專利名稱：堆焊用填充金屬顆粒及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種焊接材料及其生產(chǎn)方法，尤其涉及一種新型的堆焊用的填充金屬顆粒及其制備方法。
背景技術(shù)：
機(jī)械零件大多數(shù)是用金屬材料制造的，由于零件之間或零件與物料之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，會(huì)發(fā)生磨損；由于環(huán)境影響還有的會(huì)產(chǎn)生化學(xué)和電化學(xué)的作用，導(dǎo)致零部件的金屬表面被腐蝕；有的零部件可能既被磨損，又被腐蝕，發(fā)生磨蝕。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，機(jī)械零件經(jīng)常處于異常復(fù)雜和苛刻的條件下工作，大量的機(jī)械裝備往往因磨損、腐蝕或磨蝕而報(bào)廢。這就要求在高溫高壓、承受較大載荷以及氧化、腐蝕等工作條件下的機(jī)械裝備表面具有良好的耐磨、耐腐蝕、耐高溫和抗氧化等性能。
為了降低工件的制造成本和獲得良好的綜合性能(如表面耐磨，工件整體韌塑性良好)，目前工程上常采用堆焊、熱噴涂、化學(xué)熱處理、氣相沉積、電鍍等技術(shù)在金屬的表面制備出特殊性能的合金層。堆焊因工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備投資少、操作靈活、適應(yīng)面廣而被廣泛應(yīng)用，包括手工電弧堆焊、氧乙炔焰堆焊、埋弧自動(dòng)堆焊、氣體保護(hù)堆焊、等離子堆焊、電渣堆焊等。人們也適應(yīng)各種堆焊方法開(kāi)發(fā)了各種堆焊材料。如中國(guó)專利CN86106019B“耐熱耐磨堆焊焊條”，CN1116574A“一種高鉻鑄鐵堆焊材料及工藝”，CN1003430B“高硬度耐磨損不預(yù)熱堆焊焊條”等堆焊焊條；以及CN1238154C“一種連鑄輥堆焊用燒結(jié)焊劑及其生產(chǎn)方法”等焊劑；焊條和焊劑具有使用靈活、制造方便的優(yōu)點(diǎn)，但合金元素的過(guò)渡系數(shù)低、堆焊金屬的成分不夠穩(wěn)定和均勻，且堆焊層合金的數(shù)量受到工藝方法的限制，只適于低、中合金的堆焊金屬。堆焊用藥芯焊絲如CN1415453A“一種堆焊用包芯焊絲”，CN1775454A“高抗裂耐磨高鉻鑄鐵型堆焊藥芯焊絲”等，藥芯焊絲的缺點(diǎn)是制造工藝復(fù)雜、價(jià)格較貴；中國(guó)專利CN85102440B“耐磨堆焊合金粉塊”提出了將合金粉末制備成合金塊用于堆焊，提高了合金元素的過(guò)渡系數(shù)。上述所有堆焊材料均以金屬粉末作為原材料，而合金粉末的制造工藝復(fù)雜，使得成本大幅度增加。另外還有合金焊絲堆焊，利用合金焊絲過(guò)渡合金元素雖然合金元素的利用率較高、成分也比較均勻，但合金焊絲難以制造。
中國(guó)實(shí)用新型專利CN2426397Y、發(fā)明專利CN1273900A提出了一種碎焊絲，焊前將這種碎焊絲均勻散布于坡口內(nèi)，通過(guò)電弧熔化形成焊縫，達(dá)到了高效焊接的目的。上述碎焊絲的生產(chǎn)工藝是，以鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)的焊接用的熱軋線材為原料，通過(guò)多道次的冷拔后制成一定直徑的細(xì)絲，然后再切絲制成圓柱體形狀的碎焊絲(見(jiàn)《安裝》雜志，2003年第5期文章“大型油罐底板焊接法—碎焊絲埋弧焊”)，其生產(chǎn)制造工藝較為復(fù)雜。所述碎焊絲及其生產(chǎn)工藝存在以下不足首先是碎焊絲的合金成分不能自主調(diào)整，其品種受到鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)熱軋線材品種的限制；其次是合金元素含量較高的金屬材料難以制成線材，特別是制備直徑0.8mm以下的線材更加困難，使得這種碎焊絲難以用于堆焊，致使其應(yīng)用領(lǐng)域受到極大限制；第三是碎焊絲的生產(chǎn)工藝復(fù)雜，原材料又來(lái)源于鋼鐵企業(yè)的特種焊接用熱軋線材，使其生產(chǎn)成本居高不下。
隨著機(jī)械零部件使用工況的日益苛刻，如磨損、腐蝕、高溫等，對(duì)低成本、使用方便、性能優(yōu)異的堆焊材料的需求也更加迫切。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有堆焊材料的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明要解決的問(wèn)題是提出一種新型的堆焊用的填充金屬顆粒及其制備方法。
本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思是選擇雜質(zhì)(S、P、N、0等)含量較低的廢鋼，采用感應(yīng)熔煉爐或電弧爐將其熔化成鋼水，在熔化過(guò)程中采用熔渣或氣氛保護(hù)，并根據(jù)欲制堆焊用填充金屬顆粒成分的需要添加或者不添加合金元素，借助高壓液流(如水、油等)或者高壓氣流(如空氣、氮?dú)狻⒍栊詺怏w等)沖擊破碎上述鋼水，使其凝固后形成圓球或橢圓球狀的金屬顆粒，制得堆焊用的填充金屬顆粒。
本發(fā)明所述的堆焊用填充金屬顆粒，由廢鋼和鐵合金制成，其特征在于，所述金屬顆粒為圓球或橢圓球狀，粒徑為0.1～5.0mm，其化學(xué)成分以質(zhì)量百分比計(jì)，S小于0.05％、P小于0.05％、氧不超過(guò)60ppm、氮不超過(guò)60ppm；其他化學(xué)成分根據(jù)下列堆焊金屬要求分別是1)普通低中合金鋼堆焊金屬C不超過(guò)1.2％、Mn不超過(guò)6.5％、Si不超過(guò)1.2％、Cr不超過(guò)5.5％、Mo不超過(guò)4.5％；或2)Cr-W或Cr-Mo熱穩(wěn)定鋼堆焊金屬C不超過(guò)0.6％、Mn不超過(guò)3.0％、Si不超過(guò)1.2％、Cr不超過(guò)5.5％、Mo不超過(guò)3.0％、V不超過(guò)1.2％、W不超過(guò)11.0％；或3)高鉻鋼堆焊金屬C不超過(guò)0.35％、Si不超過(guò)1.6％、Cr為9.0％～18.0％、Ni不超過(guò)6.5％、Mo不超過(guò)3.0％、W不超過(guò)2.8％、Nb不超過(guò)0.8％、B不超過(guò)1.8％；或4)高錳鋼或鉻錳鋼堆焊金屬C不超過(guò)1.2％、Mn不超過(guò)18.0％、Cr不超過(guò)18.0％、Mo不超過(guò)3.0％、W不超過(guò)5.5％、Si不超過(guò)1.3％；或5)高速鋼堆焊金屬C為0.6％～1.2％、Cr為3.5％～5.0％、V為0.9％～1.6％、W為16.0％～20.0％；或6)馬氏體合金鑄鐵堆焊金屬C不超過(guò)5.0％、Cr不超過(guò)6.5％、Mo不超過(guò)5.5％、W不超過(guò)15.0％；或7)高鉻合金鑄鐵堆焊金屬C不超過(guò)5.0％、Mn不超過(guò)3.5％、Si不超過(guò)3.2％、Cr為15.0％～35.0％、Ni不超過(guò)8.0％、Mo不超過(guò)6.5％、W不超過(guò)21.0％、B不超過(guò)4.0％；或8)奧氏體鉻鎳鋼堆焊金屬C不超過(guò)0.2％、Mn為0.5％～3.0％、Si為3.2％～8.0％、Cr為14.0％～22.0％、Ni為6.0％～13.5％、Mo不超過(guò)5.5％、W不超過(guò)1.4％、V不超過(guò)1.4％、Nb不超過(guò)1.4％。
