专利名称：一种连铸辊堆焊用烧结焊剂及其生产方法
技术领域：
本发明涉及一种烧结焊剂，尤其涉及一种连铸辊堆焊用烧结焊剂及其生产方法。
早期连铸辊多采用15CrMo、20CrMo的整体锻钢辊，整体锻钢辊耐冷热疲劳和高温氧化腐蚀性能较差，所以使用寿命低。从八十年代开始国内外大型钢铁企业普遍采用堆焊复合辊，这种复合辊是在辊体表面堆焊一层性能优异的工作层，工作层可以反复再生，连铸辊使用寿命得到明显提高，大大降低了生产成本。
连铸辊的堆焊有带极和丝极两种方法。丝极堆焊的特点是连续化程度较高、管丝合金成分调整方便、管丝制作简便等，但是堆焊层金属的成分均匀性较差、环状螺旋堆焊搭接较多，辊面裂纹易于沿搭接部位扩展，美国和欧洲一些大型钢厂采用该方法堆焊。带极堆焊的优点是堆焊效率较高，采用纵向堆焊时，对抑制环状疲劳裂纹扩展有利，但是合金焊带是通过冶炼和轧制制成，工艺复杂，成分调整比较困难，日本、德国和国内一些大型钢厂均采用这种方法堆焊。无论带极还是丝极堆焊都是采用焊剂埋弧堆焊。焊剂主要是起到稳弧、保护、冶金及合金化作用，同时为了保证自动堆焊的工艺性能，还必须使熔池有良好的流动性，并使焊道成型良好，确保自动脱渣和减少气孔。目前，焊剂主要有烧结焊剂和熔炼焊剂两种。
中国专利CN1072366A提供了一种MgO-Al2O3-CaF2-SiO2渣系的陶质烧结焊剂与H1Cr13合金焊丝匹配，其主要特征是在焊剂中添加Cr、Ni、Mn、Mo、V等合金元素，以使焊缝金属合金化、改善堆焊层性能。该种焊剂不容易稳定控制堆焊层的合金成分，与含有Mo、V、Nb等合金元素的焊带和管丝匹配脱渣性能不良。
本发明的烧结焊剂与含有Mo、V、Nb等合金元素的1Cr13系合金焊带匹配，用于连铸辊堆焊，该焊剂不仅堆焊工艺性能好，而且与焊带匹配后堆焊层具有高的高温强度和耐磨性、优异的抗冷热疲劳性能，可以明显提高连铸辊的使用寿命。
因为连铸辊的最终失效形式是疲劳裂纹所致，因此，提高连铸辊使用寿命的关键是改善堆焊层的性能，特别是抗冷热疲劳裂纹的性能。
焊剂的渣系不同，其酸碱度不同，堆焊工艺性能差异很大。当焊剂碱度大时，堆焊层抗裂纹性能好，但堆焊工艺性能差；当焊剂酸度大时，堆焊工艺性能好，但堆焊裂纹倾向明显。本发明采用MgO-Al2O3-CaF2+CaO-SiO2-BaCO3渣系中性偏碱性烧结焊剂，既能降低堆焊层中P、S的含量防止产生裂纹，同时具有较好的堆焊工艺性能。
本发明的连铸辊堆焊用烧结焊剂，其组分重量百分比如下MgO20～30％、Al2O320～30％、CaF2+CaO10～35％、BaCO31～10％、SiO21～10％、MnO20.5～3％、ZrO21～10％、Cr2O31～3％、Nb2O50.5～2％、V2O50.5～2％、Si-Fe1～5％、Mn-Fe1～5％、Ti-Fe0～3％、Ca-Si0～3％。
采用中性钾水玻璃作为粘结剂，占总组分的5～30％。
Mn-Fe中Mn大于75％、C小于1％、其余为Fe；Ti-Fe中Ti大于60％，其余为Fe；Si-Fe中Si大于45％，其余为Fe；Ca-Si中Ca大于20％，其余为Si。
与本发明的焊剂相匹配的焊带是1Cr13系合金焊带。也可与在1Cr13系焊带的基础上加入Ni、Mo、V、Nb等耐高温合金元素制成的1Cr13NiMoVNb焊带相匹配。
1Cr13NiMoVNb焊带的组成成分的重量百分比为C0.03～0.15％ Si0.2～0.65％ Mn0.50～1.50％ Ni0.50～2.50％Cr12.0～15.0％ Mo0.50～1.50％ V0.10～0.30％ Nb0.18～0.45％P≤0.015％S≤0.010％其中，MgO、Al2O3、CaF2+CaO、SiO2、BaCO3组成主要渣系，以BaCO3代替SiO2降低堆焊层中Si的含量，降低堆焊层裂纹倾向。
Mn-Fe、Si-Fe、Ti-Fe、Ca-Si的作用是脱氧。
加入ZrO2主要目的改善脱渣性能。加入Cr2O3、Nb2O5、V2O5主要作用是减少Cr、Nb、V的氧化，从而改善脱渣性能。
本发明的焊剂的生产方法为，将各原料混合后，加入粘结剂调湿均匀，在800～900℃下进行焙烧和造粒，堆焊前在300～400℃温度下烘干。
要求焊剂的松装比1～1.2g/cm3、焊剂的含水率≤0.1％、焊剂夹杂物含量≤0.1％。
焊剂的粒度组成
与现有技术相比，本发明的焊剂适用于含有Mo、V、Nb等影响脱渣性能的合金元素的1Cr13系合金焊带堆焊，不仅堆焊工艺性能优良，成形美观，无堆焊缺陷，而且不增C和Si，合金元素烧损少，控制P、S效果明显，确保堆焊层的高温强度的同时，明显提高了堆焊层的耐磨损和耐冷热疲劳性能，制造方便、成本低。
