專利名稱：耐腐蝕焊條及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及耐腐蝕焊條，屬于焊接材料領(lǐng)域。
技術(shù)背景焊條藥皮在焊接過程中分解、熔化后形成氣體和熔渣，起到機(jī)械保護(hù)、冶金處理和改善 工藝性能的作用。藥皮的組成物有礦物類(如大理石、氟石等)、鐵合金和金屬粉類(如 錳鐵、鈦鐵等)、有機(jī)物類(如木粉、淀粉等)、化工產(chǎn)品類(如鈦白粉、水玻璃等)。常 用焊條藥皮是鈦鈣型(J422焊條，酸性熔渣)和低氫型(J507焊條，堿性熔渣)。目前許多工業(yè)設(shè)備，如冶金需要用水冷卻的軋制相關(guān)設(shè)備、礦山的選礦設(shè)備、輪船的推 進(jìn)器、水電站的水輪葉片等等，它們都是處在既有腐蝕性又有較硬磨粒的介質(zhì)中運(yùn)轉(zhuǎn)。目前 雖有堆符合國標(biāo)TDCrC—1 (45)，堆698符合國標(biāo)TD2—CCrW (60)和堆802，堆 812，堆822鈷基合金堆焊焊條等可以堆焊在這些易蝕易損設(shè)備的表面。但是堆642、堆698均 為鑄鐵堆焊焊條，應(yīng)用范圍狹窄，主要應(yīng)用于鑄鐵基材的堆焊，而且其碳含量高，堆焊厚度 較薄，否則容易引起大面積的裂紋，導(dǎo)致零部件的快速失效；而堆802，堆812，堆822等鈷 基合金堆焊焊條雖然耐蝕耐磨性能優(yōu)良，但價(jià)格昂貴，目前價(jià)格為450 550元/公斤(直徑 越小，價(jià)格越貴)，應(yīng)用不廣泛。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所解決的技術(shù)問題是降低耐腐蝕性焊條的成本，并使該焊條廣泛應(yīng)用于多種設(shè)備 的施焊。本發(fā)明為了解決上述問題，提供了一種新的焊條，包括焊芯和藥皮，其特征在于， 所述的藥皮由下述重量百分比的組分組成碳化鎢2 10%、碳化硼或氮化硼2 8%、鎳粉2 10%、銅O. 30 0. 85%、稀土O. 2 4.60%、錳氮合金和/或釩氮合金任意比例0. 20 2. 80%、鉬鐵O. 6 3. 2%、大理石25 38 %、鈦白粉2 8%、螢石1 6%、錳鐵3 8%、釩鐵O. 35 4%、鈮鐵或鈦鐵O. 35 4%、鉻 鐵余量，其中，所述錳鐵為低碳錳鐵或微碳錳鐵，鉻鐵為低碳鉻鐵或微碳鉻鐵；藥皮各組分 粒度為80 200目。本發(fā)明焊條具有耐蝕耐磨的性能，成本較低，應(yīng)用廣泛，且焊條的堆焊層硬度HRC—般 大于55，同時(shí)焊接性能好，適用母材范圍廣。如A3， 45#， 20Cr， 40Cr， ZCrMnl3， 65Mn等各 種碳素鋼和合金鋼均可施焊，成本大約為150 200元/公斤。尤其在ZCrMn13， 65Mn鋼材上施
焊，不僅提高了耐磨耐蝕性，而且韌性也有所提高。在煉鋼廠連鑄用連鑄輥在堆焊過程中總 會(huì)產(chǎn)生缺陷，如氣孔、夾雜等，需要手工補(bǔ)焊，采用該焊條對(duì)攀鋼板坯和方坯連鑄輥堆焊過 程中的缺陷補(bǔ)焊后，耐蝕性和原堆焊材料相當(dāng)，耐磨性有所提高，保證了連鑄輥整體堆焊后 的良好耐磨性和耐蝕性，滿足了連鑄生產(chǎn)的需要。本焊條適于冶金設(shè)備、礦山選礦、輪船推 進(jìn)器、水電站的水輪葉片、化工、環(huán)保等設(shè)備的施焊。