上述1)～8)所列的八種堆焊金屬除了以上要求的合金元素之外，允許含有一定量的作為雜質(zhì)存在的其他合金元素，其含量以不影響堆焊金屬的性能為原則。
上述廢鋼是鋼鐵企業(yè)或鋼材用戶生產(chǎn)過(guò)程中廢棄的板頭、板邊、邊角料。
雜質(zhì)(S、P、N、O等)含量較低，有益的合金元素含量較多且穩(wěn)定，符合焊接材料用鋼所要求的特性的廢鋼，應(yīng)優(yōu)先選用。如普通低中合金鋼堆焊金屬可優(yōu)選Q345鋼、DB590鋼或者X70鋼等廢棄的板頭、板邊、邊角料；高鉻合金鑄鐵堆焊金屬可優(yōu)先選用Q345鋼等廢棄的板頭、板邊、邊角料。
DB590鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量百分比)為C0.067％、Si0.305％、Mn1.439％、P0.019％、S0.008％、Nb0.041％、Cu0.108％、Ti0.021％、B0.0010％；X70鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量百分比)為C0.06％、Si0.25％、Mn1.46％、P0.012％、S0.003％、Mo0.22％、Ni0.20％、Cu0.22％；(DB590鋼和X70鋼內(nèi)容詳見(jiàn)專利CN1152767C)Q345鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量百分比)C小于0.2％、Mn為1.0～1.6％、Si為0.2～0.55％、S和P小于0.04％。
上述堆焊用填充金屬顆粒的制備方法，包括如下步驟(1)廢鋼的選擇所述廢鋼的化學(xué)成分以質(zhì)量百分比計(jì)，S小于0.05％、P小于0.05％、氧不超過(guò)60ppm、氮不超過(guò)60ppm；其他化學(xué)成分根據(jù)下列堆焊金屬要求分別是1)普通低中合金鋼堆焊金屬C不超過(guò)1.2％、Mn不超過(guò)6.5％、Si不超過(guò)1.2％、Cr不超過(guò)5.5％、Mo不超過(guò)4.5％；或2)Cr-W或Cr-Mo熱穩(wěn)定鋼堆焊金屬C不超過(guò)0.6％、Mn不超過(guò)3.0％、Si不超過(guò)1.2％、Cr不超過(guò)5.5％、Mo不超過(guò)3.0％、V不超過(guò)1.2％、W不超過(guò)11.0％；或3)高鉻鋼堆焊金屬C不超過(guò)0.35％、Si不超過(guò)1.6％、Cr不超過(guò)18.0％、Ni不超過(guò)6.5％、Mo不超過(guò)3.0％、W不超過(guò)2.8％、Nb不超過(guò)0.8％、B不超過(guò)1.8％；或4)高錳鋼或鉻錳鋼堆焊金屬C不超過(guò)1.2％、Mn不超過(guò)18.0％、Cr不超過(guò)18.0％、Mo不超過(guò)3.0％、W不超過(guò)5.5％、Si不超過(guò)1.3％；或5)高速鋼堆焊金屬C不超過(guò)1.2％、Cr不超過(guò)5.0％、V不超過(guò)1.6％、W不超過(guò)20.0％；或6)馬氏體合金鑄鐵堆焊金屬C不超過(guò)5.0％、Cr不超過(guò)6.5％、Mo不超過(guò)5.5％、W不超過(guò)15.0％；或7)高鉻合金鑄鐵堆焊金屬C不超過(guò)5.0％、Mn不超過(guò)3.5％、Si不超過(guò)3.2％、Cr不超過(guò)35.0％、Ni不超過(guò)8.0％、Mo不超過(guò)6.5％、W不超過(guò)21.0％、B不超過(guò)4.0％；或8)奧氏體鉻鎳鋼堆焊金屬C不超過(guò)0.2％、Mn不超過(guò)3.0％、Si不超過(guò)8.0％、Cr不超過(guò)22.0％、Ni不超過(guò)13.5％、Mo不超過(guò)5.5％、W不超過(guò)1.4％、V不超過(guò)1.4％、Nb不超過(guò)1.4％；(2)根據(jù)欲制堆焊用填充金屬顆粒的化學(xué)成分指標(biāo)，依據(jù)步驟(1)所選廢鋼的化學(xué)成分確定是否需要添加合金劑，以及添加合金劑的種類及數(shù)量；(3)將步驟(1)選定的廢鋼分為A、B兩份，將A份先放入感應(yīng)熔煉爐用最短的時(shí)間將其熔化，A份的數(shù)量根據(jù)爐膛的尺寸確定，以熔化后鋼水能夠有10mm～20mm深為原則；然后加入造渣劑，并將其熔化(建立起液態(tài)熔渣保護(hù)層，隔絕空氣與鋼水的接觸)，造渣劑的加入量以在鋼水表面形成3mm～4mm厚的液態(tài)熔渣為原則；待液態(tài)熔渣形成后，將B份廢鋼加入感應(yīng)熔煉爐中，加入時(shí)不能破壞對(duì)鋼水起保護(hù)作用的液態(tài)熔渣層，待B份廢鋼熔化后繼續(xù)熔煉10～15分鐘；(4)根據(jù)步驟(2)確定的所添加合金劑的種類及數(shù)量依次加入合金劑，待其完全熔化后再精煉5～12分鐘；(5)將熔煉好的鋼水(過(guò)熱150～200℃)和其表面的熔渣倒入下部設(shè)有導(dǎo)流管的保溫坩堝中；
