堆焊焊条的性能及适用范围
出处：按学科分类—工业技术 上海科学技术文献出版社《焊接材料选用手册》第216页（9597字）
1．低、中合金钢堆焊焊条 低、中合金钢堆焊焊条有低碳、中碳和高碳之分，低碳(C≤0．20%)合金钢堆焊焊条的焊缝金属一般为珠光体组织，硬度大多在HRC40以下，主要合金元素为锰、铬、钼、硅等，如EDPMn－2、EDPMn－4、EDPMn－5和EDPCrMo－A1等。这类堆焊焊条主要用于在常温及非腐蚀条件下承受金属对金属磨损的轴类、齿轮、行车轮等各种传动磨损部件的堆焊修复，堆焊层韧性好，易于切削加工。中碳(C=0．25%～0．50%)和高碳(C≥0．50%)合金钢堆焊焊条的焊缝金属主要为马氏体组织，故又称为马氏体合金钢堆焊焊条，硬度一般在HRC38～53之间，有的高碳马氏体合金钢焊条熔敷金属的硬度可达HRC60左右，合金元素为锰、镍、铬、钼、钨和钒等，如EDPMn－6、EDPCrMo－A2、EDPCrMo－A3、EDPCrMo－A4、EDPCrMnSi－A1、EDPCrMoV－A1、EDPCrMoV－A2和 EDPCrSi等。这些堆焊焊条主要用来保护在带有磨料磨损和在冲击载荷条件下工作的碳钢和合金钢零件，如矿山机械、农业机械和水力机械的磨损件以及在推土机刃板、螺旋桨、挖泥斗牙上的堆焊等。
EDPCrMo－A5焊条的熔敷金属具有HRC55～60的硬度，可用于模具和工具的堆焊，也可用于承受高冲击、耐泥沙磨损零部件的堆焊；EDPCrMnSi－A2焊条适用于在铸铁上修复承受金属对金属滚动或滑动磨损零部件的堆焊；EDPCrMnSi－A1焊条熔敷金属具有较高的硬度(HRC50～55)，属空气淬硬型钢种，经退火后能机加工，用于耐高应力中等磨损和金属对金属磨损的机械零部件，如轴和制动轮的堆焊。
实际上，中、低合金钢焊条品种繁多，除上述在国标中所列的钢种外，许多厂家还生产各种不同成分的低、中合金钢堆焊焊条，如上海司太立公司生产的Multipass4(C0．15%，Cr2．0%，Mn0．7%)，HRC28～37，用于齿轮及矿车磨损件的堆焊，以及作为轧辊堆焊的过渡层材料，Multipass55(C0．20%，Cr2．3%，Mn2．0%，Mo0．7%)，HRC42～48，用于拖拉机易损件，矿车轮及导辊等的堆焊，Multipass22(C0．7%，Cr5．5%，Mn0．9%)，HRC55～59，用于钢厂热轧辊、挤压辊和导块等的堆焊。
有一些厂商供应的低、中合金钢堆焊焊条与我国的标准型号基本相当，如天泰焊材(昆山)有限公司生产的马氏体合金钢堆焊焊条TH－26R、TH－14和TH－80等相当于我国GB型号EDPCrMo－A1、EDPCrMo－A2和EDPCrMoV－A1等，其硬度相应为HRC24、43和57。
韩国现代综合金属株式会社(HYUNDAI)在样本中列出的低、中合金钢堆焊焊条如S×××B·B系列与我国GB标准中的EDPCrMo、EDPCrMn和EDPCrMoV等型号基本相当，详见本章4．2．5节。
