冷轧辊用高硬度高抗裂性埋弧堆焊烧结焊剂及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种冷轧辊用高硬度高抗裂性埋弧堆焊 烧结焊剂及制备方法。
【背景技术】
[0002] 在现代钢铁工业生产中，冷轧辊作为轧机的关键部件，将对产品的质量以及轧机 的生产效率起着重要的作用，冷轧辊的工作环境恶劣，受到压力的交变反复作用，将导致表 面的软化和磨损。随着钢材产量的增加，乳辊的消耗量增加，如果破损的轧辊过早报废，则 造成十分巨大的经济损失，目前轧辊的平均利用率低，如何最大限度的延长轧辊的使用寿 命是当前急需解决的问题。国内外主要采用埋弧堆焊的方法对废旧的轧辊进行修复，但由 于冷轧辊堆焊修复要求的堆焊熔敷金属硬度高，硬度均匀性好，而且要求其抗裂性高，强韧 性好，抗疲劳能力强，技术难度非常大。现在采用高硬度的堆焊材料以高铬合金系统为主， 虽然堆焊熔敷金属硬度高，但其脆性大，堆焊时极易开裂，仅适用于对裂纹及冲击韧性要 求低的场合。经对现有技术的文献检索发现，专利号ZL200810224993. 5公开了一份名称 为"一种高碱度适合高硬度埋弧焊丝用烧结焊剂"专利文件，该焊剂的重量百分比组成为： 24 % ^MgO^ 40 %, 16 % ^A1203 ^ 26 %, 24 % ^CaF2+CaO^ 38 %, 1 % ^BaC03 ^ 8 %, 1 % ^Si02 ^ 8 %, 0. 2 % ^Mn02 ^ 3 %, 1 % ^Si-Fe^ 5 %, 1 % ^Mn-Fe^ 5 %, 0. 3 % 彡Ca-Si彡2%，1%彡Na3AlF6< 5%，1%彡稀土硅铁彡6%，该焊剂焊接工艺性能优良，热 态脱渣容易，电弧稳定，成形美观，无咬边、气孔和压痕等缺陷。专利号ZL200810057150. 0 公开了一份名称为"一种高碳高合金的埋弧自动堆焊焊剂"专利文件，焊剂的组成和配比 按重量份为：氧化猛1?3份，二氧化娃4?5份，氟化興40?50份，三氧化二错25?35 份，氧化钙3?5份，氧化锆3?4份，氟化钠4?5份，钥粉0. 6?0. 8份，铌粉1. 0?1. 2 份，碳化铬4?6份，该焊剂是一种熔炼焊剂，焊接过程中电弧稳定，容易脱渣，焊缝成型美 观，耐磨性能与抗冲击性好。
[0003] 冷轧工作辊的表面硬度要求大于60HRC，而且要求其强韧性高，硬度均匀性好，抗 裂能力高，如何解决高硬度和高抗裂性的匹配是很大的难题，因此，必须开发一种能够解决 冷轧辊堆焊修复的高硬度高抗裂性能的埋弧堆焊烧结焊剂，满足钢铁工业的迫切需求。
【发明内容】
[0004] 为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种冷轧辊用高硬度高抗裂性埋弧 堆焊烧结焊剂及制备方法，该焊剂在埋弧焊接条件下，工艺性能优良，脱渣容易，焊缝成型 美观，堆焊熔敷金属具有较高的硬度，抗裂性优良，冲击韧性高。
[0005] 本发明采用如下技术方案：
