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铸辊堆焊用药芯焊丝414N的研制

2014-9-17 14:41:43      点击:

(哈尔滨焊接研究所,哈尔滨  150080) 
摘  要:  根据连铸辊高温段的工矿条件,对比进口焊丝,研制了连铸辊堆焊用药芯焊丝414N,并对研制的药芯焊丝进行了性能测试,通过对比,可以看出,研制的414N药芯焊丝完全可以替代进口焊丝。 
关键词:连铸辊;药芯焊丝;414N 
0        前言 
随着经济建设需要,近十年来,我国已相继建设和投产了一大批现代化的连铸连轧机。他们的使用性能和使用寿命好坏,势必对节能节材国策和社会经济效益产生重大的影响。而连铸堆焊技术在我国的发展已有十余年的历史。按照一般钢厂的情况,整个连铸辊由支承导向辊、扇性段、水平段三部分组成。支承导向辊由密排辊子组成,使铸坯经多点弯曲过渡到圆弧上。辊坯从结晶器拉出后,虽形成一定断面,但其中心还是液体状态,坯壳厚度一般为12—20mm,铸坯表面温度高达1200℃左右。由于高温和冷却水的作用,辊面易产生高温氧化和腐蚀,而且此段足辊和支承导辊的直径小,因刚度差而容易产生弯曲变形。因此,此段连铸辊宜选用耐腐蚀、抗高温氧化且有相当热强性的高Ni、Mo含量的Cr13型马氏体不锈钢。目前,国内外比较先进的堆焊材料是超低碳的氮合金化0Cr13Ni4MoN(414N)药芯焊丝,其以氮代碳,可显著提高堆焊层抗高温氧化和腐蚀性能,其高温力学性能也可得到显著改善。通过对比英国焊接合金企业CHROMECORE 414N-O药芯焊丝,进行了一系列试验大家研制了适合于支承导向辊使用的414N药芯焊丝,并在生产中获得了良好的应用。 
1        N在熔敷金属中的作用 
研制的414N药芯焊丝可以采用埋弧和明弧自保护两种堆焊工艺,表1列出了414N熔敷金属的化学成分。 
表1  414N药芯焊丝熔敷金属的化学成分(%) 
Table1 Chemical compositions of 414N flux-cored wire deposited matal 
Surfacing usability        C      Cr      Ni     Mo     Mn      Si      S       P     N 
SA               0.031   13.54     4.34    0.89    1.48    0.23   0.0052   0.021  0.06 
OA               0.035   12.98     3.80    0.87    0.75    0.84   0.012    0.018  0.08

CHROMECORE414N-O      0.06    12.59     4.01    0.80    0.79    0.55    0.021   0.022  0.09  
从表1中可以看出,与典型的Cr13系的合金相比,该药芯焊丝熔敷金属的S、P等杂质含量进一步降低,一方面提高了抗热裂性,另一方面提高了韧性,细化晶粒,从而提高了耐冷热疲劳性能。C含量的降低,进一步提高了材料的抗热裂性,但是C含量的降低,必然导致材料强化作用的减弱,而N的加入很好的解决了这一问题,N在熔敷金属中主要有以下几个作用: 
1)、在Cr13系合金中,扩大γ相区,是一种很强的形成和稳定奥氏体的元素,抑制铁素体的形成,提高耐冷热疲劳性能,其效用约20倍于镍[1],在一定限度下,可以代替一部分镍用于钢中;2)、适当的加入氮,与合金中的铬、钒、钛等形成稳定的氮化物,促进了微合金元素的有效作用,提高材料的高温屈服强度,氮化物以高度弥散分布在堆焊层中,极度地增加堆焊层的硬度、强度、特别是疲劳强度、耐磨性和高温抗腐蚀性,同时抑制了材料的高温蠕变变形,而塑性不降低。 
2        堆焊层的性能 
对研制的414N药芯焊丝的性能进行了测试,共堆焊五层,焊后进入585℃+10℃的炉中保温10小时,随炉冷至室温。按GB2649-82及GB2650-89将15块试样分别加工成常温拉伸冲击及高温拉伸试件,实验仪器为INSTRON-5500R电子万能试验机。实验数据见表2,与进口焊丝相当
表2   414N药芯焊丝堆焊层的力学性能 
Table2 Mechanical properties of 414N flux-cored wire depositied metal
No.  Temperature/℃  σb/Mpa   σ0.2/MPa    δ5/%     Ψ/%    AKV/J   Hardness/HRc 
1        24           874.9     812.6     13.94    48.16 
2        24           903.7     769.5     15.00    43.24 
3        24           914.1     799.6     14.79    43.75 
4        500          709.5     645.6     16.10    52.39 
5        500          667.3     603.3     15.63    49.23 
6        500          643.4     578.4     17.72    49.23 
7        650          269.2     222.93    44.63    59.36 
8        650          269.2     218.95    49.51    68.35 
9        650          297.6     249.8     44.87    76.23 
10       750          176.8     131.5     37.97    52.39 
11       750          178.1     134.1     37.25    45.60 
12       750          154.2     122.5     30.70    39.93 
13       24                                                  21.5       31 
14       24                                                  23.0       30 
15       24                                                  22.0       31 
图1 堆焊金属显微组织 ×175 
Fig.1 Microstructure of depostitied metal 
3        堆焊金属的金相组织
414N药芯焊丝的堆焊金属显微组织为非常均匀细小的低碳马氏体,见图1。与进口焊丝堆焊层的显微组织(图2)基本一致。 
4         结论

图2 进口焊丝显微组织 ×150

Fig.2 Microstructure of foreign wire 
经过实验,研制了适用于连铸辊高温段 
的414N药芯焊丝,并对其各项性能进行了测试,通过测试数据可以看出,研制的414N药芯焊丝与进口焊丝一致,完全可以替代进口焊丝。
参考文献: 
  1  合金钢手册[M].第一版.北京:中国工业出版社,1971.191~196. 

 
  
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