其中所述保溫坩堝的導(dǎo)流管與漏嘴相連，漏嘴直徑依據(jù)欲制備的顆粒粒徑在6～20mm內(nèi)更換選擇；在漏嘴出口處同水平高度的四周設(shè)置有噴嘴，噴嘴為環(huán)縫式，呈正方形排布，所述正方形的邊長(zhǎng)為200～500mm，所述漏嘴出口位于所述正方形對(duì)角線的交點(diǎn)處；噴嘴進(jìn)口與高壓液流或者高壓氣流管相接，噴嘴出口噴出的高壓液流或氣流與漏嘴流出的鋼水呈30°～60°角，且噴嘴出口噴出的高壓液流或者高壓氣流聚焦于漏嘴出口垂直流出的鋼水流上；漏嘴與噴嘴的下方設(shè)置有底部成斜坡?tīng)?斜坡與水平面的夾角為30～60°，斜坡能使凝固中的小鋼滴沿斜坡運(yùn)動(dòng)，防止其過(guò)快沉積而相互焊結(jié))的收集池，池中裝有1.5～2m深的液體冷卻介質(zhì)，介質(zhì)液面距噴嘴聚焦點(diǎn)為200～500mm(噴嘴與收集池液面的距離盡可能小，使鋼水?；尚′摰魏竽軌蚩焖偃胨?，減少空氣對(duì)其的氧化作用)；(6)更換上選定直徑的漏嘴，以10～50kg/min的流量使坩堝中沉于下部的鋼水由漏嘴流出，同時(shí)開(kāi)啟高壓液流或者高壓氣流的噴嘴，以0.8～10MPa的壓力(壓力越大，金屬顆粒越細(xì)小)噴射流出的鋼水，待鋼水全部流出后，液態(tài)熔渣棄掉，鋼水在高壓液流或者高壓氣流的沖擊作用下，變?yōu)樾′摰?，并被快速冷卻，落入裝有液體冷卻介質(zhì)的收集池中，小鋼滴凝固后，即成為金屬顆粒；(7)取出收集池水中的金屬顆粒，用烘箱烘干，烘干溫度為120～180℃，保溫時(shí)間為20～40分鐘；(8)采用常規(guī)的振動(dòng)篩分設(shè)備篩分烘干后的金屬顆粒，根據(jù)焊接工藝的要求按比例選用不同粒徑的金屬顆?；旌鲜褂?；或者，將烘干后的金屬顆?；靹蚝?，直接使用。
上述的堆焊用填充金屬顆粒的制備方法中，步驟(1)所述廢鋼優(yōu)先選擇鋼鐵企業(yè)或鋼材用戶生產(chǎn)過(guò)程中廢棄的DB590鋼、X70鋼、Q345鋼、10CrMo910鋼之一。
上述的堆焊用填充金屬顆粒的制備方法中，步驟(2)或(4)所述合金劑是硅鐵、鉬鐵、鉻鐵、鈮鐵、金屬鎳、銅、錳鐵、鈦鐵、鎢鐵之一或部分或全部。
上述的堆焊用填充金屬顆粒的制備方法中，步驟(3)所述造渣劑優(yōu)選埋弧焊常用的焊劑431。
上述的堆焊用填充金屬顆粒的制備方法中，步驟(5)所述噴嘴噴出的高壓液流或氣流與漏嘴流出的鋼水優(yōu)選呈35°～45°角；所述介質(zhì)液面距噴嘴聚焦點(diǎn)距離優(yōu)選為200～350mm。
上述的堆焊用填充金屬顆粒的制備方法中，步驟(5)或(6)所述高壓液流優(yōu)選高壓水，高壓氣流優(yōu)選高壓氮?dú)?；所述收集池中的液體冷卻介質(zhì)優(yōu)選水。
上述的堆焊用填充金屬顆粒的制備方法中，步驟(6)所述噴嘴噴出的高壓液流或者高壓氣流的壓力優(yōu)選為1.0～6.0MPa。
上述的堆焊用填充金屬顆粒的制備方法中，步驟(6)所述漏嘴直徑選定為6mm時(shí)，沉于坩堝下部的鋼水以18～22kg/min的流量由漏嘴流出；漏嘴直徑選定為8mm時(shí)，沉于坩堝下部的鋼水以42～46kg/min的流量由漏嘴流出。
通常直徑?jīng)Q定流量，漏嘴直徑越小，鋼水流量越慢，噴嘴噴出的液流或氣流的壓力越大，金屬顆粒越細(xì)小。
漏嘴直徑選定為6mm時(shí)，鋼水流量18kg/min時(shí)，噴嘴噴出液流的壓力采用10MPa，金屬顆粒的尺寸可達(dá)到100～200μm，細(xì)小如粉末。
上述金屬和鐵合金的質(zhì)量以如下國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行錳鐵GB/T3795-2006，硅鐵GB2272-1987，鉻鐵GB5683-1987，釩鐵GB4139-2004，鈮鐵GB7737-1997，鉬鐵GB3649-1987，鎢鐵GB/T3648-1996，鈦鐵GB3282-1987，硼鐵GB/T5682-1995，鎳及鎳合金板GB/T2054-2005，粗銅YS/T70-93(中國(guó)有色金屬行業(yè)標(biāo)準(zhǔn))，沒(méi)有國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行生產(chǎn)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
使用本發(fā)明的填充金屬顆粒進(jìn)行堆焊時(shí)，首先根據(jù)對(duì)堆焊層的性能要求確定填充金屬的成分，最好選用不同粒度的填充金屬顆粒混合使用，這樣可以減少顆粒之間的間隙，增加容積質(zhì)量。
為了方便使用，可以根據(jù)堆焊面的形狀用模具將填充金屬顆粒壓制成合金塊。壓制合金塊的方法是，在填充金屬顆粒中加入占填充金屬顆粒質(zhì)量5～15％的水玻璃，攪拌均勻后放入模具中，然后壓制成型，壓力為40～50MPa，取出后烘干180～220℃，即制成合金塊。
堆焊時(shí)對(duì)基體表面的油污、鐵銹等要進(jìn)行必要的清理。
將堆焊填充金屬顆粒置于堆焊區(qū)域的方法有以下三種，一是將合金塊置于堆焊部位；二是將堆焊填充金屬顆粒直接均勻散布于工件表面；三是用占填充金屬質(zhì)量10～20％的水玻璃(或淀粉、木粉等有機(jī)物)做粘接劑將填充金屬顆粒涂敷于工件表面，然后烘干180～220℃、5～30分鐘。用焊接熱源(如TIG電弧、MIG電弧、等離子弧、氣體火焰、碳弧等)按一定方式掃描上述三種方式置于堆焊區(qū)的填充金屬使其和部分母材熔化、凝固后即形成堆焊層。這種工藝方法具有母材的稀釋率較小、堆焊層的成分性能穩(wěn)定、合金元素的利用率高、填充金屬顆粒比粉末的混合物易熔化等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)選用不同的填充金屬顆粒，可以獲得耐磨、耐熱、耐腐蝕等不同性能的堆焊層。
本發(fā)明實(shí)施具有如下明顯效果(1)產(chǎn)品的合金成分可根據(jù)需要自主調(diào)整，使用的金屬顆粒的大小可通過(guò)篩分任意選擇。
(2)本專利所用原材料來(lái)源廣，并使廢鋼資源得到了更加充分合理的利用。
鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)板材過(guò)程中，由于定尺的需要大約產(chǎn)生鋼產(chǎn)量5％左右的板頭和板邊，鋼材用戶也會(huì)產(chǎn)生一定量的邊角料。這些板頭、板邊目前多作為廢鋼處理了，有的回爐、有的用于小部件制造，沒(méi)有充分發(fā)揮其成分、性能穩(wěn)定，雜質(zhì)含量少的優(yōu)越性。
(3)本發(fā)明專利的填充金屬顆粒由液態(tài)金屬直接粒化制取，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，合金成分可以根據(jù)需求任意確定。
(4)由于不用制絲，對(duì)金屬成分沒(méi)有特別要求，只要能夠熔化成液態(tài)金屬即可。因此，特別適合制備合金元素含量較多的耐磨、耐腐蝕、耐熱等的填充金屬顆粒。
(5)原材料取自廢鋼、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、合金元素的利用率較高，成本比碎焊絲大大降低。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1普通低中合金鋼堆焊填充金屬顆粒。主要合金元素的設(shè)計(jì)成分為(質(zhì)量％)0.8C、1.0Si、2.5Mn、3.5Cr、其他合金元素總量不超過(guò)1。