[0006] 本发明的焊剂组分质量百分比为：5%彡Si02彡12%，1%彡Zr02彡5%，8% ^A1203 ^ 18%, 1%^Mn02 ^ 5%,3 ^CaF2 ^ 14,5%^MgO^ 9%, 1%^SrC03 ^ 4%, 5%^Cr3C2^ 12%,2%^NbC^ 5%,l%^Nd2〇3^ 3%,2%^ 5%,2%^C^ 5%,3% ^Ni^8%,6%^Cr-Fe^ 16%,5%^Ti-Fe^ 8%,1V-Fe^ 3%,1B-Fe^ 3%,1 %彡Mn-Fe彡5 %，2 %彡Si-Fe彡5 %，以上各组分的质量百分比总和为100 %，所述Cr-Fe 合金中，Cr的质量百分比为60%?70%，C的质量百分比为6%?9%，其余为Fe，所述 1146合金中，11的质量百分比为60%?70%，其余为？6，所述￥46合金中，￥的质量百 分比为50 %?60 %，其余为Fe，所述B-Fe合金中，B的质量百分比为30 %?40 %，其余为 ?6，所述此46合金中^11的质量百分比为75%?85%，其余为？6，所述5146合金中，51 的质量百分比为55%?65%，其余为Fe。
[0007] 焊剂的制备方法，其步骤为：
[0008] 第一步，把粉状材料按配方要求的比例混合，并在混料机内干混搅拌均匀，然后在 干料中加入占干粉总质量16%?20%的粘结剂，进行湿混搅拌；
[0009] 第二步，将湿拌后的药粉送入造粒机进行造粒，将粒状焊剂放入低温烘干炉内，力口 热到200°C?260°C并保温2?3小时，然后将烘干后的焊剂放入高温电阻炉内高温烧结， 加热到800°C?900°C并保温2?3小时；
[0010] 第三步，将高温烧结的焊剂依次通过1〇目和40目的筛子筛选，使得粒度控制在 10?40目之间，从而获得烧结焊剂。
[0011] 为了解决堆焊熔敷金属高硬度和高抗裂性这一对难以调和的矛盾，本发明采用了 一种综合性的创新设计方法，一方面，通过加入Cr3C2、C、B、Cr、Ti等组分形成各种碳化物、 硼化物及复合碳化物，均匀分布在基体中，形成熔敷金属的骨架，使得熔敷金属具有极高的 硬度和耐磨性；另一方面，加入稀土金属Y、稀土金属氧化物Nd203及合金元素V、Ti、Ni等， 能够净化熔敷金属，降低熔敷金属扩散氢含量，细化晶粒，改善基体组织，使基体组织形成 马氏体+残余奥氏体，显著提高熔敷金属的抗开裂性。
[0012] 本焊剂的组分众多，各种氧化物、碳化物及合金元素等之间存在非常复杂的交互 作用，影响合金元素的过渡及熔渣的特性等，本发明根据组分的作用，采用有约束的配方均 匀设计对主要组分进行优化设计，配方成分分析如下：
[0013]Si02主要作用是造渣，调整熔渣高温物理性能，降低熔渣的碱度及表面张力，改善 焊缝成形，但会导致冲击韧性下降。
[0014]Zr02为弱酸性氧化物，对焊缝金属的氧化较少，有利于提高焊缝金属的冲击韧性， 提高焊剂熔点，调整熔渣的高温物理性能。
[0015] A1203主要作用是造渣，调整熔渣的粘度及碱度，增大熔渣表面张力。
[0016] Mn02主要是调整熔渣碱度、脱硫及弥补焊接过程中烧损的锰等。
[0017]CaF2具有提高熔渣碱度，降低熔渣熔点、粘度和表面张力，改善流动性的作用，并 可有效地降低烙敷金属中扩散氢的含量，但加入过多不利于电弧稳定。
[0018] MgO主要起造渣、降低S和P作用，提高熔渣碱度、熔点、粘度和表面张力，降低扩散 氢含量，提高焊缝金属的冲击韧性。
[0019]SrC03焊接时分解出SrO和C02,SrO是一种碱性氧化物，能提高脱硫磷等杂质的能 力，产生的C02气体能降低焊缝金属扩散氢含量，提高焊缝金属冲击韧性，但含量过多，产生 的气体使焊接过程不稳定，焊缝成型变差。
[0020]Cr3C2主要以碳化铬的形式向熔敷金属提