Materiales de ferroaleación para revestimiento con metal duro.

Un método para producir un material consumible de soldadura de ferroaleación con contenido en carburo decromo para el uso subsiguiente para producir un revestimiento con metal duro sobre un sustrato adecuado,

quecomprende las etapas de:

(a) formar una masa fundida homogénea a partir de un material de ferroaleación con contenido en cromo yuna fuente de carbono libre, con la etapa que incluye mantener la temperatura de la masa fundida duranteun tiempo relativamente largo (nominalmente 30 a 60 minutos) para disolver carbono en la masa fundida para producir una concentración requerida de carbono químicamente combinado en el material consumiblede soldadura de ferroaleación sólido a partir de la etapa (b); y

(b) formar a partir de la masa fundida un material consumible de soldadura de ferroaleación con contenidoen carburo sólido que tiene una relación cromo:carbono menor que 7,0 y un contenido en cromo en unintervalo de 30 a 65% en peso.

Materiales de ferroaleación para revestimiento con metal duro

Introducción La presente invención se refiere a materiales de ferroaleación para revestimiento con metal duro que contienen predominantemente carburos de cromo y carburos formados a partir de otros elementos formadores de carburos fuertes, tales como molibdeno, titanio, wolframio, vanadio, niobio y boro.

Materiales de ferroaleación que contienen carburos han sido utilizados ampliamente durante muchos años como consumibles para depósitos de soldadura de revestimiento con metal duro sobre sustratos en aplicaciones en las que se requiere una resistencia a la erosión y abrasión intensas.

Una aplicación de este tipo es depósitos de soldadura de revestimiento con metal duro de materiales de ferroaleación de carburo de cromo en aliviaderos de descarga para trituradores en plantas de procesamiento de minerales.

Cuando revestimientos con metal duro de materiales de ferroaleación de carburo de cromo se forman mediante soldadura sobre sustratos, la microestructura deseada para los depósitos de soldadura que forman los revestimientos con metal duro es hipereutéctica y contiene aproximadamente 30-60% en volumen de carburos M7C3 en una matriz ferrosa (M = Cr, Fe y Mn) , una dureza nominal de los carburos M7C3 de 1200-1500 HV y una dureza nominal de la matriz ferrosa de 600-700 HV.

En general, elevados contenidos de carburo en la microestructura proporcionan una mayor resistencia al desgaste. Existe una correlación directa entre el contenido de carburos M7C3 en la microestructura y el contenido de carbono químicamente combinado en el metal de soldadura utilizado para formar los revestimientos con metal duro.

Los consumibles de soldadura para revestimientos con metal duro de material de ferroaleación de carburo de 30 cromo comprenden habitualmente una mezcla de polvos de ferroaleación y hierro.

Los polvos de ferroaleación pueden estar encapsulados en una lámina de hierro para producir un electrodo revestido o un alambre de relleno continuo que funde en un baño de soldadura fundido. Alternativamente, los polvos de ferroaleación se pueden añadir a un baño de soldadura fundido formado por un electrodo de consumible de alambre de hierro macizo.

Mezcla Típica de Polvos de Ferroaleación de la Técnica Anterior

En la Tabla 1 se muestra una mezcla típica de polvos de ferrocromo de alto contenido en carbono (HCFeCr) y

ferromanganeso con alto contenido en carbono (HCFeMn) utilizados como consumibles de soldadura en la producción de un revestimiento con metal duro de un material de ferroaleación de carburo de cromo.

Tabla 1 Mezcla de Polvos de Ferroaleación de la Técnica Anterior

% en peso % de Cr % de C % de Mn % de Fe

HCFeCr 94 67 8, 5 24, 5

HCFeMn 6 7, 0 75 18, 0

Mezcla de polvos 100 63, 0 8, 4 4, 5 24, 1

La mezcla de polvos de ferroaleación final recogida en la Tabla 1 anterior, con una composición química de Fe63Cr-8, 4C-4, 5Mn, está constituida por 94% en peso de HCFeCr (composición nominal = Fe-67Cr-8, 5C) , mezclada con 6% en peso de HCFeMn (composición nominal = Fe-75Mn-7, 0C) .

Es evidente a partir de lo anterior que la relación cromo/carbono de la mezcla de polvos de ferroaleación final es = 63, 0/8, 4.

es decir, para la Mezcla de Polvos de Ferroaleación Cr/C = 7, 50

otros elementos traza. Estos constituyentes se ignoran en estos cálculos.

