一种水泥挤压辊表面耐磨堆焊抗疲劳焊接材料及应用制造技术

本发明专利技术涉及一种水泥挤压辊表面耐磨堆焊抗疲劳焊接材料及应用，技术方案是：通过在堆焊材料中加入含有Cr、C、Nb、Mn合金元素的金属合金粉末，堆焊金属成分范围为(质量百分数)：C＝1.1‑1.4％、Nb＝4.0‑5.8％、Cr＝3.5‑5.2％、Mn＝0.8‑1.0％、Si＝0.6‑0.9％，S≤0.025％、P≤0.035％；在常用电弧堆焊条件下，堆焊金属的微观组织为高碳马氏体和残余奥氏体+少量奥氏体+NbC颗粒，其中，少量独立奥氏体的体积分数为2‑8％。所述焊接材料产品形式为焊条和药芯焊丝，焊条适用于挤压辊表面小缺陷的堆焊修复及整个辊面耐磨层的堆焊修复；药芯焊丝适用于自保护或气体保护电弧堆焊，也可以用于埋弧堆焊，用药芯焊丝可以实现挤压辊自动堆焊修复及新挤压辊制造。

【技术实现步骤摘要】
一种水泥挤压辊表面耐磨堆焊抗疲劳焊接材料及应用
本专利技术属于冶金加工技术，涉及一种新的水泥挤压辊表面耐磨堆焊抗疲劳焊接材料,其成分不同于现有的焊接材料，具有很好的抗疲劳性能。
技术介绍
辊压机具有高效节能、占地面积小和布置方便的优点，可以和打散分级机、球磨机及选粉机等设备构成多种粉磨工艺流程，满足不同水泥生产线产品产量和质量的要求；不仅成为新建大型水泥生产线粉磨系统的优选方案之一，在水泥厂粉磨系统的技术改造中也得到广泛的应用。(包玮，王从军.挤压粉磨技术在水泥厂粉磨系统技术改造中的应用[J].水泥，2001(8)：24-27)辊压机自1986年引人水泥工业之后,经过不断改进制造工艺,改善辊子轴承性能和润滑,以及液压系统日趋完善,使辊压机的使用可靠性大大增强,故制约其运转率的首要因素就是辊面的工作寿命了。(吴瑜.辊压机辊子耐磨层的修复[J].新世纪水泥导报.2002(01)：18-20)为了提高挤压辊的使用寿命,一般采用在辊面堆焊一层具有高硬度、高耐磨性和一定抗冲击性能的表面耐磨层及花纹工作层的工艺方法，以保证挤压辊在工作周期中能正常运转。辊压机是由两个速度相同,相对运动的辊子组成,物料由辊子上部喂料口卸下,进人两辊间的缝隙中,在高压力的作用下(辊间压力在50一300MPa之间),物料受到挤压,受压物料变成了密实但充满裂纹的扁平料饼。从辊压机的工作状况可以看出,辊面的磨损类型属于典型的高应力磨料磨损与疲劳磨损。辊压机工作时，物料颗粒在压力作用下会使辊面出现严重的微观切削产生磨料磨损。此外，辊面金属会发生周期性变化的弹性和塑性变形,在亚表层不同深处形成循环压应力和拉应力,当循环应力超过辊子材料的疲劳强度时,在表面层局部将引发裂纹并向周围及内部扩展。当裂纹扩展到一定程度后,局部辊面材料会断裂剥落,这种失效现象就是疲劳磨损。所以,辊压机挤压辊的磨损机理是辊面的高应力磨料磨损和辊面亚表层材料的疲劳磨损共同作用的结果(刘新玉，王先范，王欣，张永生，李勇.辊压机辊面的堆焊修复[J].水泥技术.2002(03)：40-41)。在我国水泥行业引入辊压机的初期，即1986年至大约2000年间，各水泥厂主要采用高铬铸铁型耐磨焊材,焊后组织为铸铁型基体上分布大块碳化物,含碳量在3％以上,堆焊层硬度在HRC60左右,具有良好的耐磨性能。但其结合性、抗裂性和抗疲劳性差,在辊面上堆焊一层就会出现交错裂纹。在辊体运行过程中,由于应力的影响,很容易出现大面积剥落,有的水泥厂甚至每月一修，严重影响辊压机的正常使用(刘新玉，王先范，王欣，张永生，李勇.辊压机辊面的堆焊修复[J].水泥技术.2002(03)：40-41)。