耐磨堆焊用填充金屬顆粒的制備方法，包括如下步驟(1)廢鋼的選擇根據(jù)耐磨合金成分的設(shè)計(jì)要求選用Q345廢鋼，其主要化學(xué)成分(質(zhì)量％)為0.18C、1.42Mn、0.36Si、0.017S、0.015P、氧含量50ppm、氮含量52ppm。
(2)根據(jù)欲制耐磨堆焊用填充金屬顆粒的化學(xué)成分設(shè)計(jì)指標(biāo)，依據(jù)步驟(1)所選Q345廢鋼的化學(xué)成分，確定添加合金的種類和數(shù)量如下?tīng)t料總質(zhì)量6.8％的高碳鉻鐵(含65％Cr、7％C、3％Si)、0.65％的石墨、1.95％的硅鐵(含45％Si、3％Mn)、2.5％的中碳錳鐵(含79％Mn、1.2％C)。
(3)將步驟(1)所選的廢鋼分為A、B兩份，將A份先放入感應(yīng)熔煉爐用最短的時(shí)間將其熔化，A份的數(shù)量根據(jù)爐膛的尺寸確定，以熔化后鋼水能夠有15mm～20mm深為原則；然后加入造渣劑(焊劑431)，并將其熔化(建立起液態(tài)熔渣保護(hù)層，隔絕空氣與鋼水的接觸)，造渣劑的加入量以在鋼水表面形成3mm～4mm厚的液態(tài)熔渣為原則；待液態(tài)熔渣形成后，將B份廢鋼加入感應(yīng)熔煉爐中，加入時(shí)不能破壞對(duì)鋼水起保護(hù)作用的液態(tài)熔渣層，待B份廢鋼熔化后繼續(xù)熔煉12分鐘。
(4)將步驟(2)選定的高碳鉻鐵、石墨、中碳錳鐵、硅鐵依次加入步驟(3)熔煉好的鋼水中，待鐵合金完全熔化后再精煉10分鐘。
(5)將步驟(4)熔煉好的鋼水(過(guò)熱150～200℃)和其表面的熔渣倒入下部設(shè)有導(dǎo)流管的保溫坩堝中。
其中所述保溫坩堝的導(dǎo)流管與漏嘴相連，漏嘴直徑為8mm，在漏嘴出口處同水平高度的四周設(shè)置有噴嘴，噴嘴為環(huán)縫式，呈正方形排布，所述正方形的邊長(zhǎng)為300mm，所述漏嘴出口位于所述正方形對(duì)角線的交點(diǎn)處；噴嘴進(jìn)口與高壓水流管相接，噴嘴出口噴出的高壓水流與漏嘴流出的鋼水呈40°角，且噴嘴出口噴出的高壓水流聚焦于漏嘴出口垂直流出的鋼水流上；漏嘴與噴嘴的下方設(shè)置有底部成斜坡?tīng)?斜坡與水平面的夾角為45°)的收集池，池中裝有1.8m深的水，水面距噴嘴聚焦點(diǎn)為300mm。
(6)選定的漏嘴直徑為8mm，以42kg/min的流量使坩堝中沉于下部的鋼水由漏嘴流出，同時(shí)開(kāi)啟高壓水流的噴嘴，以1.2MPa的壓力噴射流出的鋼水，待鋼水全部流出后，液態(tài)熔渣棄掉，鋼水在高壓水流的沖擊作用下，變?yōu)樾′摰?噴射的高壓水在鋼水的四周能形成一個(gè)水簾，隔絕了空氣，同時(shí)水霧化形成的蒸汽也降低了氣氛中氧的分壓(氧來(lái)源于空氣)，減少了鋼水的氧化)，并被快速冷卻，落入裝有冷卻水的收集池中，小鋼滴凝固后，即成為金屬顆粒；(7)取出收集池水中的金屬顆粒，用烘箱烘干，烘干溫度為150℃，保溫時(shí)間為30分鐘。
(8)采用常規(guī)的振動(dòng)篩分設(shè)備篩分烘干后的金屬顆粒，根據(jù)焊接工藝的要求按比例選用不同粒徑的金屬顆?；旌鲜褂?；或者，將烘干后的金屬顆?；靹蚝螅苯邮褂?。
經(jīng)化學(xué)成分分析最終獲得的填充金屬顆粒的主要化學(xué)成分(質(zhì)量％)為，0.75C、1.05Si、2.3Mn、3.47Cr，滿足成分設(shè)計(jì)的要求。
將按上述方法生產(chǎn)的填充金屬顆粒均勻散布于Q345鋼板表面，然后用碳弧掃描使其和部分母材熔化，凝固后在鋼板表面即形成耐磨層，耐磨層的厚度為4mm，硬度達(dá)到HRC48，沒(méi)有裂紋，成型良好。
實(shí)施例2Cr-M0熱穩(wěn)定鋼堆焊填充金屬顆粒。主要合金元素的設(shè)計(jì)成分為(質(zhì)量％)0.4C、0.8Si、2.2Mn、1.8Cr、0.8Mo。
耐磨堆焊用填充金屬顆粒的制備方法，包括如下步驟(1)廢鋼的選擇根據(jù)填充金屬合金成分的設(shè)計(jì)要求選用lOCrMo910廢鋼(即 Cr-1Mo)，其主要化學(xué)成分(質(zhì)量％)為0.12C、0.52Mn、0.40Si、2.2Cr、1.0Mo、0.022S、0.030P、氧和氮含量均不超過(guò)60ppm。
(2)根據(jù)欲制堆焊用填充金屬顆粒的化學(xué)成分設(shè)計(jì)指標(biāo)，依據(jù)步驟(1)所選10CrMo910廢鋼的化學(xué)成分，確定添加合金的種類和數(shù)量如下?tīng)t料總質(zhì)量0.46％的石墨、1.65％的硅鐵(含45％Si、3％Mn)、3.1％的中碳錳鐵(含79％Mn、1.2％C)。
(3)將步驟(1)所選的廢鋼分為A、B兩份，將A份先放入感應(yīng)熔煉爐用最短的時(shí)間將其熔化，A份的數(shù)量根據(jù)爐膛的尺寸確定，以熔化后鋼水能夠有15mm～20mm深為原則；然后加入造渣劑(焊劑431)，并將其熔化(建立起液態(tài)熔渣保護(hù)層，隔絕空氣與鋼水的接觸)，造渣劑的加入量以在鋼水表面形成3mm～4mm厚的液態(tài)熔渣為原則；待液態(tài)熔渣形成后，將B份廢鋼加入感應(yīng)熔煉爐中，加入時(shí)不能破壞對(duì)鋼水起保護(hù)作用的液態(tài)熔渣層，待B份廢鋼熔化后繼續(xù)熔煉12分鐘。
(4)將步驟(2)選定的石墨、中碳錳鐵、硅鐵依次加入步驟(3)熔煉好的鋼水中，待鐵合金完全熔化后再精煉10分鐘。
(5)將步驟(4)熔煉好的鋼水(過(guò)熱150～200℃)和其表面的熔渣倒入下部設(shè)有導(dǎo)流管的保溫坩堝中。
其中所述保溫坩堝的導(dǎo)流管與漏嘴相連，漏嘴直徑為8mm，在漏嘴出口處同水平高度的四周設(shè)置有噴嘴，噴嘴為環(huán)縫式，呈正方形排布，所述正方形的邊長(zhǎng)為300mm，所述漏嘴出口位于所述正方形對(duì)角線的交點(diǎn)處；噴嘴進(jìn)口與高壓水流管相接，噴嘴出口噴出的高壓水流與漏嘴流出的鋼水呈40°角，且噴嘴出口噴出的高壓水流聚焦于漏嘴出口垂直流出的鋼水流上；漏嘴與噴嘴的下方設(shè)置有底部成斜坡?tīng)?斜坡與水平面的夾角為45°)的收集池，池中裝有1.8m深的水，水面距噴嘴聚焦點(diǎn)為300mm。