日本NITTETSU公司生产的低、中合金钢堆焊焊条同样可用于金属对金属磨损件的堆焊，以及经受泥沙等强烈磨料磨损的机械部件的堆焊，如Nittetsu H－270C(C0．18%，Si0．31%，Mn0．87%，Cr1．13%)，堆焊层硬度为HV278，可用于轴、轧辊、行车等的堆焊，又如Nittetsu H－650(C0．46%，Mn1．14%，Cr3．67%，Mo0．58%，V0．44%)，堆焊层硬度为HV705，可用于挖掘机和铲齿的堆焊。
2．热强合金钢堆焊焊条 热强合金钢堆焊焊条的主要合金元素为铬、钼、钨、钒、铜等。在EDRCrMnMo、EDRCrW和EDRCrMoWV型焊条的熔敷金属中，含铬量一般在2%～6%之间，钼、钨含量一般在3%～8%之间，最高可达12%，含钒量一般在1%～3%之间。由于铬、钼、钨、钒等均为热强元素，能在600℃高温下保持足够的硬度，加上这种材料在高温下有较高的抗变形能力，有较好的高温耐磨性和抗冲击能力，故适用于在高温下使用的热锻模、冲模、成形模具、热剪切刀刃等的堆焊以及热轧辊、型材轧辊、轧机助卷辊的堆焊等。
除EDRCrMnMo的硬度稍低，HRC为40～45外，其余堆焊焊条熔敷金属的硬度均处于HRC50～60范围之内。当要求机加工时，可通过退火处理将硬度降到HRC30左右，随后再在淬硬(淬火+回火)状态下使用。
在上述热强合金钢堆焊焊条中，EDRCrMnMo和EDRCrW通常作为热模锻钢使用，EDRCrW有时也用于热轧辊堆焊，此时，可以用30CrMnSi作过渡层。除用于热模锻和热轧辊外，EDRCrMoWV也可用来作为冷工具钢，如冲裁及修边模的堆焊等。
在型号为EDRCrMoWCo焊条的熔敷金属中，含钴量可达15%～20%，该焊条适用于工作条件差的热模具，如镦粗、拉伸、冲孔等模具的堆焊，也可用于金属切削刀具的堆焊。
3．高铬钢堆焊焊条 高铬钢堆焊焊条又称马氏体不锈钢堆焊焊条，它是在Cr13的基础上加入镍、钼、钨、铌等强化元素而组成的一种堆焊焊条系列。焊条的熔敷金属在冷却时淬硬性较高，耐蚀性较好，在中温下有较高的硬度，适用于金属对金属磨损的零件以及承受水蒸气、弱酸和气蚀作用下的部件，如阀门密封面、轴系和搅拌桨等的堆焊。
在该系列的焊条中，EDCr－A1为1Cr13型堆焊焊条，堆焊金属的硬度HRC大于等于40，适用于工作温度小于等于450℃阀门密封面或轴系的堆焊；EDCr－A2型由于加入较多的合金元素如镍、钼、钨等，以改善其抗疲劳性能，并进一步提高高温强度，HRC不低于45，适用于工作温度小于等于510℃阀门密封面的堆焊；EDCr－B为2Cr13型堆焊焊条，在加入一定的合金元素后，硬度亦可达到HRC45以上，适用于耐高温冲击磨损件如搅拌桨及螺旋输送叶片等的堆焊。
此外，马氏体不锈钢焊条通常在腐蚀较为严重的环境下代替马氏体合金钢焊条，用于在高温下工作的轧辊的堆焊，包括新轧辊的表面堆焊(轧辊芯部为低合金钢)或已磨损轧辊的修复。由于马氏体不锈钢的优点是抗氧化、耐腐蚀，在堆焊层表面很少有作为磨粒的氧化皮存在，所以也是抗磨损有利条件之一。还有，从热疲劳角度出发，有时还需要加入一定量的钼、锰等元素，而从提高塑韧性的要求考虑，则希望加入1%～4%的镍。综合以上所述，可以认为加入适量钼、锰、镍的10%～14%Cr空气淬硬马氏体不锈钢是制造和修复热轧辊的最佳选择。它特别适用于作为高温热循环大负荷的连铸辊硬面层的堆焊，堆焊后，经560℃保温6h的去应力处理后，HRC仍可达40～45。