Mn-Fe中Mn为85％，C小于1％，其余为Fe；Ti-Fe中Ti为65％，其余为Fe；Si-Fe中Si为50％，其余为Fe；Ca-Si中Ca为28％，其余为Si。
其生产方法为按各原料的化学成份计算配料，混合均匀后，添加水玻璃粘结剂调湿均匀，采用造粒机在820℃下进行焙烧和造粒，确保焊剂干燥且粒度均匀，堆焊前在330℃温度下烘干，即制得本发明的焊剂。
所制得的焊剂的松装比1.05g/cm3、焊剂的含水率≤0.1％、焊剂夹杂物含量≤0.1％。
焊剂的粒度组成
实施例2本发明的焊剂的组分重量百分比为MgO20％、Al2O324％、CaF2+CaO32％、BaCO32％、SiO26％、MnO22％、ZrO26％、Si-Fe1％、Mn-Fe5％、Ti-Fe0.5％、Ca-Si1％、Cr2O30.5％、Nb2O50.5％、V2O50.5％粘结剂为中性钾水玻璃，占总组分的20％。
Mn-Fe中Mn为87％、C小于1％、其余为Fe；Ti-Fe中Ti为72％，其余为Fe；Si-Fe中Si为65％，其余为Fe；Ca-Si中Ca为38％，其余为Si。
其生产方法为按各原料的化学成份计算配料，混合均匀后，添加水玻璃粘结剂调湿均匀，采用造粒机在860℃下进行焙烧和造粒，确保焊剂干燥且粒度均匀，堆焊前在370℃温度下烘干，即制得本发明的焊剂。
所制得的焊剂的松装比1.08g/cm3、焊剂的含水率≤0.1％、焊剂夹杂物含量≤0.1％。
焊剂的粒度组成
实施例3本发明的焊剂组分重量百分比为MgO20％、Al2O328％、CaF2+CaO28％、BaCO36％、SiO22％、MnO23％、ZrO26％、Si-Fe1％、Mn-Fe1％、Ti-Fe0.5％、Ca-Si1％、Cr2O31.5％、Nb2O51.5％、V2O51.5％粘结剂为中性钾水玻璃，占总组分的28％。
Mn-Fe中Mn为92％、C小于1％、其余为Fe；Ti-Fe中Ti为91％，其余为Fe；Si-Fe中Si为60％，其余为Fe；Ca-Si中Ca为35％，其余为Si。
其生产方法为按各原料的化学成份计算配料，混合均匀后，添加水玻璃粘结剂调湿均匀，采用造粒机在900℃下进行焙烧和造粒，确保焊剂干燥且粒度均匀，堆焊前在400℃温度下烘干，即制得本发明的焊剂。
所制得的焊剂的松装比1.02g/cm3、焊剂的含水率≤0.1％、焊剂夹杂物含量≤0.1％。
焊剂的粒度组成
按照本发明的焊剂成份，制作供试验和大生产用焊剂9吨，分别堆焊试板和大直径(355～405mm)实物连铸辊，分别用于冷热疲劳试验和上机考核使用。
新焊材匹配堆焊层较1Cr13焊带堆焊层的屈服强度、断面收缩率和硬度明显提高，70℃至700℃循环冷热疲劳试验2000次，现有技术堆焊层严重龟裂，裂纹深度超过15mm，新焊材堆焊层表面光滑、仅有微裂纹，深度不超过2mm。
堆焊20根弧形段实物连铸辊上机使用，一次使用寿命由原来的平均2500炉，提高到5000炉以上，堆焊层耐高温和抗冷热疲劳性能明显提高。
权利要求
1.一种连铸辊堆焊用烧结焊剂，与1Cr13系焊带相匹配，其特征在于，其组分重量百分比为MgO20～30％、Al2O320～30％、CaF2+CaO10～35％、BaCO31～10％、SiO21～10％、MnO20.5～3％、ZrO21～10％、Cr2O31～3％、Nb2O50.5～2％、V2O50.5～2％、Si-Fe1～5％、Mn-Fe1～5％、Ti-Fe0～3％、Ca-Si0～3％。
2.如权利要求1所述的连铸辊堆焊用烧结焊剂，其特征在于，用中性钾水玻璃作为粘结剂，其占总组分的5～30％。
3.如权利要求1所述的连铸辊堆焊用烧结焊剂，其特征在于，Mn-Fe中Mn大于75％、C小于1％、其余为Fe；Ti-Fe中Ti大于60％，其余为Fe；Si-Fe中Si大于45％，其余为Fe；Ca-Si中Ca大于20％，其余为Si。
4.如权利要求1所述的连铸辊堆焊用烧结焊剂的生产方法，其特征在于，将各原料混合后，加入粘结剂调湿后进行焙烧和造粒，堆焊前进行烘干。
5.如权利要求4所述的连铸辊堆焊用烧结焊剂的生产方法，其特征在于，所述的焙烧温度为800～900℃；所述的烘干温度是300～400℃。
6.如权利要求1所述的连铸辊堆焊用烧结焊剂，其特征在于，所述的焊剂可作为连铸辊堆焊用烧结焊剂。
全文摘要
本发明提供一种连铸辊堆焊用烧结焊剂，其组分重量百分比为MgO20～30％、Al
文档编号B23K35/40GK1404958SQ0112677
公开日2003年3月26日 申请日期2001年9月17日 优先权日2001年9月17日
发明者孙大乐, 王俊明, 刘诚民, 陈晔, 李小兵, 丁幼钧, 陈锡龄, 朱亚忠, 姚利松, 黄晓勃 申请人:宝山钢铁股份有限公司, 上海金刚冶金材料有限公司