此外，许多制造厂家开发和应用越来越硬的合金,如锰合金、镍铬冷硬铸铁、高铬合金、硬镍合金(Ni一Hard),试图通过提高辊子表面硬度(56—62HRC)的方法来降低辊面刮擦磨损和压痕破坏,但反而对辊面的抗裂能力产生了不利影响。(吴瑜.辊压机辊子耐磨层的修复[J].新世纪水泥导报.2002(01)：18-20)还有很多厂家采用进口焊接材料修复挤压辊。例如，上海联合水泥有限公司曾采用司太立焊丝进行耐磨层堆焊修复三根辊子,但其中一根运行状况较好,另外两根辊子在较短运行时间后表面即发生大面积剥落。后来外委修复效果较好，采用的焊接材料和工艺特点是:(1)用英国WA公司生产的CNV—O型管状明弧堆焊焊丝，硬面层的表面硬度可达60—64HRC,耐磨性优异,韧性也较好。(2)工艺上采取在硬面层与基体之间堆焊一层较软过渡层的措施,该过渡层具有高的抗拉强度,既可使表面层与基体结合良好,又使较软的基体与硬面层之间产生平滑硬度过渡。(3)焊前必须把基体的裂纹彻底铲除,以防止产生应力集中及裂纹扩展。(4)堆焊后进行退火处理,有效地消除了焊接应力。这些选材和工艺措施保证了辊面耐磨且不出现疲劳剥落(吴瑜.辊压机辊子耐磨层的修复[J].新世纪水泥导报.2002(01)：18-20)。鉴于CNV—O型管状明弧堆焊焊丝的化学成分特点(％)C＝5.5、Mn＝0.5、Si＝1.5、Cr＝22.0、Mo＝5.5、V＝1.0、Nb＝6.0、W＝2.0，国内很多单位对高铬铸铁耐磨堆焊合金开展了研究，其中有代表性的是北京工业大学研究人员在研究高铬合金铸铁焊条时得到的结果(王智慧,贺定勇.NbC增强Fe-Cr-C耐磨堆焊合金组织与磨粒磨损性能[J].焊接学报.2007，28(02):55-58)。认为采用多元碳化物强化Fe-Cr-C耐磨合金是一种提高堆焊合金耐磨性的有效方法。分析诸多碳化物发现，NbC硬质相的硬度较高(约为2300HV)，铌溶入基体后可以细化晶粒，起到增强韧度的作用。堆焊金属的主要化学成分:1)C＝3.8％,Cr＝34.1％,Fe余量；2)C＝4.0％,Cr＝32.8％,Nb＝5.3％，Fe余量。堆焊金属的微观组织为隐针马氏体和少量奥氏体基体上分布着一些初生碳化物M7C3和共晶碳化物。加入Nb后，初生碳化物M7C3的基本形态没有显著变化，但出现了一些NbC硬质相。从性能对比来看，Fe-Cr-C耐磨合金的宏观硬度为56.2HRC、耐磨性为9.5；而Fe-Cr-C-Nb合金的宏观硬度为61.6HRC,相对耐磨性为15.2。后者比前者的硬度提高约9.6％，耐磨性提高约60％。认为NbC硬质相分布于基体之间或镶嵌在M7C3中,增强了耐磨合金组织中耐磨骨架的支撑作用,使耐磨性能提高。针对辊压机实际应用问题，郑州机械研究所特种焊接材料研究室在国内率先研制出辊压机表面堆焊专用ZD系列(ZD1、ZD2、ZD3、ZD310)及其它型号的耐磨药芯焊丝及手工焊条，并获得了很好的应用效果。该系列材料包括过渡层、缓冲层、硬面层和耐磨花纹层。通过这几种材料的合理搭配，形成辊面硬度梯度变化，有利于保证辊面的使用寿命。但出于技术保密原因，有关的公开报道文献中均未给出堆焊金属的具体成分等信息(许健.ZD系列辊压机表面堆焊材料[J].新世纪水泥导报.2005(05)：52)。2000年至今为我国水泥行业应用辊压机不断完善的阶段，很多研究单位开发了各种成分与性能的辊面耐磨抗疲劳堆焊材料，主要合金系统为Fe-C-Cr-Nb(V、Ti),其中Nb、V、Ti可以单独加入也可以混合加入，作用是形成高硬度的耐磨相，并细化堆焊层金属的微观组织。