Tanto HCFeCr como HCFeMn son materiales quebradizos y friables y, con el fin de formar consumibles de soldadura adecuados, se machacan individualmente para formar polvos con un tamaño de partícula menor que 1

mm de diámetro utilizando un equipo de machaque estándar empleado en la industria del procesamiento de minerales. Los polvos son luego mezclados mecánicamente para producir una mezcla uniforme de polvos de ferroaleación.

Otros polvos de ferroaleación tales como ferromolibdeno, ferrovanadio, ferroniobio, ferroboro y ferrotitanio se pueden añadir a la mezcla para impartir diferentes propiedades de materiales al baño de soldadura y al revestimiento con metal duro resultante.

Depósito Típico de Soldadura Revestido con Metal Duro de la Técnica Anterior

En la Tabla 2 se ilustra a modo de ejemplo la química de un revestimiento con metal duro que se deposita sobre un sustrato de acero dulce a partir de un baño de soldadura que contiene los polvos de ferroaleación mezclados descritos anteriormente. Al revestimiento con metal duro se le alude como el “depósito de soldadura de revestimiento con metal duro” en la Tabla y en lo que sigue.

Tabla 2 Depósito de Soldadura de Revestimiento con Metal Duro de la Técnica Anterior

% en peso % de Cr % de C % de Mn % de Fe

Mezcla de Polvos 55 63, 0 8, 4 4, 5 24, 1

Alambre de Soldadura 35 1, 0 99, 0

Dilución 10 0, 2 1, 0 98, 8

Depósito de Soldadura 100 34, 7 4, 6 2, 9 57, 8

En el ejemplo de la Tabla 2, el depósito de soldadura de revestimiento con metal duro sobre el sustrato de acero dulce está constituido por 55% en peso de mezcla de polvos de ferroaleación más 35% en peso de alambre de 25 soldadura de Fe más 10% en peso de dilución en el sustrato.

La dilución del depósito de soldadura de revestimiento con metal duro se entiende en esta memoria como la profundidad de penetración en el sustrato de acero dulce, dividida por la altura final del depósito de soldadura de revestimiento con metal duro. Por ejemplo, un depósito típico de soldadura de revestimiento con metal duro de 5

mm de grosor puede penetrar en un sustrato de acero dulce hasta una profundidad de aproximadamente 0, 5 mm durante el proceso de soldadura, dando como resultado una dilución de 10% (0, 5/5, 0) .

La química del depósito de soldadura de revestimiento con metal duro en este ejemplo es Fe-34, 7Cr-4, 6C-2, 9Mn. La microestructura comprende aproximadamente 50% en volumen de carburos M7C3 en una matriz ferrosa.

Es evidente a partir de lo que antecede que la relación de cromo/carbono para el revestimiento con metal duro es = 34, 7/4, 6.

es decir, para el Depósito de Soldadura de Revestimiento con Metal Duro Cr/C = 7, 54

Limitaciones de la Técnica Anterior

Las limitaciones de la técnica anterior arriba descrita y otra técnica anterior conocida por la solicitante en la fabricación y uso de polvos de ferroaleación para producir depósitos de soldadura de revestimiento con metal duro son:

1. El contenido en cromo en el revestimiento con metal duro final es muy elevado (34, 7% de Cr en el ejemplo anterior) comparado con el contenido en cromo en hierros fundidos blancos resistentes al desgaste abrasivo adecuados, especificados por ejemplo en las normas ASTM A532 y AS 2027. El elevado contenido en cromo es un resultado directo de maximizar la cantidad de carbono combinado (4, 6% de C) en el depósito de soldadura de revestimiento con metal duro añadiendo la mayor cantidad posible de 50 polvo de ferrocromo en el consumible de soldadura mezclado. Es decir, se toleran cantidades excesivas del cromo de mayor coste con el fin de maximizar el contenido en carbono en el depósito de soldadura final. La adición de polvo de carbono libre a la mezcla de ferroaleación con el fin de aumentar el contenido en carbono en el depósito de soldadura final no es eficaz, ya que el carbono libre no se disuelve fácilmente

en el baño de soldadura fundido durante el relativamente corto tiempo de fundición por arco (nominalmente 2 a 5 segundos) para formar depósitos de soldadura de revestimiento con metal duro sobre sustratos.