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供了焊條，包括焊芯和藥皮，其特征在于，所述的藥皮由下述重量百分比的組 分組成(重量百分?jǐn)?shù)之和為100%):碳化鎢2 10%、碳化硼或氮化硼2 8%、鎳粉2 10%、銅O. 30 0. 85%、稀土O. 2 4.60%、錳氮合金和/或釩氮合金任意比例0. 20 2. 80%、鉬鐵O. 6 3. 2%、大理石25 38 %、鈦白粉2 8%、螢石1 6%、錳鐵3 8%、釩鐵O. 35 4%、鈮鐵或鈦鐵O. 35 4%、鉻 鐵余量，其中，所述錳鐵為低碳錳鐵或微碳錳鐵，鉻鐵為低碳鉻鐵或微碳鉻鐵；藥皮各組分 粒度為80 200目。根據(jù)焊條韌性檢測(cè)結(jié)果，藥皮選用下述重量百分比的組分制備而得的焊條韌性性能較好 :碳化鎢4 8%、碳化硼或氮化硼3 5%、鎳粉4 8%、銅O. 30 0. 85%、稀土O. 2 1. 60 %、錳氮合金和/或釩氮合金任意比例0. 20 0. 80%、鉬鐵O. 6 1.2%、大理石30 38%、 鈦白粉4 8%、螢石2 4%、錳鐵6 8%、釩鐵1 3%、鈮鐵或鈦鐵O. 35 4%、鉻鐵余量以下述重量百分比的組分制備而成的焊條性能最好碳化鎢4%、碳化硼或氮化硼5%、 鎳粉5%、銅0.45%、稀土3%、錳氮合金和/或釩氮合金任意比例0.80%、鉬鐵1.8%、大 理石30%、鈦白粉4%、螢石3. 5%、錳鐵4%、釩鐵O. 7%、鈦鐵0.45%、鉻鐵余量。藥皮原料組分中，鈦白粉用于增加藥皮的塑性，使之易于涂敷，并且可以造渣；大理石 用于增強(qiáng)焊條焊接過程中熔渣脫硫和脫磷的能力，同時(shí)防止氫和氮對(duì)焊縫金屬的入侵，改善 熔滴過渡形態(tài)；而螢石的主要作用是造渣。鈦白粉、大理石、螢石是目前最常用的原料，暫 時(shí)無更合適的替代品。碳化硼可以用氮化硼來替代，釩鐵或鈦鐵均可以用鈮鐵替代，釩鐵和 鈦鐵可以只加入一種，但會(huì)使耐磨效果稍差，但沒有太大的影響。選用低碳錳鐵和低碳鉻鐵 ，是因?yàn)樘几邔?duì)耐磨性有利，但對(duì)耐蝕性不利，選用低碳錳鐵和低碳鉻鐵正好兼顧耐磨性和 耐蝕性。如果選用中碳或高碳錳鐵、中碳或高碳鉻鐵，則耐磨性雖然好，但耐蝕性較差，備 件壽命低；如果選用微碳錳鐵和微碳鉻鐵，成本比中碳或高碳錳鐵、中碳或高碳鉻鐵增加， 但從技術(shù)角度分析，可以在選用其它藥皮組分時(shí)，選擇高限碳含量，同時(shí)錳氮合金和/或釩
氮合金選用高限(也選擇相應(yīng)的高限氮含量)，這樣增加的C和N可以彌補(bǔ)采用微碳錳鐵和微 碳鉻鐵帶來的耐磨性的損失。焊條中采用的焊芯為H08A號(hào)鋼和H08E鋼或低碳鋼。H08A號(hào)鋼與H08號(hào)鋼相比，前者的硫 和磷含量低，其它成分兩者相同，硫和磷含量低有助于提高堆焊后熔敷金屬的抗裂和抗蝕性 能，因此在H08A號(hào)鋼和H08號(hào)鋼中優(yōu)選H08A號(hào)鋼。若選用其它低碳鋼，由于其碳的含量與 H08A號(hào)鋼或H08號(hào)鋼不同，所以需要調(diào)整所選用鉻鐵合金或錳鐵合金的碳含量，以保證堆焊 后熔敷金屬的碳含量和采用H08A號(hào)鋼或H08號(hào)鋼作為焊芯的焊條堆焊后熔敷金屬的碳含量相 同。比如，采用35#號(hào)鋼作為焊芯，35#號(hào)鋼的碳含量為0. 