连铸辊堆焊用合金焊带及其生产方法 【技术领域】
本发明涉及一种合金焊带，尤其涉及一种连铸辊堆焊用合金焊带及其生产方法。背景技术
连铸辊是连铸机的关键部件，它连续不断地与内部还未凝固的高温板坯接触，同时还承受冷却水的反复作用，工况条件十分苛刻，辊面很容易产生冷热疲劳裂纹、氧化腐蚀和磨损等损伤形式，严重的甚至造成断辊停机事故，当辊面裂纹扩展到一定深度，连铸辊必须修复或报废处理。连铸辊的使用寿命往往是制约连铸机生产作业率的关键因素，因此要求连铸辊具有足够的高温强度、高温耐氧化腐蚀性能和高温耐磨性，特别是高的耐冷热疲劳性能。
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，这种复合辊可以反复修复，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、管丝合金成份调整方便、管丝制作简便等，但是堆焊层金属的成份均匀性较差、环状螺旋堆焊搭接较多，辊面疲劳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，成份调整比较困难，日本、德国和国内一些大型钢厂均采用这种方法堆焊。
通常地连铸辊的堆焊用焊带或管丝其堆焊金属都是以1Cr13系马氏体不锈钢为基体加入少量的Ni、Mo合金，改善其耐高温性能。这种马氏体不锈钢堆焊层与辊体材料相比，虽然抗氧化性、耐磨性、耐腐蚀性等有了一定的提高，但抗冷热疲劳性能还是不够理想，致使连铸辊的一次使用寿命较短。
中国专利CN1209372A提供了一种连铸辊堆焊用药芯管丝，其主要特征是在H1Cr13的基础上增加Ni、Mo、V、W、Nb等合金元素，以提高堆焊层的耐磨性能，与实芯焊丝相比降低焊材成本。但是，1)药芯管丝中微量合金粉末分布不均匀，易产生堆焊层成份偏析，由局部缺陷引起辊面失效破坏；2)W元素易造成堆焊层红硬而诱发堆焊裂纹，不利于抑制裂纹的萌生和扩展，改进堆焊层性能的效果受到影响；3)药芯管丝主要组分是由原始矿料和合金粉末组成，无法控制堆焊层中有害元素P、S的含量；4)无匹配焊剂，无法保证堆焊工艺性能。发明内容
鉴于现有状况，本发明的目的在于提供一种适合于连铸辊堆焊使用的具有良好的抗冷热疲劳性能的合金焊带及其生产方法。
由于连铸辊的最终失效主要是疲劳裂纹所致，因此，提高连铸辊使用寿命地关键是改善堆焊层的性能，特别是抗冷热疲劳裂纹的性能。基于此，本发明的技术思路是在原1Cr13NiMo的基础上加入Nb、V等合金元素，并适当提高Mo的含量，通过冶炼和轧制工艺制作焊带，配套专用焊剂，严格控制了堆焊层P、S含量，达到明显提高堆焊层抗裂性能的目的。
本发明的合金焊带，其组份重量百分比如下：
C：0.03-0.15％ Si：0.2-0.65％ Mn：0.50-1.50％ Ni：0.50-2.50％
Cr：12.0-15.0％ Mo：0.50-1.50％ V：0.10-0.30％ Nb：0.18-0.45％
P≤0.015％ S≤0.010％。
本发明的合金焊带生产方法：
按给定成份配料，经如下生产工艺流程生产本发明的堆焊合金焊带：
感应炉(电炉)炼钢→注锭→电渣锭修整→电渣重熔→锻造开坯→热轧→卷取→退火→冷轧→剪切→去油
其中冷轧工艺路线为：热带退火→酸洗→精整→冷轧开坯→中间退火→酸洗→精整→半成品轧制→纵剪分条→再结晶退火→酸洗→砂磨带钢→成品轧制
与本发明的合金焊带相匹配的焊剂成份组成如下：
MgO：20～30％、Al2O3：20～30％、CaF2+CaO：10～35％、BaCO3：1～
10％、SiO2：1～10％、MnO2：0.5～3％、ZrO2：1～10％、Cr2O3：1～3％、
Nb2O5：0.5～2％、V2O5：0.5～2％、Si-Fe：1～5％、Mn-Fe：1～5％、
Ti-Fe：0～3％、Ca-Si：0～3％。
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。
