一种用于堆焊钻杆接头的耐磨带的复合粉粒，采用粉末组分过筛称量、粉末组分干混、向混合粉末添加水玻璃湿混、旋转湿粉体粘合造粒、粉粒低温烧结、粉粒筛分等制备工艺步骤而制成粒度8～10目的复合粉粒。接着，以该复合粉粒和H08A实心焊丝作为堆焊材料，进行埋弧堆焊，使复合粉粒熔体和实心焊丝熔滴熔合为堆焊熔池而凝固为中铬合金。调控复合粉粒的合金组元种类及含量，以优化胞状晶内和晶界区域的碳原子和铬原子含量；同时，利用Ti和Nb对共晶和沿晶碳化物形态的变质作用，从而形成(Nb,Ti)C和细颗粒(Fe,Cr)3C相共同强化的针状铁素体胞状团和以(Fe,Cr)7C3颗粒沿胞状晶界排列为网状相的组织结构的中铬合金，充分利用其中各种相组织的不同作用而获得优良的耐磨性。该复合粉粒可用于磨粒磨损工况的零部件堆焊耐磨合金层，如石油钻杆接头的耐磨带。如石油钻杆接头的耐磨带。
【技术实现步骤摘要】
一种用于堆焊钻杆耐磨带的复合粉粒以及应用方法
[0001]本专利技术属于耐磨堆焊
，具体涉及一种堆焊钻杆接头耐磨带的复合粉粒及其应用方法。
技术介绍
[0002]石油钻杆在钻井作业时，其接头与钻孔周围的泥土、岩石砂砾等发生磨粒磨损，这需要在其接头表面堆焊一层耐磨带，以确保其使用寿命。但是，环焊缝的首尾堆焊收弧方式产生较大的应力，极易在收尾处及相邻区域产生横向等裂纹。然而，在旋进作业产生较大的切向应力而导致裂纹扩张至钻杆本体，进而影响钻杆的使用寿命。因而，对钻杆接头耐磨带的材料韧性提高较高的要求，同时又要求其具有较高的耐磨粒磨削性能。
[0003]目前，用于堆焊钻杆接头耐磨带的主流方法为药芯焊丝二氧化碳气体保护焊，所用焊丝规格多为Φ1.6mm，填粉量25％左右，实际可填充的合金粉量较为有限，这使之堆焊耐磨带的合金系统受到较大限制，难以获得耐磨性和韧性俱佳的耐磨合金。通常，对合金耐磨性影响最大是其硬质相的体积分数，如碳化物、硼化物。其中，硼化物通常较脆，堆焊时较易出现裂纹，尽管其经济性和耐磨粒磨损性能较好，但韧性不足，致使其实际应用受到限制。目前，堆焊合金组织多为针状马氏体和奥氏体的混合基体，其中夹杂有少量小颗粒的MC型强化物，合金韧性足够，但MC颗粒多偏小，有些相如Fe3C几乎没有利用起来，合金耐磨粒磨损性能尚有较大的改善空间，仍然需要改进其组织结构而优化耐磨性。不仅如此，药芯焊丝的研制周期和生产周期过长，直径Φ1.6mm的药芯焊丝成型并非市面上的主流设备，研制人员和设备偏少，但Φ1.6mm的药芯焊丝适合机器人焊接用材，若遇紧急情况，及时供货难，制备成本高。
[0004]此外，用于堆焊钻杆接头耐磨的方法还有：MIG焊、等离子弧焊和激光焊，其中MIG焊所用填充材料为药芯焊丝，氩气保护方式较二氧化碳气体保护焊虽然惰性，焊接质量高，但成本更高，工业应用偏少。等离子弧焊和激光焊所用填充材料为雾化粉末，需要专门研制，且因等离子弧和激光的能量密度过高，冷却凝固快，虽然所熔敷合金硬度因晶粒细化而偏高，但过高的残余热应力，导致焊缝表面极易出现裂纹。其次，熔敷效率较药芯焊丝气体保护焊偏低。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的之一在于针对在的上述欠缺，提供一种用于堆焊钻杆接头的耐磨带的复合粉粒。
[0006]本专利技术的上述目的通过下述技术方案实现：
[0007]该种复合粉粒，采用将其所含粉末组分经过称量过筛、干混、添加水玻璃湿混、粘合造粒、低温烧结、粉粒筛分的制备工艺步骤而制成粒度8目～10目的复合粉粒；
[0008]所述复合粉粒所含粉末组分的重量百分含量分别为：48～50％的含铬量68～72％、含碳量8％的高碳铬铁(FeCr70C8.0)；23～25％的含铌量60％的铌铁(FeNb60
‑
A)；10
～12％的含碳量不低于98％的鳞片石墨(C)；4～6％的含锰量78～85％、含碳量1.5％的中碳锰铁 (FeMn80C1.5)；4～5％的含钛量为25～35％的钛铁(FeTi30
‑
A)；2～3％的含硅量40～47％的硅铁(FeSi45
‑
A)；2～3％的含铝量不低于99％的铝粉(Al)；余量为含铁量不低于98％的还原铁粉(Fe)。
[0009]进一步，复合粉粒所含高碳铬铁、铌铁、鳞片石墨、中碳锰铁、钛铁、硅铁、还原铁粉的粉末组分过60目筛，铝粉的粉末组分过300 目筛后称量。
[0010]进一步，向混合粉末中添加的水玻璃为硅酸钠型，波美度30～ 40，模数3.0～3.3。
[0011]进一步，以20～25ml硅酸钠型水玻璃/100g混合粉末的方式，向混合粉末添加入水玻璃湿混。
[0012]进一步，复合粉粒在250～350℃低温烧结并保温2～4小时后出炉。