32% 0.40%， H08A號(hào)鋼或H08 號(hào)鋼的碳含量為0.05% 12%，前者的碳含量高，因此需要將藥皮中的低碳錳鐵或低碳鉻鐵 部分或全部改為微碳錳鐵或微碳鉻鐵以抵消由于焊芯中碳含量較高，使焊條堆焊后熔敷金屬 碳含量增高的可能(具體的數(shù)據(jù)需要根據(jù)焊芯的準(zhǔn)確成分和藥皮的準(zhǔn)確配方計(jì)算)。碳含量 高，硬度增加，耐磨性增加，但韌性降低，耐腐蝕性能降低；根據(jù)不同的焊芯，藥皮的組分 需要做調(diào)整以適應(yīng)不同的焊芯。因H08A號(hào)鋼有害元素的含量低，碳含量也低，藥皮配方時(shí)需 要考慮的影響因素較少，而且H08A號(hào)鋼作為焊條常用焊芯，故本發(fā)明焊芯優(yōu)選H08A號(hào)鋼。焊條的制備方法如下A、 稱取下述重量百分比的藥皮組分，混合碳化鎢2 10%、碳化硼或氮化硼2 8%、鎳粉2 10%、銅O. 30 0. 85%、稀土O. 2 4.60%、錳氮合金和/或釩氮合金任意比例0. 20 2. 80%、鉬鐵O. 6 3. 2%、大理石25 38 %、鈦白粉2 8%、螢石1 6%、錳鐵3 8%、釩鐵O. 35 4%、鈮鐵或鈦鐵O. 35 4%、鉻 鐵余量，其中，所述錳鐵為低碳錳鐵或微碳錳鐵，鉻鐵為低碳鉻鐵或微碳鉻鐵；藥皮各組分 粒度為80 200目；B、 將步驟A所得混合組分中加入占混合組分總重量4 6。/。的碳酸氫鈉，以鈉水玻璃粘合C、 將步驟B所得的粘合物涂覆在焊芯上，干燥即得。 具體地，鈉水玻璃的模數(shù)為2.9 3，波美度為46 48。。而焊條的涂覆方法有很多，如手工搓制，浸涂和利用機(jī)械高速擠壓涂制(壓涂法)等。 本發(fā)明優(yōu)選采用壓涂法制備，具有生產(chǎn)效率高、速度快，而且焊條藥皮厚度均勻、光滑、密 實(shí)、質(zhì)量穩(wěn)定，還可使焊條的壓涂、傳送、磨頭、磨尾、印字、著色、烘干和包裝等過程實(shí) 現(xiàn)完全機(jī)械化或自動(dòng)化。涂覆時(shí)藥皮重量系數(shù)為藥皮的重量系數(shù)為110 130%，采用哈里為 120 200公斤/cm」的液壓涂料機(jī)將混好的粘合物壓制在焊芯上制造成焊條，將該焊條在室溫 下晾干10 15小時(shí)，再放入35(TC電爐中烘干；也可先在8(TC預(yù)熱4 6小時(shí)再投入爐中烘烤 6小時(shí)，成品用塑料袋密封包裝。與現(xiàn)在使用的耐磨耐蝕堆焊材料相比，本發(fā)明焊條具有以下優(yōu)點(diǎn)1、 焊條中C含量較低，通過加入N彌補(bǔ)因C較低造成的硬度損失，同時(shí)加入能比Cr優(yōu)先和 C結(jié)合的Ti、 V、 Mo等元素，這樣可以減少Cr碳化物的形成，可以將晶界周圍的Cr貧化現(xiàn)象降 低。N和C一樣，容易與Cr反應(yīng)形成氮化物，但它與聚集在晶界的大塊碳化物不同，其析出既 小又均勻分布，不會(huì)造成Cr的供不應(yīng)求，不形成敏化區(qū)，避免了晶界腐蝕，提高了耐熱疲勞 性。同時(shí)這些析出物有防止晶粒長大和阻礙位錯(cuò)移動(dòng)的趨勢(shì)，改善了堆焊金屬的高溫強(qiáng)度， 氮化物與碳化物相比，有較高的抗時(shí)效能力。