鑄輥堆焊用藥芯焊絲414N的研制
2014-9-17 14:41:43 點擊：522
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（哈爾濱焊接研究所，哈爾濱 150080）
摘 要： 根據連鑄輥高溫段的工礦條件，對比進口焊絲，研制了連鑄輥堆焊用藥芯焊絲414N，并對研制的藥芯焊絲進行了性能測試，通過對比，可以看出，研制的414N藥芯焊絲完全可以替代進口焊絲。
關鍵詞：連鑄輥；藥芯焊絲；414N
0 前言
隨著經濟建設需要，近十年來，我國已相繼建設和投產了一大批現代化的連鑄連軋機。他們的使用性能和使用壽命好壞，勢必對節能節材國策和社會經濟效益產生重大的影響。而連鑄堆焊技術在我國的發展已有十余年的歷史。按照一般鋼廠的情況，整個連鑄輥由支承導向輥、扇性段、水平段三部分組成。支承導向輥由密排輥子組成，使鑄坯經多點彎曲過渡到圓弧上。輥坯從結晶器拉出后，雖形成一定斷面，但其中心還是液體狀態，坯殼厚度一般為12—20mm，鑄坯表面溫度高達1200℃左右。由于高溫和冷卻水的作用，輥面易產生高溫氧化和腐蝕，而且此段足輥和支承導輥的直徑小，因剛度差而容易產生彎曲變形。因此，此段連鑄輥宜選用耐腐蝕、抗高溫氧化且有相當熱強性的高Ni、Mo含量的Cr13型馬氏體不銹鋼。目前，國內外比較先進的堆焊材料是超低碳的氮合金化0Cr13Ni4MoN（414N）藥芯焊絲，其以氮代碳，可顯著提高堆焊層抗高溫氧化和腐蝕性能，其高溫力學性能也可得到顯著改善。通過對比英國焊接合金公司CHROMECORE 414N-O藥芯焊絲，進行了一系列試驗我們研制了適合于支承導向輥使用的414N藥芯焊絲，并在生產中獲得了良好的應用。
1 N在熔敷金屬中的作用
研制的414N藥芯焊絲可以采用埋弧和明弧自保護兩種堆焊工藝，表1列出了414N熔敷金屬的化學成分。
表1 414N藥芯焊絲熔敷金屬的化學成分（%）
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
從表1中可以看出，與典型的Cr13系的合金相比，該藥芯焊絲熔敷金屬的S、P等雜質含量進一步降低，一方面提高了抗熱裂性，另一方面提高了韌性，細化晶粒，從而提高了耐冷熱疲勞性能。C含量的降低，進一步提高了材料的抗熱裂性，但是C含量的降低，必然導致材料強化作用的減弱，而N的加入很好的解決了這一問題，N在熔敷金屬中主要有以下幾個作用：
1）、在Cr13系合金中，擴大γ相區，是一種很強的形成和穩定奧氏體的元素，抑制鐵素體的形成，提高耐冷熱疲勞性能，其效用約20倍于鎳[1]，在一定限度下，可以代替一部分鎳用于鋼中；2）、適當的加入氮，與合金中的鉻、釩、鈦等形成穩定的氮化物，促進了微合金元素的有效作用，提高材料的高溫屈服強度，氮化物以高度彌散分布在堆焊層中，極度地增加堆焊層的硬度、強度、特別是疲勞強度、耐磨性和高溫抗腐蝕性，同時抑制了材料的高溫蠕變變形，而塑性不降低。
2 堆焊層的性能
對研制的414N藥芯焊絲的性能進行了測試，共堆焊五層，焊后進入585℃+10℃的爐中保溫10小時，隨爐冷至室溫。按GB2649-82及GB2650-89將15塊試樣分別加工成常溫拉伸沖擊及高溫拉伸試件，實驗儀器為INSTRON-5500R電子萬能試驗機。實驗數據見表2，與進口焊絲相當
表2 414N藥芯焊絲堆焊層的力學性能
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
圖1 堆焊金屬顯微組織 ×175
Fig.1 Microstructure of depostitied metal
3 堆焊金屬的金相組織
414N藥芯焊絲的堆焊金屬顯微組織為非常均勻細小的低碳馬氏體，見圖1。與進口焊絲堆焊層的顯微組織（圖2）基本一致。
4 結論
圖2 進口焊絲顯微組織 ×150
Fig.2 Microstructure of foreign wire
經過實驗，研制了適用于連鑄輥高溫段
的414N藥芯焊絲，并對其各項性能進行了測試，通過測試數據可以看出，研制的414N藥芯焊絲與進口焊絲一致，完全可以替代進口焊絲。
參考文獻：
1 合金鋼手冊[M].第一版.北京：中國工業出版社，1971.191～196.
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