(6)選定的漏嘴直徑為8mm，以42kg/min的流量使坩堝中沉于下部的鋼水由漏嘴流出，同時(shí)開(kāi)啟高壓水流的噴嘴，以1.2MPa的壓力噴射流出的鋼水，待鋼水全部流出后，液態(tài)熔渣棄掉，鋼水在高壓水流的沖擊作用下，變?yōu)樾′摰?噴射的高壓水在鋼水的四周能形成一個(gè)水簾，隔絕了空氣，同時(shí)水霧化形成的蒸汽也降低了氣氛中氧的分壓(氧來(lái)源于空氣)，減少了鋼水的氧化)，并被快速冷卻，落入裝有冷卻水的收集池中，小鋼滴凝固后，即成為金屬顆粒；(7)取出收集池水中的金屬顆粒，用烘箱烘干，烘干溫度為150℃，保溫時(shí)間為30分鐘。
(8)采用常規(guī)的振動(dòng)篩分設(shè)備篩分烘干后的金屬顆粒，根據(jù)焊接工藝的要求按比例選用不同粒徑的金屬顆?；旌鲜褂没蛘撸瑢⒑娓珊蟮慕饘兕w?；靹蚝螅苯邮褂?。
經(jīng)化學(xué)成分分析最終獲得的填充金屬顆粒的主要化學(xué)成分(質(zhì)量％)為，0.43C、0.75Si、2.3Mn、1.7Cr、0.82Mo，滿足成分設(shè)計(jì)的要求。
該填充金屬顆粒可用于堆焊鑄鋼或鍛鋼作坯體的熱鍛模，用TIG熔敷后空冷硬度HRC45。
實(shí)施例3高鉻鋼堆焊填充金屬顆粒。主要合金元素的設(shè)計(jì)成分為(質(zhì)量％)0.18C、13.0Cr、6.0Ni、2.5Mo、2.0W、其他合金元素總量不超過(guò)2.5。
耐磨堆焊用填充金屬顆粒的制備方法，包括如下步驟(1)廢鋼的選擇根據(jù)填充金屬合金成分的設(shè)計(jì)要求選用10CrMo910廢鋼(即 Cr-1Mo)，其主要化學(xué)成分(質(zhì)量％)為0.12C、0.52Mn、0.40Si、2.2Cr、1.0Mo、0.022S、0.030P、氧、氮含量均不超過(guò)60ppm。
(2)根據(jù)欲制堆焊用填充金屬顆粒的化學(xué)成分設(shè)計(jì)指標(biāo)，依據(jù)步驟(1)所選10CrM0910廢鋼的化學(xué)成分，確定添加合金的種類和數(shù)量如下?tīng)t料總質(zhì)量0.15％的石墨、13.5％的金屬鉻、6.7％的金屬鎳、3.4％的鉬鐵(含57％Mo、0.2％C)、3.1％的鎢鐵(含70％W、0.4％C、1.0％Si)。
(3)將步驟(1)所選的廢鋼分為A、B兩份，將A份先放入感應(yīng)熔煉爐用最短的時(shí)間將其熔化，A份的數(shù)量根據(jù)爐膛的尺寸確定，以熔化后鋼水能夠有15mm～20mm深為原則；然后加入造渣劑(焊劑431)，并將具熔化(建立起液態(tài)熔渣保護(hù)層，隔絕空氣與鋼水的接觸)，造渣劑的加入量以在鋼水表面形成3mm～4mm厚的液態(tài)熔渣為原則；待液態(tài)熔渣形成后，將B份廢鋼加入感應(yīng)熔煉爐中，加入時(shí)不能破壞對(duì)鋼水起保護(hù)作用的液態(tài)熔渣層，待B份廢鋼熔化后繼續(xù)熔煉12分鐘。
(4)將步驟(2)選定的石墨、金屬鉻、金屬鎳、鉬鐵、鎢鐵依次加入步驟(3)熔煉好的鋼水中，待鐵合金完全熔化后再精煉10分鐘。
(5)將步驟(4)熔煉好的鋼水(過(guò)熱150～200℃)和其表面的熔渣倒入下部設(shè)有導(dǎo)流管的保溫坩堝中。
其中所述保溫坩堝的導(dǎo)流管與漏嘴相連，漏嘴直徑為8mm，在漏嘴出口處同水平高度的四周設(shè)置有噴嘴，噴嘴為環(huán)縫式，呈正方形排布，所述正方形的邊長(zhǎng)為300mm，所述漏嘴出口位于所述正方形對(duì)角線的交點(diǎn)處；噴嘴進(jìn)口與高壓水流管相接，噴嘴出口噴出的高壓水流與漏嘴流出的鋼水呈40°角，且噴嘴出口噴出的高壓水流聚焦于漏嘴出口垂直流出的鋼水流上；漏嘴與噴嘴的下方設(shè)置有底部成斜坡?tīng)?斜坡與水平面的夾角為45°)的收集池，池中裝有1.8m深的水，水面距噴嘴聚焦點(diǎn)為300mm。
(6)選定的漏嘴直徑為8mm，以42kg/min的流量使坩堝中沉于下部的鋼水由漏嘴流出，同時(shí)開(kāi)啟高壓水流的噴嘴，以1.2MPa的壓力噴射流出的鋼水，待鋼水全部流出后，液態(tài)熔渣棄掉，鋼水在高壓水流的沖擊作用下，變?yōu)樾′摰?噴射的高壓水在鋼水的四周能形成一個(gè)水簾，隔絕了空氣，同時(shí)水霧化形成的蒸汽也降低了氣氛中氧的分壓(氧來(lái)源于空氣)，減少了鋼水的氧化)，并被快速冷卻，落入裝有冷卻水的收集池中，小鋼滴凝固后，即成為金屬顆粒；(7)取出收集池水中的金屬顆粒，用烘箱烘干，烘干溫度為150℃，保溫時(shí)間為30分鐘。
(8)采用常規(guī)的振動(dòng)篩分設(shè)備篩分烘干后的金屬顆粒，根據(jù)焊接工藝的要求按比例選用不同粒徑的金屬顆?；旌鲜褂茫换蛘?，將烘干后的金屬顆?；靹蚝?，直接使用。
經(jīng)化學(xué)成分分析最終獲得的填充金屬顆粒的主要化學(xué)成分(質(zhì)重％)為，0.17C、13.4Cr、5.8Ni、2.4Mo、1.85W，其他合金元素的總量小于2.5，滿足國(guó)標(biāo)EDCr-A2-15堆焊焊條熔敷金屬成分要求?？捎锰蓟』騎IG電弧熔敷于工件表面，用途同堆焊焊條EDCr-A2-l5。
實(shí)施例4高錳鋼堆焊填充金屬顆粒。主要合金元素的設(shè)計(jì)成分為(質(zhì)量％)1.1C、15.0Mn、0.6Si、2.1Mo。
耐磨堆焊用填充金屬顆粒的制備方法，包括如下步驟(1)廢鋼的選擇根據(jù)填充金屬合金成分的設(shè)計(jì)要求選用含Mo的報(bào)廢的高錳鋼(鑄鋼)，其主要化學(xué)成分(質(zhì)量％)為1.2C、15.0Mn、0.4Si、2.1Mo、氧和氮含量均不超過(guò)60ppm。
(2)根據(jù)欲制堆焊用填充金屬顆粒的化學(xué)成分設(shè)計(jì)指標(biāo)，依據(jù)步驟(1)所選廢鋼的化學(xué)成分，確定添加合金的種類和數(shù)量如下?tīng)t料總質(zhì)量0.45％的石墨、3.7％的中碳錳鐵(含79％Mn、1.2％C)、0.42％的鉬鐵(含57％Mo、0.2％C)、1.1％的硅鐵(含45％Si、3.0％Mn)。
(3)將步驟(1)所選的廢鋼分為A、B兩份，將A份先放入感應(yīng)熔煉爐用最短的時(shí)間將其熔化，A份的數(shù)量根據(jù)爐膛的尺寸確定，以熔化后鋼水能夠有15mm～20mm深為原則；然后加入造渣劑(焊劑431)，并將其熔化(建立起液態(tài)熔渣保護(hù)層，隔絕空氣與鋼水的接觸)，造渣劑的加入量以在鋼水表面形成3mm～4mm厚的液態(tài)熔渣為原則；待液態(tài)熔渣形成后，將B份廢鋼加入感應(yīng)熔煉爐中，加入時(shí)不能破壞對(duì)鋼水起保護(hù)作用的液態(tài)熔渣層，待B份廢鋼熔化后繼續(xù)熔煉12分鐘。
(4)將步驟(2)選定的石墨、中碳錳鐵、鉬鐵、硅鐵依次加入步驟(3)熔煉好的鋼水中，待鐵合金完全熔化后再精煉10分鐘。