2、 Ti、 V、 Mo都有較強(qiáng)的細(xì)化晶粒和固溶強(qiáng)化能力，兩種元素以上加入比單獨(dú)一種加入 時(shí)的效果好，V還有較強(qiáng)的沉淀強(qiáng)化能力，它們和Mo、都是強(qiáng)碳化物形成元素，這些碳化物 的高溫穩(wěn)定性更好，它們使堆焊金屬的晶粒尺寸小，硬度高，耐磨性好，韌性較好。3、 Cu、 Re (稀土)和Mo的加入使堆焊合金具有較強(qiáng)的耐蝕能力。對(duì)于工作過程中使 用水冷卻的備件，水中含氯離子，Mo能增加堆焊合金在氯離子介質(zhì)中的耐腐蝕能力，Cu有較 強(qiáng)的抗氧化能力，Re也有較強(qiáng)的抗氧化性能力，當(dāng)Cu、 Re和Cr 、 Ni、 Ti共同加入時(shí)，合金 的耐蝕性更好。這些因素使堆焊層不僅耐磨性好，而且耐腐蝕性得到很大提高。以下通過具體實(shí)施方式
再對(duì)本發(fā)明的上述內(nèi)容作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但不應(yīng)將此理解為 本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)例，在不脫離本發(fā)明上述技術(shù)思想情況下，根據(jù)本領(lǐng) 域普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段做出的各種替換或變更，均應(yīng)包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。用H08E作焊芯，藥皮原材料配方為碳化鎢(化學(xué)純)7%，碳化硼(化學(xué)純)4%，鎳 粉(化學(xué)純)6%，銅0.40%，稀土1.2%，釩氮合金0.40%，鉬鐵1.0%，大理石38%，鈦 白粉7%，螢石4%，低碳錳鐵6%，低碳鉻鐵余量，釩鐵2%，鈦鐵1%。拌料時(shí)加入占總料 量5/1000的碳酸氫鈉粉末，用模數(shù)為2.9 3，濃度為46 4S。 B的鈉水玻璃為粘結(jié)劑。藥皮 重量系數(shù)為120%，采用哈里為120 200公斤/ci/的液壓涂料機(jī)壓制成焊條。制出的焊條在 室溫下晾干10 15小時(shí)，再放入35(TC電爐中烘干。為了可靠，也可先在8(TC預(yù)熱4 6小時(shí) 再投入爐中烘烤6小時(shí)，成品用塑料袋密封包裝。焊條堆焊層硬度》HRC 55，防腐蝕性能強(qiáng)；同時(shí)焊接性能好，適用母材范圍廣，如A3， 45H， 20Cr， 40Cr， ZCrMnl3， 65Mn等各種碳素鋼和合金鋼均可施焊。用連鑄輥在堆焊過程中總會(huì)產(chǎn)生缺陷，如氣孔、夾雜等，需要手工補(bǔ)焊，采用本發(fā)明焊 條對(duì)攀鋼板坯和方坯連鑄輥堆焊過程中的缺陷補(bǔ)焊后，耐蝕性和原堆焊材料相當(dāng)，耐磨性有 所提高，保證了連鑄輥整體堆焊后的良好耐磨性和耐蝕性，滿足了連鑄生產(chǎn)的需要。以下為按照上述方法及藥皮制備而得的焊條及其性能描述。 實(shí)施例一藥皮原材料配方為(重量百分?jǐn)?shù)之和為100%):碳化鎢2%、碳化硼3%、鎳粉4%、銅 0.40%、稀土1.60%、錳氮合金和/或釩氮合金任意比例0.40%、鉬鐵0.8%、大理石28% 、鈦白粉4%、螢石5%、低碳錳鐵4%、釩鐵0.45%、鈦鐵O. 35%、低碳鉻鐵余量。