2. Intentos para añadir otras ferroaleaciones tales como ferrotitanio, ferrovanadio, ferroniobio, ferroboro y ferromolibdeno a la mezcla de polvos de ferroaleación anterior provocan una reducción indeseable en el contenido en carbono de la mezcla final y el subsiguiente depósito de soldadura de revestimiento con metal duro, dado que calidades comercialmente disponibles de FeTi, FeV, FeB, FeNb y FeMo contienen contenidos relativamente bajos en carbono químicamente combinado.

3. La mezcla de la técnica anterior antes descrita de polvos de ferroaleación se obtiene mezclando mecánicamente juntos los polvos de HCFeCr y HCFeMn. La mezcladura mecánica es un medio lento e ineficaz de obtener una mezcla de polvos homogénea. El grado de dificultad por conseguir una mezcla homogénea de la mezcla de polvos aumenta cuando en la mezcla están incluidos otros polvos de ferroaleación tales como FeTi y FeV. Además, la segregación de los polvos mezclados, tiende a producirse por la manipulación y el transporte después de la mezcladura debido a las diferencias de densidades entre las... [Seguir leyendo]

1. Un método para producir un material consumible de soldadura de ferroaleación con contenido en carburo de cromo para el uso subsiguiente para producir un revestimiento con metal duro sobre un sustrato adecuado, que 5 comprende las etapas de:

(a) formar una masa fundida homogénea a partir de un material de ferroaleación con contenido en cromo y una fuente de carbono libre, con la etapa que incluye mantener la temperatura de la masa fundida durante un tiempo relativamente largo (nominalmente 30 a 60 minutos) para disolver carbono en la masa fundida para producir una concentración requerida de carbono químicamente combinado en el material consumible de soldadura de ferroaleación sólido a partir de la etapa (b) ; y

(b) formar a partir de la masa fundida un material consumible de soldadura de ferroaleación con contenido en carburo sólido que tiene una relación cromo:carbono menor que 7, 0 y un contenido en cromo en un 15 intervalo de 30 a 65% en peso.

2. El método definido en la reivindicación 1, en el que la etapa (a) comprende formar la masa fundida homogénea a partir de materiales de alimentación sólidos.

3. El método definido en la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que la etapa (a) comprende añadir grafito a la masa fundida para sobresaturar la masa fundida con carbono.

4. El método definido en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la etapa (a) comprende formar la masa fundida homogénea a partir de un material con contenido en hierro (distinto a una ferroaleación con 25 contenido en cromo) tal como chatarra de acero o chatarra de hierro fundido blanco con alto contenido en cromo, para diluir la concentración de cromo en la masa fundida.

5. El método definido en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende desgasificar la masa fundida formada en la etapa (a) de modo que el material consumible de soldadura de ferroaleación sólido formado en la etapa (b) facilite un arco por soldadura estable en una operación de revestimiento con metal duro subsiguiente y, con ello, minimiza la porosidad en el revestimiento con metal duro resultante y elimina la expulsión de polvo de ferroaleación a partir del baño de soldadura.

6. El método definido en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende separar escoria de la masa fundida formada en la etapa (a) de modo que el material consumible de soldadura de ferroaleación sólido formado en la etapa (b) minimiza la presencia de impurezas no metálicas en el depósito de soldadura de revestimiento con metal duro resultante, formado en la subsiguiente operación de revestimiento con metal duro.

7. El método definido en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende producir un material 40 consumible de soldadura de ferroaleación que tiene un contenido en carbono químicamente combinado mayor que 7, 5% en peso.

8. El método definido en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la etapa (b) comprende colar la masa fundida en uno o más moldes adecuados u otros medios de colada y, después de ello, disgregar el 45 producto colado en una forma adecuada tal como una forma de polvo.

9. El método definido en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la etapa (b) comprende atomizar la masa fundida con un gas adecuado tal como argón para formar polvo sólido a partir de la masa fundida.

10. Un método para producir un depósito de soldadura de revestimiento con metal duro sobre un sustrato adecuado, que comprende formar a) un baño de soldadura de i) el material consumible de soldadura de ferroaleación con contenido en carburo de cromo producido por el método definido en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes y que 55 tiene una relación cromo:carbono menor que 7, 0 y un contenido en cromo en un intervalo de 30 a 65% en peso a partir de la masa fundida; y

ii) un material de alambre de soldadura sobre un sustrato; y b) después de ello, depositar un depósito de soldadura de revestimiento con metal duro procedente del baño de soldadura sobre el sustrato.