(5)將步驟(4)熔煉好的鋼水(過(guò)熱150～200℃)和其表面的熔渣倒入下部設(shè)有導(dǎo)流管的保溫坩堝中。
其中所述保溫坩堝的導(dǎo)流管與漏嘴相連，漏嘴直徑為8mm，在漏嘴出口處同水平高度的四周設(shè)置有噴嘴，噴嘴為環(huán)縫式，呈正方形排布，所述正方形的邊長(zhǎng)為300mm，所述漏嘴出口位于所述正方形對(duì)角線的交點(diǎn)處；噴嘴進(jìn)口與高壓水流管相接，噴嘴出口噴出的高壓水流與漏嘴流出的鋼水呈40°角，且噴嘴出口噴出的高壓水流聚焦于漏嘴出口垂直流出的鋼水流上；漏嘴與噴嘴的下方設(shè)置有底部成斜坡?tīng)?斜坡與水平面的夾角為45°)的收集池，池中裝有1.8m深的水，水面距噴嘴聚焦點(diǎn)為300mm。
(6)選定的漏嘴直徑為8mm，以42kg/min的流量使坩堝中沉于下部的鋼水由漏嘴流出，同時(shí)開(kāi)啟高壓水流的噴嘴，以1.2MPa的壓力噴射流出的鋼水，待鋼水全部流出后，液態(tài)熔渣棄掉，鋼水在高壓水流的沖擊作用下，變?yōu)樾′摰?噴射的高壓水在鋼水的四周能形成一個(gè)水簾，隔絕了空氣，同時(shí)水霧化形成的蒸汽也降低了氣氛中氧的分壓(氧來(lái)源于空氣)，減少了鋼水的氧化)，并被快速冷卻，落入裝有冷卻水的收集池中，小鋼滴凝固后，即成為金屬顆粒；(7)取出收集池水中的金屬顆粒，用烘箱烘干，烘干溫度為150℃，保溫時(shí)間為30分鐘。
(8)采用常規(guī)的振動(dòng)篩分設(shè)備篩分烘干后的金屬顆粒，根據(jù)焊接工藝的要求按比例選用不同粒徑的金屬顆?；旌鲜褂?；或者，將烘干后的金屬顆?；靹蚝螅苯邮褂?。
經(jīng)化學(xué)成分分析最終獲得的填充金屬顆粒的主要化學(xué)成分(質(zhì)量％)為，1.05C、14.6Mn、0.56Si、2.0Mo，滿足國(guó)標(biāo)EDMn-B-16堆焊焊條熔敷金屬成分要求。可用碳弧或TIG電弧熔敷于工件表面，用于各種破碎機(jī)、推土機(jī)等受沖擊而易磨損部分的堆焊。
實(shí)施例5高速鋼堆焊填充金屬顆粒。主要合金元素的設(shè)計(jì)成分為(質(zhì)量％)0.8C、4.1Cr、18W、1.2V。
耐磨堆焊用填充金屬顆粒的制備方法，包括如下步驟(1)廢鋼的選擇根據(jù)填充金屬合金成分的設(shè)計(jì)要求選用Q215鋼的邊角料，其主要化學(xué)成分(質(zhì)量％)為0.14C、0.38Mn、0.2Si、0.015S、0.02P、氧和氮含量均不超過(guò)60ppm。
(2)根據(jù)欲制堆焊用填充金屬顆粒的化學(xué)成分設(shè)計(jì)指標(biāo)，依據(jù)步驟(1)所選廢鋼的化學(xué)成分，確定添加合金的種類和數(shù)量如下?tīng)t料總質(zhì)量0.46％的石墨、7.9％的高碳鉻鐵(含65％Cr、7％C、3％Si)、3.0％的釩鐵(含50％V、0.2％C)、27.1％的鎢鐵(含70％W、1.0％Si、0.4％C)。
(3)將步驟(1)所選的廢鋼分為A、B兩份，將A份先放入感應(yīng)熔煉爐用最短的時(shí)間將其熔化，A份的數(shù)量根據(jù)爐膛的尺寸確定，以熔化后鋼水能夠有15mm～20mm深為原則；然后加入造渣劑(焊劑431)，并將其熔化(建立起液態(tài)熔渣保護(hù)層，隔絕空氣與鋼水的接觸)，造渣劑的加入量以在鋼水表面形成3mm～4mm厚的液態(tài)熔渣為原則；待液態(tài)熔渣形成后，將B份廢鋼加入感應(yīng)熔煉爐中，加入時(shí)不能破壞對(duì)鋼水起保護(hù)作用的液態(tài)熔渣層，待B份廢鋼熔化后繼續(xù)熔煉12分鐘。
(4)將步驟(2)選定的石墨、高碳鉻鐵、鎢鐵、釩鐵依次加入步驟(3)熔煉好的鋼水中，待鐵合金完全熔化后再精煉10分鐘。
(5)將步驟(4)熔煉好的鋼水(過(guò)熱150～200℃)和其表面的熔渣倒入下部設(shè)有導(dǎo)流管的保溫坩堝中。
其中所述保溫坩堝的導(dǎo)流管與漏嘴相連，漏嘴直徑為8mm，在漏嘴出口處同水平高度的四周設(shè)置有噴嘴，噴嘴為環(huán)縫式，呈正方形排布，所述正方形的邊長(zhǎng)為300mm，所述漏嘴出口位于所述正方形對(duì)角線的交點(diǎn)處；噴嘴進(jìn)口與高壓水流管相接，噴嘴出口噴出的高壓水流與漏嘴流出的鋼水呈40°角，且噴嘴出口噴出的高壓水流聚焦于漏嘴出口垂直流出的鋼水流上；漏嘴與噴嘴的下方設(shè)置有底部成斜坡?tīng)?斜坡與水平面的夾角為45°)的收集池，池中裝有1.8m深的水，水面距噴嘴聚焦點(diǎn)為300mm。
(6)選定的漏嘴直徑為8mm，以42kg/min的流量使坩堝中沉于下部的鋼水由漏嘴流出，同時(shí)開(kāi)啟高壓水流的噴嘴，以1.2MPa的壓力噴射流出的鋼水，待鋼水全部流出后，液態(tài)熔渣棄掉，鋼水在高壓水流的沖擊作用下，變?yōu)樾′摰?噴射的高壓水在鋼水的四周能形成一個(gè)水簾，隔絕了空氣，同時(shí)水霧化形成的蒸汽也降低了氣氛中氧的分壓(氧來(lái)源于空氣)，減少了鋼水的氧化)，并被快速冷卻，落入裝有冷卻水的收集池中，小鋼滴凝固后，即成為金屬顆粒；(7)取出收集池水中的金屬顆粒，用烘箱烘干，烘干溫度為150℃，保溫時(shí)間為30分鐘。
(8)采用常規(guī)的振動(dòng)篩分設(shè)備篩分烘干后的金屬顆粒，根據(jù)焊接工藝的要求按比例選用不同粒徑的金屬顆?；旌鲜褂?；或者，將烘干后的金屬顆?；靹蚝?，直接使用。
經(jīng)化學(xué)成分分析最終獲得的填充金屬顆粒的主要化學(xué)成分(質(zhì)量％)為，0.76C、3.95Cr、17.6W、1.16V，滿足國(guó)標(biāo)EDD-D-15堆焊焊條熔敷金屬成分要求?？捎锰蓟』騎IG電弧熔敷于刀具毛坯(如45鋼)的刃口，以達(dá)到代用整體高速鋼的目的，也可以用來(lái)修復(fù)磨損的刀具和其它工具。
實(shí)施例6高鉻合金鑄鐵堆焊合金顆粒。堆焊金屬用于抗磨料磨損，硬度要求HRC 50以上。擬采用含有碳化物和硼化物抗磨相的Fe-Cr-C合金，設(shè)計(jì)成分為(質(zhì)量％)2.8～3.5C、23.5～26.0Cr、0.1～0.35B、0.6～0.8Mn。該填充金屬顆粒可用于抗磨料磨損。
耐磨堆焊用填充金屬顆粒的制備方法，包括如下步驟(1)廢鋼的選擇根據(jù)耐磨合金成分的設(shè)計(jì)要求選用Q345廢鋼，其主要化學(xué)成分(質(zhì)量％)為0.18C、1.42Mn、0.36Si、0.017S、0.015P。