然后按上述方法制造成焊條，堆焊層的硬度》HRC55，在溫度為25oC，濃度為30%的碳 酸氫鈉溶液中，腐蝕率為O. 008毫米/年(腐蝕率為小于0.05毫米/年，金屬的耐蝕性算優(yōu)良 ;腐蝕率為O. 05 0. 5毫米/年，金屬的耐蝕性算良好)，耐磨性較好，耐蝕性好。實(shí)施例二藥皮原材料配方為(重量百分?jǐn)?shù)之和為100%):碳化鎢8%、碳化硼6%、鎳粉6%、銅 0.60%、稀土2.60%、錳氮合金和/或釩氮合金任意比例2.0%、鉬鐵2.0%、大理石30%、 鈦白粉6%、螢石5%、低碳錳鐵5%、釩鐵2%、鈦鐵3%、低碳鉻鐵余量。然后按上述方法制造成焊條，堆焊層的硬度》HRC60，在溫度為25oC，濃度為30%的碳 酸氫鈉溶液中，腐蝕率為O. 045毫米/年(腐蝕率為小于0.05毫米/年，金屬的耐蝕性算優(yōu)良 ;腐蝕率為O. 05 0. 5毫米/年，金屬的耐蝕性算良好)，耐磨性很好，耐蝕性好。實(shí)施例三藥皮原材料配方為(重量百分?jǐn)?shù)之和為100%):碳化鎢4%、碳化硼5%、鎳粉5%、銅 0.45%、稀土3%、錳氮合金和/或釩氮合金任意比例0.80%、鉬鐵1.8%、大理石30%、鈦 白粉4%、螢石3. 5%、低碳錳鐵4%、低碳鉻鐵18%、釩鐵O. 7%、鈮鐵0.45%。然后按上述方法制造成焊條，堆焊層的硬度》HRC58，在溫度為25oC，濃度為30%的碳 酸氫鈉溶液中，腐蝕率為0.015毫米/年(腐蝕率為小于0.05毫米/年，金屬的耐蝕性算優(yōu)良 ;腐蝕率為O. 05 0. 5毫米/年，金屬的耐蝕性算良好)，耐磨性好，耐蝕性好，綜合性能好
權(quán)利要求
1.耐腐蝕焊條，包括焊芯和藥皮，其特征在于，所述藥皮由下述重量百分比的組分組成碳化鎢2～10％、碳化硼或氮化硼2～8％、鎳粉2～10％、銅0.30～0.85％、稀土0.2～4.60％、錳氮合金和/或釩氮合金任意比例0.20～2.80％、鉬鐵0.6～3.2％、大理石25～38％、鈦白粉2～8％、螢石1～6％、錳鐵3～8％、釩鐵0.35～4％、鈮鐵或鈦鐵0.35～4％、鉻鐵余量；其中，所述錳鐵為低碳錳鐵或微碳錳鐵；鉻鐵為低碳鉻鐵或微碳鉻鐵。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有耐腐蝕性能的焊條，屬于焊接材料領(lǐng)域。焊條包括焊芯和藥皮，所述藥皮由下述重量百分比的組分組成碳化鎢2～10％、碳化硼或氮化硼2～8％、鎳粉2～10％、銅0.30～0.85％、稀土0.2～4.60％、錳氮合金和/或釩氮合金任意比例0.20～2.80％、鉬鐵0.6～3.2％、大理石25～38％、鈦白粉2～8％、螢石1～6％、錳鐵3～8％、釩鐵0.35～4％、鈮鐵或鈦鐵0.35～4％、鉻鐵余量；其中，錳鐵為低碳錳鐵或微碳錳鐵；鉻鐵為低碳鉻鐵或微碳鉻鐵。本發(fā)明焊條具有耐蝕耐磨的性能，且焊條的堆焊層硬度HRC一般大于55，同時(shí)焊接性能好，適用母材范圍廣，成本較低。
文檔編號(hào)B23K35/365GK101148008SQ200710202459
公開日2008年3月26日 申請(qǐng)日期2007年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月9日
發(fā)明者藩 何, 冉蓉平, 宏 張, 芮 張, 林劍東, 王成君, 陳建平 申請(qǐng)人:攀鋼集團(tuán)攀枝花鋼鐵研究院;攀枝花新鋼釩股份有限公司