高铬合金堆焊耐磨钢板工艺攻关

高铬合金堆焊耐磨钢板工艺攻关

广西柳州市锐钢捷公司刘凤伟余波全达盛

摘要：磨损是产品失效的三种主要形式之一，即断裂、腐蚀、磨损。据不完全统计，能源的1/3到1/2消耗于摩擦与磨损。通过对复合耐磨钢板的生产机制，失效机理、焊后处理的工艺探讨以及生产运用特点探讨。初步试验了耐磨钢板可以较大范围地应用于柳钢内部耐磨备件的生产，降低因大量堆焊耐磨件引起的金属材料消耗增加、环境污染严重等所造成的经济损失。

关键词：耐磨板；抗冲击；冷弯成型；耐磨性；方便加工；

前言：国外工业发达国家自60年代开始耐磨复合钢板的开发与推广，作为一种重要的抗磨结构材料广泛应用于建材、冶金、燃煤发电等工业领域。在我国，耐磨复合钢板的研制自1985年，90年代起，在国内推广应用。最近几年随着水泥、冶金、电力等工业的发展，耐磨复合钢板制造企业发展很快。冶金行业是耐磨复合板的消耗大户，耐磨钢板作为高性价比的优秀耐磨材料受到各个钢铁厂高度重视，截止2012年全国耐磨材料使用量达到300万吨。使用耐磨复合钢板既有优异的抗磨损功能又兼备了低碳钢的特点，可以进行焊接、拼接、弯曲、卷弧、卷管、打孔，这是铸造耐磨材料无法实现的。使用耐磨复合板不仅可以减少备件的损耗，有利于提高劳动生产率、减少能源损耗、防止环境污染。

一、筛板使用工况

热烧结矿筛分机筛板(简称热矿筛板)（图1）是烧结矿整粒系统的主要易损件。热矿筛板用于筛除烧结矿中小于5mm的粉末，以满足高炉生产对粒度的要求。国内长期以来用ZG30Cr18Mn12Si2N（简称 CrMnN）作为热矿筛板材料。CrMnN属高合金耐热钢(合金含量高达33%)，其铸态组织为奥氏体，具有很高的强度和韧性，在常温下其σb≥490MPa，δ≥8%。但硬度较低（HRC25左右），致使热矿筛板磨损严重，筛孔尺寸逐渐扩大，最终因不能满足筛分粒度的要求而报废。热烧结矿经破碎后滑落到筛分机的筛板上，矿石粒度≤220mm，矿石普氏硬度f = 16～19，显微硬度Hv=1000～1200，矿石熔点800～900℃。矿石破碎后滑落到筛板的高度约7m。筛分机振动频率12.5Hz，振幅3.5～4.5mm，筛面倾角3.5，落料量220t/h。从矿石的特点和筛分机的技术参数等特点分析，筛板材质必须既有高的耐热性，同时又有较

好的韧性（包括高温韧性)，此外还要有较高的抗高温磨损性能。以前多选用CrMnN制作热矿筛板，CrMnN尽管有优良的耐热性和较高的韧性，但其硬度低，抗磨性能很低。因此有必要选用一种满足上述要求的筛板材质，提高热矿筛板寿命及生产效率，减少备件损耗、降低生产成本。

二、筛板材料分析

高铬铸铁材料以其优良的抗低应力磨粒磨损性能、低廉的价格，在国内外已经受到非常广泛的作用。在材料表面堆焊高耐磨性的高铬铸铁，可以有效的提高材料的寿命。

高铬铸铁凝固时形成(Cr，Fe)7C3型碳化物，这种碳化物的硬度高( Hv1500～1800)。远高于(Cr，Fe)3C型碳化物的硬度(Hv840～1100)，并且超过了矿石的硬度(Hv=1000～1200)，这是高铬铸铁具有高耐磨性的主要原因。高铬铸铁的共晶结构与一般铸铁中的莱氏体相反，共晶碳化物为不连续相，以分散的单体存在于奥氏体中，而共晶奥氏体则为连续体。这种特殊结构相当于在一定基体上嵌入高硬度的颗粒，大大减弱了高硬度相的脆化作用，因此高铬铸铁具有较好的韧性。高铬铸铁中的铬一部分进入碳化物，另一部分进入基体，从而提高了基体的抗氧化能力。此外，高铬铸铁还有比CrMnN更好的焊接性能。