(2)根據(jù)欲制耐磨堆焊用填充金屬顆粒的化學(xué)成分設(shè)計(jì)指標(biāo)，依據(jù)步驟(1)所選Q345廢鋼的化學(xué)成分，確定添加合金的種類和數(shù)量如下?tīng)t料總質(zhì)量41％的高碳鉻鐵(含65％Cr、7％C、3％Si)、0.90％的石墨、1.5％的硼鐵(含18％B、0.5％C、4％Si)。
(3)將步驟(1)所選的廢鋼分為A、B兩份，將A份先放入感應(yīng)熔煉爐用最短的時(shí)間將其熔化，A份的數(shù)量根據(jù)爐膛的尺寸確定，以熔化后鋼水能夠有15mm～20mm深為原則；然后加入造渣劑(焊劑431)，并將其熔化(建立起液態(tài)熔渣保護(hù)層，隔絕空氣與鋼水的接觸)，造渣劑的加入量以在鋼水表面形成3mm～4mm厚的液態(tài)熔渣為原則；待液態(tài)熔渣形成后，將B份廢鋼加入感應(yīng)熔煉爐中，加入時(shí)不能破壞對(duì)鋼水起保護(hù)作用的液態(tài)熔渣層，待B份廢鋼熔化后繼續(xù)熔煉12分鐘。
(4)將步驟(2)選定的高碳鉻鐵、石墨、硼鐵依次加入步驟(3)熔煉好的鋼水中，待鐵合金完全熔化后再精煉10分鐘。
(5)將步驟(4)熔煉好的鋼水(過(guò)熱150～200℃)和其表面的熔渣倒入下部設(shè)有導(dǎo)流管的保溫坩堝中。
其中所述保溫坩堝的導(dǎo)流管與漏嘴相連，漏嘴直徑為8mm，在漏嘴出口處同水平高度的四周設(shè)置有噴嘴，噴嘴為環(huán)縫式，呈正方形排布，所述正方形的邊長(zhǎng)為300mm，所述漏嘴出口位于所述正方形對(duì)角線的交點(diǎn)處；噴嘴進(jìn)口與高壓水流管相接，噴嘴出口噴出的高壓水流與漏嘴流出的鋼水呈40°角，且噴嘴出口噴出的高壓水流聚焦于漏嘴出口垂直流出的鋼水流上；漏嘴與噴嘴的下方設(shè)置有底部成斜坡?tīng)?斜坡與水平面的夾角為45°)的收集池，池中裝有1.8m深的水，水面距噴嘴聚焦點(diǎn)為300mm。
(6)選定的漏嘴直徑為8mm，以42kg/min的流量使坩堝中沉于下部的鋼水由漏嘴流出，同時(shí)開(kāi)啟高壓水流的噴嘴，以1.2MPa的壓力噴射流出的鋼水，待鋼水全部流出后，液態(tài)熔渣棄掉，鋼水在高壓水流的沖擊作用下，變?yōu)樾′摰?噴射的高壓水在鋼水的四周能形成一個(gè)水簾，隔絕了空氣，同時(shí)水霧化形成的蒸汽也降低了氣氛中氧的分壓(氧來(lái)源于空氣)，減少了鋼水的氧化)，并被快速冷卻，落入裝有冷卻水的收集池中，小鋼滴凝固后，即成為金屬顆粒；(7)取出收集池水中的金屬顆粒，用烘箱烘干，烘干溫度為150℃，保溫時(shí)間為30分鐘。
(8)采用常規(guī)的振動(dòng)篩分設(shè)備篩分烘干后的金屬顆粒，根據(jù)焊接工藝的要求按比例選用不同粒徑的金屬顆?；旌鲜褂茫换蛘?，將烘干后的金屬顆?；靹蚝?，直接使用。
經(jīng)化學(xué)成分分析最終獲得的填充金屬顆粒的主要化學(xué)成分(質(zhì)量％)為，3.1C、24.8Cr、0.67Mn、0.13B、1.12Si，滿足成分設(shè)計(jì)的要求。
將按上述方法生產(chǎn)的填充金屬顆粒均勻散布于Q345鋼板表面，然后用碳弧掃描使其和部分母材熔化，凝固后在鋼板表面即形成耐磨層，耐磨層的厚度為4mm，硬度達(dá)到HRC53，沒(méi)有裂紋，成型良好。
權(quán)利要求
1.一種堆焊用填充金屬顆粒，由廢鋼和鐵合金制成，其特征在于，所述金屬顆粒為圓球或橢圓球狀，粒徑為0.1～5.0mm，其化學(xué)成分以質(zhì)量百分比計(jì)，S小于0.05％、P小于0.05％、氧不超過(guò)60ppm、氮不超過(guò)60ppm；其他化學(xué)成分根據(jù)下列堆焊金屬要求分別是1)普通低中合金鋼堆焊金屬C不超過(guò)1.2％、Mn不超過(guò)6.5％、Si不超過(guò)1.2％、Cr不超過(guò)5.5％、Mo不超過(guò)4.5％；或2)Cr-W或Cr-Mo熱穩(wěn)定鋼堆焊金屬C不超過(guò)0.6％、Mn不超過(guò)3.0％、Si不超過(guò)1.2％、Cr不超過(guò)5.5％、Mo不超過(guò)3.0％、V不超過(guò)1.2％、W不超過(guò)11.0％；或3)高鉻鋼堆焊金屬C不超過(guò)0.35％、Si不超過(guò)1.6％、Cr為9.0％～18.0％、Ni不超過(guò)6.5％、Mo不超過(guò)3.0％、W不超過(guò)2.8％、Nb不超過(guò)0.8％、B不超過(guò)1.8％；或4)高錳鋼或鉻錳鋼堆焊金屬C不超過(guò)1.2％、Mn不超過(guò)18.0％、Cr不超過(guò)18.0％、Mo不超過(guò)3.0％、W不超過(guò)5.5％、Si不超過(guò)1.3％；或5)高速鋼堆焊金屬C為0.6％～1.2％、Cr為3.5％～5.0％、V為0.9％～1.6％、W為16.0％～20.0％；或6)馬氏體合金鑄鐵堆焊金屬C不超過(guò)5.0％、Cr不超過(guò)6.5％、Mo不超過(guò)5.5％、W不超過(guò)15.0％；或7)高鉻合金鑄鐵堆焊金屬C不超過(guò)5.0％、Mn不超過(guò)3.5％、Si不超過(guò)3.2％、Cr為15.0％～35.0％、Ni不超過(guò)8.0％、Mo不超過(guò)6.5％、W不超過(guò)21.0％、B不超過(guò)4.0％；或8)奧氏體鉻鎳鋼堆焊金屬C不超過(guò)0.2％、Mn為0.5％～3.0％、Si為3.2％～8.0％、Cr為14.0％～22.0％、Ni為6.0％～13.5％、Mo不超過(guò)5.5％、W不超過(guò)1.4％、V不超過(guò)1.4％、Nb不超過(guò)1.4％。
2.如權(quán)利要求1所述的堆焊用填充金屬顆粒，其特征在于，所述廢鋼是鋼鐵企業(yè)或鋼材用戶生產(chǎn)過(guò)程中廢棄的板頭、板邊、邊角料。