马氏体不锈钢焊条是使用较为广泛的一种堆焊焊条，上海电焊条厂推出的SH．D502、SH．D507、SH．D507Mo和SH．D517等焊条相应为EDCr－A1－03、EDCrA1－15、EDCr－A2－15和EDCr－B－15型高铬马氏体不锈钢堆焊焊条。天泰焊材(昆山)有限公司推荐相应为EDCr－B和EDCr－A2型的TH－50和TH50N－1等马氏体不锈钢焊条。
4．高锰钢堆焊焊条 高锰钢堆焊焊条为13%Mn型奥氏体锰钢焊条。堆焊后熔敷金属硬度不高，HB170～230，但经加工硬化后，硬度可达HB450～500之间，适用于在强烈冲击载荷和金属间磨损条件下工作的零部件，如破碎机颚板、铁轨道岔和铲斗齿等部件的堆焊。
当高锰钢堆焊金属加热到250℃以上时，可引起严重脆化，因此高锰钢不宜在高温下工作。堆焊金属对金属与金属间的耐磨性通常是极好的，但抗压屈服强度较低，一旦有压缩变形，就能迅速提高抗压屈服强度，一直到塑性流动停止为止。这种性能在承受冲击敲打和碰撞磨损的情况下是有利的。
由于熔敷金属在空冷条件下具有足够的韧性，所以堆焊层通常不进行热处理，然而，如果堆焊金属在某一温度下再加热发生脆化，那么可以对焊件进行加热到980～1010℃、保温2h的水淬处理，可恢复锰钢的韧性。但为了进行上述操作，必须确认熔敷金属无裂纹，否则裂纹氧化会引起结构件的严重损伤。
在高锰钢堆焊焊条中，有的加入钼，在锰钢中加入钼可提高屈服强度，如国标中的EDMn－B或AWS标准中的EFeMn－B。此外，钼提高低碳锰钢的韧性。这类焊条用来修复铁路岔道上的磨损铸件。
在锰钢焊条中添加镍，不明显改善屈服强度，但可提高焊缝延伸率。添加镍可防止低碳12%锰钢韧性的下降。含有0．5%～0．9%碳和3%～5%镍的高锰钢广泛地被用来制造焊条，如GB标准的EDMn－C或AWS标准的EFeMn－A，这种合金钢可减小堆焊层在再加热(425℃)时的脆化倾向。
当焊条在碳钢或低合金钢上堆焊时，过渡层中的锰可能会过低，以致形成马氏体组织，这样就可能使熔敷金属因脆性而剥落。为了解决这一问题，可以在碳钢或低合金钢上先堆焊一层奥氏体不锈钢，然后在不锈钢堆焊层上进行熔敷而不会损失奥氏体锰钢的韧性。
为了使高锰钢熔敷金属不至于在堆焊过程中产生裂纹，并尽量减小焊接拉应力，建议在熔敷一根甚至半根焊条后立即用圆头锤进行锤击。因为裂纹最易在820℃以上的温度发生，所以最好尽快地锤击焊道。
如果在磨损的锰钢零件上堆焊，为了避免母材脆化，保持韧性，应采用适当措施，如窄焊道和分段多层焊、加快冷却等，使距焊缝50mm处的温度低于260℃以下。
由于熔敷金属很难机加工，因此常选用打磨抛光。
5．高铬锰钢堆焊焊条 高铬锰钢堆焊焊条又称铬锰奥氏体堆焊焊条，堆焊金属含有12%～17%的铬和12%～18%的锰。高铬锰钢堆焊焊条熔敷金属不但具有与高锰钢焊条相似的奥氏体基体组织和焊后硬度，而且具有更好的耐磨、耐热、耐腐蚀和耐气蚀等性能。EDCrMn－B型适用于水轮机受气蚀破坏之零件，如叶片导水叶的堆焊以及铁路道岔、抓斗和破碎刃的堆焊，堆焊层焊后硬度HB≥200，经冷作硬化后硬度升高。EDCrMnA、EDCrMn－C和EDCrMn－D型适用于阀门密封面堆焊，其中EDCrMn－D主要用于球墨铸铁阀门密封面堆焊，EDCrMnC型由于含有镍、钼、钨、钒等合金元素，故堆焊层焊后硬度可达HB270以上。高铬锰钢堆焊焊条的焊接性优于高锰钢焊条，常在重要的高锰钢零件修复中使用，也可用于锰钢与碳钢的连接。