2000年，郑州轻工业学院的研究人员采用埋弧自动堆焊修复挤压辊磨损面，试验对比了不同成分的熔炼焊剂与多种合金元素堆敷的工艺性能及焊层质量,研究了堆敷金属的主要成分、含量及渣系对堆焊层硬度与韧性的影响规律,研制出了适合于挤压辊磨损表面自动堆焊的新型复合材料。新型复合堆焊剂的最佳组成:碳酸盐35％～50％,氟化物20％～40％,硅酸盐3％～4％,金红石4％～5％,铁砂2％～3％,金属粉及复合剂20％～23％。堆焊层主要化学成分:C＝0.8～1.5％，Cr≤10％，Mo≤3％，(Ti，V，Nb)≤5％，W≤3％，(S，P)≤0.035％。堆焊层金相组织为马氏体基体上弥散分布着大量碳化物,并且碳化物不呈网状,而大多数呈短棒状、块状和粒状，堆焊层硬度在HRC60左右。挤压辊堆焊层抗裂性能和耐磨性能均好,没有辊面剥落现象,挤出物料尺寸小,粉磨效率高(王爱珍.冷堆焊本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水泥挤压辊表面耐磨堆焊抗疲劳焊接材料，是通过在堆焊材料中加入含有Cr、C、Nb、Mn合金元素的金属合金粉末，堆焊金属成分范围为(质量百分数)：C＝1.1‑1.4％、Nb＝4.0‑5.8％、Cr＝3.5‑5.2％、Mn＝0.8‑1.0％、Si＝0.6‑0.9％，S≤0.025％、P≤0.035％；在常用电弧堆焊条件下，堆焊金属的微观组织为高碳马氏体和残余奥氏体+少量奥氏体+NbC颗粒，其中，少量独立奥氏体的体积分数为2‑8％。

【技术特征摘要】
2015.12.24 CN 20151098803931.一种水泥挤压辊表面耐磨堆焊抗疲劳焊接材料的应用，所述焊接材料含有Cr、C、Nb、Mn合金元素，堆焊金属成分为以质量百分数计：C＝1.3％、Nb＝5.6％、Cr＝3.6％、Mn＝1.0％、Si＝0.8％、S＝0.008％、P＝0.021％，Fe余量，表面硬度为HRC58.6；在电弧堆焊条件下，堆焊金属的微观组织为高碳马氏体和残余奥氏体+少量独立奥氏体+NbC颗粒，其中，少量独立奥氏体的体积分数为2-8％；所述焊接材料产品形式为焊条或药芯焊丝，焊条适用于挤压辊表面小缺陷的堆焊修复及整个辊面耐磨层的堆焊修复；药芯焊丝通过低碳钢带包裹合金粉末及矿物质颗粒在专用设备上拔制而成，适用于自保护或气体保护电弧堆焊，或用于埋弧堆焊，用药芯焊丝能实现挤压辊自动堆焊修复及新挤压辊制造；采用所述焊接材料配方制造焊条，对直径1200mm、宽度为800mm的水泥挤压辊表面耐磨层堆焊修复，焊条堆焊工艺参数为：焊条直径Φ：4.0mm，焊接电流I：160A，焊接速度v：180-200mm/min，堆焊层数：5，采用直流反接，控制道间温度在200℃以下。2.一种水泥挤压辊表面耐磨堆焊抗疲劳焊接材料的应用，所述焊接材料含有Cr、C、Nb、Mn合金元素，堆焊金属成分为以质量百分数计：C＝1.2％、Nb＝5.3％、Cr＝4.7％、Mn＝0.9％、Si＝0.7％、S＝0.009％、P＝0.022％，Fe余量，表面硬度为HRC57.8；在电弧堆焊条件下，堆焊金属的微观组织为高碳马氏体和残余奥氏体+少量独立奥氏体+NbC颗粒，其中，少量独立奥氏体的体积分数为2-8％；所述焊接材料产品形式为焊条或药芯焊丝，焊条适用于挤压辊表面小缺...

【专利技术属性】
技术研发人员：任振安，陈汉林，黄飞，彭武强，邱小明，孙大千，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22