三、复合钢板制作工艺分析

耐磨高铬铸铁在金属表面熔敷可以通过表面堆焊技术完成（图2）。堆焊技术，是为了达到使零部件修复与强化的目的，用焊接方法在零件表面堆敷一层金属的工艺过程，是近几十年迅速发展的一种表面面改性技术，能有效地改变材料表面的耐磨性、耐蚀性和其他力学性能。对提高零件的使用寿命，合理使用材料，提高产品性能，降低成本有显著的经济效益。

图2 按合金类别和组织对堆焊金属进行分类

堆焊耐磨复合板，通用的名称耐磨复合钢板，是一种高耐磨复合材料，它采用自动平板焊接设备，利用电弧的方式将高达40-60％的碳化铬合金结合到合适的钢铁基板上构成的复合耐磨层板。该层板堆焊层材质均匀、外观规则，耐磨层金相组织中的碳化物呈纤维状分布，且与表面垂直，表面硬度可达到HRC63以上，高碳化铬含量的硬质合金，耐磨复合板适用于磨损极为严重的环境。复合钢板还具有高硬材料和韧性材料的双重性能，它与其他工程抗磨材料如各种合金钢板、铸造耐磨板、铸石、橡胶、聚氨脂等相比，具有不可替代的综合优异性能。

1、堆焊复合钢板的基本厚度及规格：

一般有3+3、4+2、5+3、5+4、6+4、6+5、6+6、8+4、8+4、8+6、10+5、10+6、10+8、10+10、20+20等，前一个数字代表母材的厚度，“+”后面一个数字表示熔合线以上的合金层的厚度。一般采用的焊丝是：LZ570、LZ590、LZ601、LZ606、LZ650等。

2、堆焊耐磨复合板性能：

⑴．高抗磨损性能：磨损试验表明耐磨复合板的耐磨性比低碳钢高20倍以上，比不锈钢、

高锰钢高5倍以上；

⑵．高抗冲击性能：由于采用软钢基板，耐磨复合板具有很高的抗冲击性能，充分体现了复合材料既耐磨又抗冲击的优点；

⑶．方便的加工性能：耐磨堆焊复合钢板可以变形、焊接，可很方便地像普通钢板一样加工成各种耐磨损部件；

⑷．高性能价格比：使用耐磨堆焊复合板虽然表面成本提高，但综合考虑机件的使用寿命、维修费用、停机损失等，其性能价格比高出普通材料约2～4倍。由于材料使用合理，耐磨堆焊复合板比同等材料手工堆焊价格低50%；

⑸．耐磨钢板耐磨层厚度3～12㎜，耐磨层硬度可以达到HRC60-67，耐磨性能是普通钢板的15-20倍以上，是低合金钢板性能5-10倍以上，是高铬铸铁耐磨性能2-5倍以上，耐磨性远远高于喷焊和热喷涂等方法。

3、使用优势

⑴．提高经济效益：减少停机时间提高设备运转率，提高设备作业率，减少停产检修损失，提高产能，增加效益；

⑵．降低生产成本：维修成本，减少磨耗使设备产能降低及耗电增加的损失；

⑶．改善生产环境：大大降低磨耗破损落料而污染环境，避免跑冒滴露，有利环境保护，有利于厂区清洁；

⑷．保护工人健康：减少恶劣环境工作时间，减少高空和狭小空间作业，降低工作强度；

⑸．社会效益显著：大大减少普通钢板材料使用，科技进步带来综合社会效益。

四、耐磨复合钢板试制

1、试验理论基础

耐磨复合钢板的耐磨层厚度在堆焊一层时为3mm～5mm，堆焊2层可达6mm～10mm，焊道宽度在30mm～50mm之间，作为基材采用Q235钢板，厚度一般在5mm～20mm范围，堆焊层的含碳量可达4.5%～6%，含铬量在25%～30%。如此高的合金成分，用铸造的方法无法获得，合金层硬度在HRC55-65范围，金相组织为大量先共晶碳化物+共晶碳化物+马氏体+残余奥氏。高耐磨的堆焊层和高韧性的母板复合在一起，使耐磨复合钢板兼备了高耐磨、耐冲击和可加工的特点。

耐磨复合钢板的制作可以采用明弧自保焊丝堆焊也可以采用埋弧加粉堆焊，这也是目前最常用的两种堆焊方法。明弧堆焊热输入小，不用清理焊剂，方便控制；埋弧加粉堆焊需要