在市面上销售的还有一种低铬(含铬量3%左右)的铬锰奥氏体堆焊焊条，焊后硬度在HB200以上，同样可用于粉碎机锥头、筑路及矿山机械耐磨件堆焊，其堆焊工艺同奥氏体锰钢堆焊焊条。
6．高铬镍钢堆焊焊条 高铬镍钢堆焊焊条又称铬镍奥氏体钢堆焊焊条，其熔敷金属具有很好抗氧化、抗气蚀、耐腐蚀和较高的热强性能。EDCrNi－A是在18－8型铬镍奥氏体钢的基础上加入5%的硅以提高堆焊层硬度，HRC可达28～34，可用于蒸汽温度在570℃以下阀门密封面的堆焊，而EDCrNi－B则在EDCrNi－A的基础上再加入钼、钨、钒、铌等元素，进一步提高熔敷金属的高温硬度，在室温下的硬度HRC不低于37，可用于在600～650℃以下工作的锅炉阀门密封面、热锻模和热轧辊等的堆焊。EDCrNi－C比EDCrNi－A进一步提高了铬、锰含量，因而使堆焊层的高温硬度继续提高。
7．高速钢堆焊焊条 由于含有大量的铬、钼、钨、钒等元素，EDD型高速钢堆焊焊条的熔敷金属具有很高的硬度和优异的耐磨性和韧性，适用于工作温度不超过600℃的零部件的堆焊。其中高碳的EDD－A、EDD－B1和EDD－B2适宜于在切割及机械加工(刀具)中应用，而低碳的EDD－C则更适宜于在热加工和要求韧性的情况下使用。然而，这些焊接材料几乎是可以互换的。它们的典型应用是：切削刀具、剪床刀片、铰刀、成形模具、剪模、导轨、锭钳、拉刀以及其他相似工具的堆焊。上述堆焊金属的硬度一般在HRC55～60范围之内。
当堆焊层要求机加工时，可通过850～900℃退火处理将硬度降到HRC30左右。退火后进行淬硬处理：预热700～810℃，淬火1200～1230℃，空冷或油冷，二次回火550℃保温2h，空冷到室温。
高速钢有较高的高温硬度，一直到600℃硬度才缓慢下降。熔敷状态的焊缝金属能承受中等程度的冲击而不发生开裂，回火后抗冲击性能明显提高。
高速钢堆焊时，虽然在某些场合不要求预热，但通常采用预热，最低预热温度一般为150℃。
EDD－D为18%钨、4%铬和1%钒型高速钢焊条，是我国常用的高速钢切削刀具用堆焊材料。由于钼的原子量约为钨的一半，所以可以用1%的钼来代替18－4－1型钢中2%的钨，而性能保持不变，这就是为什么在美国的标准中只有含钼的高速钢，而不列入18%钨高速钢的原因。
8．合金铸铁堆焊焊条 EDZ型合金铸铁堆焊焊条熔敷金属中含有一定量的铬、钼、钨等合金元素，有的还加入少量的铌、硼等。如EDZ－A1为C－Cr－Mo型；EDZ－B1为C－W－B型；EDZ－B2为C－Cr－W型合金铸铁，上述合金元素的作用除提高耐磨性能外，也改善了耐热、耐蚀、抗氧化和韧性，并能承受轻度冲击。常用于矿山冶金机械、农业机械、混沙机、泥浆泵和螺旋送料机等主要承受低的磨料磨损部件的堆焊。
在常用的合金铸铁堆焊焊条中，熔敷金属中的含碳量一般在2．5%～5%之间，含铬量在10%以下，合金元素总量不超过25%，硬度HRC在50～60之间，基体为马氏体组织。
