论文部分内容阅读
连铸辊是连铸设备中的主要消耗部件，由于其工况条件十分苛刻，造成连铸机的连铸辊上机使用寿命低。本课题针对高碳堆焊合金材料的不足，结合堆焊工艺，对连铸辊提出用氮代替部分碳进行合金化，为了使连铸辊的上机使用寿命较以往传统制造工艺提高，具有十分重要的意义。 本文通过对连铸辊修复用埋弧堆焊药芯焊丝的研制，对药芯焊丝氮合金化进行了研究，对添加不同含量CrN的三种自制药芯焊丝堆焊层金属在450℃～650℃范围内回火热处理后进行了组织和性能的研究，同时对加入不同含量Ti、V、Nb的药芯焊丝下堆焊层组织和性能的研究。最后研究了自制氮合金化药芯焊丝和中冶氮合金化埋弧堆焊药芯焊丝在高温氧化环境下磨损情况。试验采用了光学显微镜、能谱仪、扫描电子显微镜等测试手段对堆焊层金属的显微组织形貌、成分和常规性能进行了测试分析，并对堆焊层金属的高温磨损性能进行了研究。 本文的研究结果表明： 首先通过所研制焊丝在四种不同焊剂(HJ260、HJ107、SJ612、SJ102)条件下的焊接试验表明，HJ107的焊接工艺性能最好，并且对埋弧堆焊药芯焊丝中氮合金化研究及氮在堆焊层金属中溶解情况，确定了堆焊合金中的最佳氮含量。通过添加不同CrN含量药芯粉的埋弧堆焊药芯焊丝而进行试验研究，结果表明其堆焊层金属中的最大氮含量为0.15％左右。 当回火温度在550℃附近时，三种不同CrN含量的药芯焊丝堆焊层金属硬度值和磨损失重均达到峰值，添加CrN的药芯焊丝比不添加CrN的药芯焊丝堆焊层金属硬度值和耐磨性更佳。通过分析确定经过一定范围内回火处理后，三种不同CrN含量的药芯焊丝堆焊层性能均得到一定的改善，硬度和耐磨性有一定程度的提高，上述堆焊药芯焊丝的最佳热处理规范为550℃×1h。经过一定温度的回火处理后，堆焊层金属组织上的碳、氮化物颗粒析出逐渐增多，并且添加CrN药芯焊丝的堆焊层金属比不含CrN药芯焊丝有很好的晶粒细化且第二相质点数量也很多。 在焊态下随着Ti含量的增加，堆焊层金属的硬度也随之提高。当Ti含量为1.2％时，堆焊层金属的硬度值达最高。但堆焊层金属的工艺性能随着Ti含量升高而恶化，因此Ti含量范围在0.4％左右为宜。在焊态下随着V含量的增加，堆焊层金属的硬度也随之提高，当V含量为0.2％时，硬度的增幅最大，随着V含量的继续升高，堆焊层金属的硬度增加的幅度不大。并且由于在回火态下堆焊层硬度值在V含量达0.2％后趋于稳定，因此V含量范围确定在0.2％左右。在焊态下随着Nb含量的增加至0.2％，堆焊层硬度值随之升高，当Nb含量增加到0.4％时，堆焊层硬度出现一定下降，因此Nb含量范围确定在0.2％。 选取自制氮合金化药芯焊丝与中冶氮合金化药芯焊丝进行对比。自制氮合金化药芯焊丝堆焊层金属的平均硬度值显著高于中冶氮合金化药芯焊丝，同时自制氮合金化药芯焊丝的磨损性能相对较好。经高温磨损后，自制氮合金化药芯焊丝试样的平均硬度值比中冶氮合金化药芯焊丝试样要高，同时其高温磨损失重也比中冶氮合金化药芯焊丝试样要小。