 0.30～0.60％、Nb 0.03～0.10％、Ti 0.01～0.025％、W0.80～1.9％、Re 0.05～0.50％、S≤0.035％、P≤0.035％，余量为Fe和不可避免的杂质。

所采用的药芯原料为锰铁、铬铁、钼铁、钒铁、铌铁、钨铁、钛铁、金属镍或镍铁、硅铁、稀土和铁粉等，药芯原料粒度约为60～120目。其制备方法为将上述原料混合均匀后装入管丝包皮钢带中拉拔成焊丝即得。

硅铁里的Si脱氧能力很强，能与FeO作用形成SiO₂，然后进入熔渣而被排除；Si可以提高堆焊层金属的淬透性和强度，并提高其回火稳定性，但Si不能太高，否则易产生晶界碳化物从而易出现裂纹。

由于Ti、V和Nb元素都有较强的细化晶粒和固溶强化能力，尤其是两种元素以上加入时效果更好，V和Nb元素还有较强的沉淀强化能力，它们和Mo元素都是强碳化物形成元素，加入这些合金元素使得堆焊金属的晶粒尺寸小、硬度高、韧性较好。

W元素的碳化物稳定，回火时不易析出和聚集，使钢的回火稳定性提高，在较高温度下回火时能析出碳化物造成二次硬化，W元素能阻止晶粒长大，增加淬透性，从而提高钢的耐磨性。

加入Ni元素能提高合金的强度和韧性，在同时含有Ni和Cr元素的情况下，Ni元素还能大大提高堆焊合金层的回火稳定性。

加入一定量的Cr元素提高Cr/C比，易生成孤立的条状形态的高硬度M₇C₃型碳化物，比之网状分布的M₃C型碳化物，可增强基体的连续性，从而提高整体材料的韧性。

Mn元素能促进强碳化物在奥氏体中的溶解，平衡碳化物和奥氏体中合金元素的含量，充分发挥V、Nb和Mo元素的沉淀强化和固溶强化能力；另外，提高Mn/C比还能起到减少晶界碳化物的形成的作用，从而在一定程度上提高堆焊层的韧性，但Mn元素含量不宜过高，否则会增加堆焊层的回火脆性。

稀土的加入使堆焊合金具有较好的抑制氢脆、降低回火脆性和在热处理过程中抑制P在晶界上偏聚的能力，从而可达到提高堆焊合金的韧性的目的。此外，由于稀土具有使夹杂物变性、净化晶界以及较强的细化晶粒的作用，加入到堆焊材料中能起到改善堆焊层性能的效果。