3.權(quán)利要求1所述堆焊用填充金屬顆粒的制備方法，包括如下步驟(1)廢鋼的選擇所述廢鋼的化學(xué)成分以質(zhì)量百分比計(jì)，S小于0.05％、P小于0.05％、氧不超過(guò)60ppm、氮不超過(guò)60ppm；其他化學(xué)成分根據(jù)下列堆焊金屬要求分別是1)普通低中合金鋼堆焊金屬C不超過(guò)1.2％、Mn不超過(guò)6.5％、Si不超過(guò)1.2％、Cr不超過(guò)5.5％、Mo不超過(guò)4.5％；或2)Cr-W或Cr-Mo熱穩(wěn)定鋼堆焊金屬C不超過(guò)0.6％、Mn不超過(guò)3.0％、Si不超過(guò)1.2％、Cr不超過(guò)5.5％、Mo不超過(guò)3.0％、V不超過(guò)1.2％、W不超過(guò)11.0％；或3)高鉻鋼堆焊金屬C不超過(guò)0.35％、Si不超過(guò)1.6％、Cr不超過(guò)18.0％、Ni不超過(guò)6.5％、Mo不超過(guò)3.0％、W不超過(guò)2.8％、Nb不超過(guò)0.8％、B不超過(guò)1.8％；或4)高錳鋼或鉻錳鋼堆焊金屬C不超過(guò)1.2％、Mn不超過(guò)18.0％、Cr不超過(guò)18.0％、Mo不超過(guò)3.0％、W不超過(guò)5.5％、Si不超過(guò)1.3％；或5)高速鋼堆焊金屬C不超過(guò)1.2％、Cr不超過(guò)5.0％、V不超過(guò)1.6％、W不超過(guò)20.0％；或6)馬氏體合金鑄鐵堆焊金屬C不超過(guò)5.0％、Cr不超過(guò)6.5％、Mo不超過(guò)5.5％、W不超過(guò)15.0％；或7)高鉻合金鑄鐵堆焊金屬C不超過(guò)5.0％、Mn不超過(guò)3.5％、Si不超過(guò)3.2％、Cr不超過(guò)35.0％、Ni不超過(guò)8.0％、Mo不超過(guò)6.5％、W不超過(guò)21.0％、B不超過(guò)4.0％；或8)奧氏體鉻鎳鋼堆焊金屬C不超過(guò)0.2％、Mn不超過(guò)3.0％、Si不超過(guò)8.0％、Cr不超過(guò)22.0％、Ni不超過(guò)13.5％、Mo不超過(guò)5.5％、W不超過(guò)1.4％、V不超過(guò)1.4％、Nb不超過(guò)1.4％；(2)根據(jù)欲制堆焊用填充金屬顆粒的化學(xué)成分指標(biāo)，依據(jù)步驟(1)所選廢鋼的化學(xué)成分確定是否需要添加合金劑，以及添加合金劑的種類及數(shù)量；(3)將步驟(1)選定的廢鋼分為A、B兩份，將A份先放入感應(yīng)熔煉爐用最短的時(shí)間將其熔化，A份的數(shù)量根據(jù)爐膛的尺寸確定，以熔化后鋼水能夠有10mm～20mm深為原則；然后加入造渣劑，并將其熔化，造渣劑的加入量以在鋼水表面形成3mm～4mm厚的液態(tài)熔渣為原則；待液態(tài)熔渣形成后，將B份廢鋼加入感應(yīng)熔煉爐中，加入時(shí)不能破壞對(duì)鋼水起保護(hù)作用的液態(tài)熔渣層，待B份廢鋼熔化后繼續(xù)熔煉10～15分鐘；(4)根據(jù)步驟(2)確定的所添加合金劑的種類及數(shù)量依次加入合金劑，待其完全熔化后再精煉5～12分鐘；(5)將熔煉好的鋼水和其表面的熔渣倒入下部設(shè)有導(dǎo)流管的保溫坩堝中；其中所述保溫坩堝的導(dǎo)流管與漏嘴相連，漏嘴直徑依據(jù)欲制備的顆粒粒徑在6～20mm內(nèi)更換選擇；在漏嘴出口處同水平高度的四周設(shè)置有噴嘴，噴嘴為環(huán)縫式，呈正方形排布，所述正方形的邊長(zhǎng)為200～500mm，所述漏嘴出口位于所述正方形對(duì)角線的交點(diǎn)處；噴嘴進(jìn)口與高壓液流或者高壓氣流管相接，噴嘴出口噴出的高壓液流或氣流與漏嘴流出的鋼水呈30°～60°角，且噴嘴出口噴出的高壓液流或者高壓氣流聚焦于漏嘴出口垂直流出的鋼水流上；漏嘴與噴嘴的下方設(shè)置有底部成斜坡?tīng)畹氖占?，池中裝有1.5～2m深的液體冷卻介質(zhì)，介質(zhì)液面距噴嘴聚焦點(diǎn)為200～500mm；(6)更換上選定直徑的漏嘴，以10～50kg/min的流量使坩堝中沉于下部的鋼水由漏嘴流出，同時(shí)開(kāi)啟高壓液流或者高壓氣流的噴嘴，以0.8～10MPa的壓力噴射流出的鋼水，待鋼水全部流出后，液態(tài)熔渣棄掉，鋼水在高壓液流或者高壓氣流的沖擊作用下，變?yōu)樾′摰?，并被快速冷卻，落入裝有液體冷卻介質(zhì)的收集池中，小鋼滴凝固后，即成為金屬顆粒；(7)取出收集池水中的金屬顆粒，用烘箱烘干，烘干溫度為120～180℃，保溫時(shí)間為20～40分鐘；(8)采用常規(guī)的振動(dòng)篩分設(shè)備篩分烘干后的金屬顆粒，根據(jù)焊接工藝的要求按比例選用不同粒徑的金屬顆?；旌鲜褂茫换蛘?，將烘干后的金屬顆粒混勻后，直接使用。
4.如權(quán)利要求3所述的堆焊用填充金屬顆粒的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述廢鋼選擇鋼鐵企業(yè)或鋼材用戶生產(chǎn)過(guò)程中廢棄的DB590鋼、X70鋼、Q345鋼、10CrMo910鋼之一。
5.如權(quán)利要求3所述的堆焊用填充金屬顆粒的制備方法，其特征在于，步驟(2)或(4)所述合金劑是硅鐵、鉬鐵、鉻鐵、鈮鐵、金屬鎳、銅、錳鐵、鈦鐵、鎢鐵之一或部分或全部。
6.如權(quán)利要求3所述的堆焊用填充金屬顆粒的制備方法，其特征在于，步驟(3)所述造渣劑是埋弧焊常用的焊劑431。
7.如權(quán)利要求3所述的堆焊用填充金屬顆粒的制備方法，其特征在于，步驟(5)所述噴嘴噴出的高壓液流或氣流與漏嘴流出的鋼水呈35°～45°角；所述介質(zhì)液面距噴嘴聚焦點(diǎn)距離為200～350mm。
8.如權(quán)利要求3所述的堆焊用填充金屬顆粒的制備方法，其特征在于，步驟(5)或(6)所述高壓液流是高壓水，高壓氣流是高壓氮?dú)?；所述收集池中的液體冷卻介質(zhì)是水。
9.如權(quán)利要求3所述的堆焊用填充金屬顆粒的制備方法，其特征在于，步驟(6)所述噴嘴噴出的高壓液流或者高壓氣流的壓力為1.0～6.0MPa。
10.如權(quán)利要求3所述的堆焊用填充金屬顆粒的制備方法，其特征在于，步驟(6)所述漏嘴直徑選定為6mm時(shí)，沉于坩堝下部的鋼水以18～22kg/min的流量由漏嘴流出；漏嘴直徑選定為8mm時(shí)，沉于坩堝下部的鋼水以42～46kg/min的流量由漏嘴流出。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種堆焊用填充金屬顆粒，粒徑為0.1～5.0mm，其化學(xué)成分以質(zhì)量百分比計(jì)，S小于0.05％、P小于0.05％、氧不超過(guò)60ppm、氮不超過(guò)60ppm；其他化學(xué)成分根據(jù)所堆焊金屬要求確定。所述的金屬顆粒由廢鋼和鐵合金經(jīng)熔煉后直接?；瞥?，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，合金元素的利用率較高，成本比碎焊絲大大降低；本發(fā)明方法由于不用制絲，且合金成分可以根據(jù)需求任意確定，特別適合制備合金元素含量較多的耐磨、耐腐蝕、耐熱等的填充金屬顆粒。
文檔編號(hào)B22F9/08GK101015887SQ20071001342
公開(kāi)日2007年8月15日 申請(qǐng)日期2007年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月30日
發(fā)明者孫俊生, 李寧洋, 孫逸群 申請(qǐng)人:山東大學(xué)