合金铸铁堆焊层有较大的裂纹倾向性，不易加工。根据堆焊合金的成分和零件结构，堆焊时需将工件预热到300～500℃，并在焊后缓慢冷却。
9．高铬铸铁堆焊焊条 EDZCr型高铬铸铁堆焊焊条熔敷金属具有优良的抗氧化和耐气蚀性能，硬度高，耐磨料磨损性能好。堆焊层的硬度HRC不低于55。
高铬铸铁堆焊金属含碳2．0%～6．0%，含铬15%～35%，但大都在22%～32%之间，为进一步提高耐磨性、耐蚀性和抗氧化性，还加入了钨、钼、镍、锰、硅、硼等合金元素。高铬铸铁的基体组织根据合金成分之不同可以是奥氏体，也可以是马氏体，在这些基体上分布着大量的针状碳化物(碳化物硬度为HV1750)，大大提高了堆焊层耐低应力磨料磨损的能力，如基体是马氏体组织，则对耐高应力磨料磨损是有利的。用钼、钨、钴等强化元素的高铬合金铸铁在480℃以下能保持较高的高温硬度，具有良好的耐热磨损性能，温度进一步提高到650℃，硬度明显下降。
在高铬铸铁中加入硼可显着提高耐磨料磨损性能，加入镍和降低碳可适量降低堆焊层的裂纹敏感性，但高铬铸铁堆焊金属的抗裂性很差，堆焊时由于应力释放一般均开裂，这些裂纹可能不影响堆焊层的使用性能，为保证堆焊质量，焊前要预热、焊后要缓冷。
EDZCr－A1A焊条系在奥氏体基体上含有大量碳化铬，提供了良好的耐磨性和韧性。熔敷金属不能机加工，必要时，只能采用打磨的办法。熔敷金属具有较强的抗冲击能力，但抗磨损能力稍低；EDZCr－A3焊条由于含锰量较低造成基体组织为马氏体，导致熔敷金属脆化，适用于低冲击、低应力擦伤磨损工况，主要用作耐泥沙磨损的堆焊材料；EDZCr－A6和 EDZCr－A7焊条的含碳量比较高，熔敷金属在奥氏体基体上含有六方形碳化铬，硬度为HRC50～60，主要用于低应力磨损并具有中等冲击的场合。
高铬铸铁堆焊焊条在生产中应用很广，主要用于经受轻度冲击载荷和强磨料磨损的零部件堆焊，如磨煤机辊、锤头、扇式碎煤机冲击板、高炉料钟、矿山破碎机、挖掘机、牙轮和钻轴等。
EDZCr－E×系列焊条的熔敷金属含有细小弥散分布的碳化铬及另一种或几种其他金属碳化物如碳化钒、碳化铌、碳化钨等。熔敷金属在高温下有较高的硬度，用于经受高应力磨损并具有中等程度冲击设备的堆焊。
10．钴基合金堆焊焊条 EDCoCr型钴基合金堆焊焊条熔敷金属具有优良的综合耐热性、耐腐蚀性和抗氧化性能，在600℃以上的高温下能保持较高的硬度。常用的钴基合金焊条为EDCoCr－A、EDCoCr－B和EDCoCr－C三种。钴基合金焊条熔敷金属含有25%～33%的铬时，具有抗氧化性；含有3．0%～14%的钨，具有高温强度；而钴基本身具有耐蚀性，属固溶基体；碳则是一种重要元素，它能提高熔敷金属的强度，当碳与铬结合成坚硬的碳化物时，可提高熔敷金属的硬度，而且随着含碳量的提高，熔敷金属的硬度上升，韧性下降，以适应不同用途的需要。含碳量较低的熔敷金属韧性好，能够承受冷、热条件下的冲击以及腐蚀和侵蚀等工况，适用于高温高压阀门密封面、泵轴、热锻模、热剪切机刀刃等的堆焊。高碳高钨堆焊材料的硬度高，耐磨性能好，但抗冲击能力弱，且不易加工，常用于牙轮钻头、轴承、旋转叶轮、粉碎机刀口、螺旋送料机等部件的堆焊。