与本发明的焊带相匹配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。
本发明合金焊带所加入的合金元素的具体作用如下：
Nb：细化晶粒，提高合金综合力学性能，有利于抑制裂纹萌生和扩展。另外，Nb能够固碳形成碳化物，提高合金的耐磨性。
V：细化晶粒，作用与Nb相似。V还能提高合金的淬透性，提高合金耐腐蚀性。
Mo：提高合金的高温强度，延缓裂纹的萌生。
P、S、Si：含量控制更低，以降低堆焊层的脆性，有利于延缓裂纹的扩展。具体实施方式实施例
按表1所示化学成份分别制作本发明的焊带和对照焊带。
表1本发明焊带与对照焊带的化学成份及冷热疲劳裂纹深度(Wt％) C Si Mn Ni Cr Mo V Nb P S最大裂纹深度 mm对照焊带 0.11 0.87 2.04 1.75 12.64 0.72 0.027 0.008 15实施例1 0.13 0.57 1.17 1.41 13.24 1.08 0.22 0.19 0.027 0.005 2实施例2 0.09 0.44 1.35 1.15 13.40 0.98 0.25 0.42 0.023 0.006 1.2实施例3 0.11 0.35 1.55 2.25 12.80 1.28 0.17 0.32 0.019 0.007 1.6
按下述工艺路线制造本发明的焊带：
感应炉电炉炼钢→注锭→电渣锭修整→电渣重熔→锻造开坯→热轧→卷取→退火→冷轧→剪切→去油
其中冷轧工艺路线为：热带退火→酸洗→精整→冷轧开坯→中间退火→酸洗→精整→半成品轧制→纵剪分条→再结晶退火→酸洗→砂磨带钢→成品轧制
按本发明的配比及生产方法生产的焊带的外形尺寸符合下列要求：
厚度：0.40+0.04mm，宽度：30 50或600+0.2mm，侧弯：＜2/1000
焊带表面光滑平整，无油污、水渍、裂纹、分层、氧化皮等缺陷。
按表2所示化学成份制作与本发明的焊带相匹配的焊剂。
表2与本发明焊带相匹配的焊剂的组成成份(Wt％) 焊剂 MgO Al2O3 CaF2+ CaOBaCO3 SiO2 MoO2 ZrO2 Cr2O3 Nb2O5 V2O5 Si-Fe Mn- Fe Ti-Fe Ca-Si 实施例1 匹配焊剂 20 22 305 6 2 6 1 1 1 1 3 1 1 实施例2 匹配焊剂 20 24 322 6 2 6 0.5 0.5 0.5 1 5 0.5 1 实施例3 匹配焊剂 20 28 286 2 3 6 1.5 1.5 1.5 1 1 0.5 1
其中粘结剂为中性钾水玻璃，占总组分的21％。
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。
与本发明的焊带相匹配的焊剂的生产方法为：
按各原料的化学成份计算配料，混合均匀后，添加中性钾水玻璃作为粘结剂，调湿均匀，采用造粒机在800-900℃下进行焙烧和造粒，确保焊剂干燥且粒度均匀，堆焊前在300-400℃下烘干，即制得本发明的焊剂。
将本发明的焊带、焊剂及对照焊带分别堆焊熔着金属制成规格为30mm×15mm的冷热疲劳试样，在表4所示的试验条件下进行激冷激热疲劳试验2000次，然后着色观察试样表面及横断面产生的疲劳裂纹。结果表明：现有技术的对照焊带堆焊层严重龟裂，本发明焊带堆焊层表面光滑、仅有微裂纹，本发明合金焊带的耐冷热疲劳性能显著提高。两种熔着金属的力学性能见表3所示。
表3熔着金属的力学性能及硬度对比 σ0.2(MPa) δ(％) ψ(％) HRC 对照焊带 625 18 47 30 实施例1 845 14.7 45 32.9 实施例2 838 15.5 48 32.5 实施例3 855 14.3 43 34.3
表4冷热疲劳试验条件试验次数 试验温度加热、冷却周期加热条件2000 70℃～700℃加热：14s、冷却：6s电压300V、电流90A
按本发明化学成份制作合金焊带5吨，用于实物辊的堆焊。共堆焊弧形段实物连铸辊20根上机使用，一次使用寿命由原来的平均2500炉，达到5000炉以上，耐高温和冷热疲劳效果明显。