高硼合金在布料溜槽表面堆焊分析

王琪

（中钢集团西安重机有限公司 陕西西安710201）

1 前言

布料溜槽是炼铁高炉无料钟布料器中的一个重要设备，通过其旋转实现高炉内炉料的均匀撒布。布料溜槽处于高炉的上部，属于高温（900℃左右）磨损的工况。原料从5m高的落差冲击布料溜槽表面，对其造成极大的冲击与磨损，大大缩短了布料溜槽的使用寿命［1－2］。为了提高高炉布料溜槽的使用寿命，国内主要采用在槽身表面堆焊高铬（Cr30%，C5%，Nb1%）堆焊合金的工艺制作溜槽。王智慧等［3］对高铬堆焊合金热处理后的硬度和耐磨性研究结果表明：热处理后高铬堆焊金属硬度下降25%，耐磨性会下降32%。针对高铬堆焊合金高温（750℃以上）时宏观硬度与抗磨性能显著下降的缺陷，目前普遍采用增加堆焊层厚度的方式解决。针对这种情况，本文采用硼化物作为研究对象，制备布料溜槽堆焊合金，并通过硬度，金相，磨粒磨损实验对硼化物在堆焊合金中的作用进行了分析。

2 试验材料及方法

2.1 试验材料

试验采用自行设计的两种埋弧堆焊药芯焊丝，直径为3.6mm，焊剂107S。试板材质为16Mn钢，规格为200mm×100mm×10mm，熔敷金属的主要化学成分见表1。

表1 堆焊金属熔敷金属主要成分（%）

2.2 试验方法

试验采用直径为3.6mm的两种埋弧堆焊药芯焊丝。焊接时焊枪摆动，摆幅25mm～30mm，单层堆焊厚度3mm～5mm，为降低母材的稀释作用，堆焊三层厚度10mm。工艺参数及工艺性能见表2，空冷后磨平，在HRC－150型洛氏硬度计上测试焊态硬度。

表2 堆焊工艺参数及性能

3 堆焊合金性能分析

3.1 堆焊合金硬度测试

高炉布料溜槽工作温度在950℃左右，由于目前无法测量950℃下堆焊合金的高温硬度，设计采用将两种堆焊合金加热到950℃保温2h随炉冷却的方式测试两种堆焊合金的宏观硬度。将试样打磨抛光测试宏观洛氏硬度值见表3。

表3 室温与950℃热处理后堆焊层硬度值比较

从热处理后对试样的硬度测试结果来看，试样2堆焊合金热处理前后宏观洛氏硬度基本无变化，硬度大于HRC60，显著高于高铬堆焊合金。

3.2 堆焊层组织

图1a表明在常温及950℃保温2h随炉冷却后高硼堆焊层的金相组织基本未发生变化，硬质相仍然存在。通过XRD分析确认，堆焊合金中硼化物主要为Fe2B硬质相。虽然硼化物以B4C的形式添加到焊丝中，但通过金相及XRD观察分析可以确定：B4C在电弧高温作用下完全分解，高温下游离态的B与Fe生成了Fe2B硬质相。Fe2B显微硬度高HV（1200～1800）具有良好的抗磨作用［4］。由于热处理前后Fe2B在堆焊层中未发生变化，因此堆焊层硬质相未减少，耐磨粒磨损性能未下降。

图1 试样2高硼堆焊合金金相组织

3.3 耐磨性试验

将950℃感应加热后的2个堆焊试样，采用线切割，制作尺寸为55mm×25mm×12mm的磨粒磨损试样。磨粒磨损试验参数如下：橡胶轮转速为300r／min、橡 胶 轮 硬 度60HS、载 荷 分 别 为150N，磨料为0.212mm～0.425mm的石英砂、预磨5000r，精磨20000r。试验前，先对样品称重，试验后再对试样称重，两次重量差即为试验过程中试样的磨损量，磨损量越大，代表耐磨性越差，磨损量越少，耐磨性越强。本实验以950℃感应加热后高铬堆焊合金层作为标准试样，其他材料的相对耐磨性，结果见表4。

表4 950℃热处理后磨粒磨损试验

图2 试样2XRD分析及显微结构

图3 堆焊层截面的SEM形貌

磨粒磨损实验表明：950℃保温2h随炉冷却后，含硼化物的堆焊合金耐磨粒磨损性能显著优于高铬堆焊合金，能够提高2.5倍。

4 结论

本文分析了一种以硼化物为硬质相的堆焊合金材料；通过硬度实验表明：950℃保温2h随炉冷却后，高硼堆焊合金宏观硬度未发生显著变化，硬度稳定；通过金相组织观察发现，堆焊合金中含有大量硬质相；通过XRD分析确定，硬质相为Fe2B；通过磨粒磨损试验表明：950℃保温2h随炉冷却后，与高铬堆焊合金相比，高硼堆焊合金的抗磨损性能提高2.5倍。试验对比表明：采用高硼堆焊材料能够满足布料溜槽使用要求。