[0013]本专利技术目的之二提供上述复合粉粒的应用方法，即：焊前将复合粉粒预置于焊道，以直径Φ2.5mm的H08A实心焊丝作为电弧载体，采用直流电源反接法进行埋弧堆焊，使该复合粉粒熔体和实心焊丝熔滴熔合为堆焊熔池，获得了填粉率(填粉率＝复合粉粒熔化重量/(复合粉粒熔化重量+实心焊丝熔化重量))0.27～0.30且宏观硬度57HRC以上的(Nb,Ti)C相增强中铬合金。
[0014]进一步，堆焊电流控制值为410～420A，焊机小车行走速度15～ 16m/h。
[0015]进一步，埋弧堆焊用焊剂为熔炼焊剂HJ260。
[0016]本专利技术的一种复合粉粒，与H08A实心焊丝配合使用，堆焊所制备耐磨合金属于中铬合金，其耐磨相包括胞状晶内原位析出的 (Nb,Ti)C相和沿胞状晶界分布的(Fe,Cr)7C3相，二者相互配合而协同改善了合金的耐磨性。该中铬合金呈现典型的亚共晶组织结构，可应用于磨粒磨损工况的零部件堆焊耐磨合金层，如石油钻杆接头的耐磨带。
[0017]与现有技术相比，本专利技术具有如下创新点和有益效果：
[0018](1)耐磨性优良：与亚共晶结构的耐磨合金和以NbC相增强的耐磨合金相比，该堆焊合金的耐磨相包括于针状铁素体团中原位析出的 (Nb,Ti)C相和沿晶分布的颗粒状(Fe,Cr)7C3相组成，先析出胞状晶主要为针状铁素体团，其中夹杂大量的颗粒状(Fe,Cr)3C相和块状 (Nb,Ti)C相，这使之具有良好的强韧性。胞状晶内原位析出的(Nb,Ti)C 相、沿胞状晶界分布的颗粒状(Fe,Cr)7C3相和胞状晶内的细颗粒状 (Fe,Cr)3C相分别分布于胞状晶不同区域，协同强化作用，磨粒不易鍥入而使之具有优良的耐磨性。
[0019](2)沿晶碳化物的形态不同：与通常沿胞状晶分布的网状或者树枝状(Fe,Cr)7C3相或者(Fe,Cr)7(C,B)3不同的是，本专利技术复合粉粒堆焊的中铬合金的沿晶碳化物，尽管形态上呈现网状或者树枝晶，但是由于颗粒状碳化物沿胞状晶界排列而成，并非整块分布，没有整块沿晶碳化物的超强刚度，这使之具有更好的韧性，同时也兼顾合适刚性而呈现较高抗裂性，无预热焊前状态下堆焊两层不产生任何裂纹。
[0020](3)堆焊方法简单且快速：与石油钻杆接头耐磨带的药芯焊丝气保护焊法相比，复合粉粒和H08A实心焊丝埋弧堆焊石油钻杆接头耐磨带的方法简单，设备投入小，且复合粉粒制备快速，可根据需要及时调整耐磨带的合金系统及组分含量，而制备出性能更为优异的耐磨带合金。
[0021](4)焊缝成型美观且熔敷效率高：本专利技术的中铬复合粉粒，其中未加入大量的含Ti组分，较之高钛型药芯焊丝，该复合粉粒的埋弧焊缝成型美观，表面光洁，无粘渣、裂纹等缺
陷。此外，该配方可直接转为直径Ф1.6mm的药芯焊丝配方，气保护焊缝成型同样美观，可直接实现复合粉粒到药芯焊丝的无缝衔接。由于复合粉粒的堆焊电流通常400A以上，远大于Ф1.6mm的药芯焊丝气保焊200A左右的电流值，单位时间金属熔敷量更大，熔敷效率高。
附图说明
[0022]图1为本专利技术复合粉粒所制备中铬合金的组织形态图。
[0023]图2为本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于堆焊钻杆接头的耐磨带的复合粉粒，采用将其所含粉末组分经过称量过筛、干混、添加水玻璃湿混、粘合造粒、低温烧结、粉粒筛分的制备工艺步骤而制成粒度8目～10目的复合粉粒；所述复合粉粒所含粉末组分的重量百分含量分别为：48～50％的含铬量68～72％、含碳量8％的高碳铬铁；23～25％的含铌量60％的铌铁；10～12％的含碳量不低于98％的鳞片石墨；4～6％的含锰量78～85％、含碳量1.5％的中碳锰铁；4～5％的含钛量为25～35％的钛铁；2～3％的含硅量40～47％的硅铁；2～3％的含铝量不低于99％的铝粉；余量为含铁量不低于98％的还原铁粉。2.根据权利要求1所述的一种用于堆焊钻杆接头的耐磨带的复合粉粒，其特征在于：复合粉粒所含高碳铬铁、铌铁、鳞片石墨、中碳锰铁、钛铁、硅铁、还原铁粉的粉末组分过60目筛，铝粉的粉末组分过300目筛后称量。3.根据权利要求1所述的一种用于堆焊钻杆接头的耐磨带的复合粉粒，其特征在于：向混合粉末中添加的水玻璃为硅...
【专利技术属性】
技术研发人员：龚建勋，陶翔，董海龙，肖志强，徐国祥，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：
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