钴基堆焊合金的突出性能是高温强度和高温硬度，它们在650℃时还有较高的硬度，表4．2－12列出预期可获得的钴基合金堆焊金属的高温硬度值。
表4．2－12 钴基合金堆焊金属的高温硬度值(HRC)
在540～650℃高温下，钴基合金熔敷金属具有较好的抗蠕变性能和高温硬度，这是它们在许多场合广泛应用的主要原因。
由于在熔敷金属中存在25%以上的铬，所以在氧化条件下能形成薄而紧密黏附的、起防护作用的氧化皮。此外，钴基合金熔敷金属在一般腐蚀介质中，具有良好的耐腐蚀性能，所以经常在要求耐磨性和耐腐蚀性的工况下使用。
虽然钴基合金堆焊焊条在耐磨方面具有广泛的用途，但如果高温和腐蚀不是重要因素的话，那么采用铁基堆焊焊条也能获得相应的耐磨性能。
钴基合金焊条堆焊时采用直流反极性，为了防止开裂，堆焊时应预热并缓慢冷却。钴基合金堆焊后，一般以焊态投入运行，但大面积堆焊时，一般推荐进行消除应力热处理，同时采用镍铬奥氏体不锈钢作为堆焊过渡层。
11．碳化钨堆焊焊条 EDW型碳化钨堆焊焊条的熔敷金属的组织为基体组织上弥散地分布着碳化钨颗粒，这种熔敷金属的硬度很高，抗高、低应力磨料磨损的能力较强，可在650℃以下工作，但耐冲击力低，裂纹倾向大。该焊条适用于受岩石强烈磨损的机械零件，如混凝土搅拌机叶片、挖泥机叶片、推土机和高速混沙箱部件等表面的堆焊。
随着碳化钨管状堆焊焊条的发展，其堆焊金属的硬度比较均匀，故碳化钨堆焊焊条的使用越来越受到限止。
12．特殊型堆焊焊条 EDTV型特殊堆焊焊条系含钒、含硼的低合金锰、钼焊条，其中含钒量为5．0%～8．0%，含硼量可高达0．15%，主要用于铸铁件如铸铁压延模、成型模以及其他铸铁模具的堆焊。
13．镍基合金堆焊焊条 EDNi型镍基合金堆焊焊条为具有Ni－Cr－B和Ni－Cr－WMo系熔敷金属的堆焊焊条。熔敷金属呈现出由碳化铬和硼化铬及富镍基体组成的组织，具有耐热和耐腐蚀的综合性能，良好的金属与金属间抗磨损性以及较强的抗低应力刮伤性能。主要用于如密封环、泥浆泵、活塞泵、套筒、螺旋进料机、挤压机螺杆、搅拌机等部件的堆焊。镍基合金堆焊焊条熔敷金属还具有一定的抗轻度负荷冲击性能和高温下的抗氧化性能。EDNiCr－C焊条堆焊金属的硬度为HRC49～56，在315℃、430℃和540℃温度下的硬度相应为HRC49、46和39。
用这些填充金属在碳钢和奥氏体不锈钢上堆焊时，母材无裂纹倾向，而在高碳钢和合金钢上堆焊时，为了防止母材开裂，必须进行预热和后热。
14．碳化钨管状堆焊焊条 EDGWC型碳化钨管状堆焊焊条通常为含有重量为60%碳化物颗粒的钢管(代号60∶40)。碳化物是由WC和W2C组成的混合物，它通过熔化、凝固、破碎及过筛获得一定的颗粒度来制造。碳化物颗粒的颗粒度对于熔敷金属的性能起重要作用，在各个类别中有适当的含有量。
熔敷金属为有足够量钨和碳形成的硬的基体，并在其中弥散地分布着碳化物颗粒，基体能支持硬的颗粒，并使颗粒固定于某一位置。耐磨性在很大程度上取决于未熔解碳化物的数量和颗粒度的大小。
碳化钨管状焊条熔敷金属硬度很高，抗高、低应力磨料磨损能力较强，适用于低冲击的耐磨场合，如挖掘机、推土机及采矿等设备易磨损表面的堆焊。用该类型的焊条也在某些工具的表面进行堆焊，如油井钻头和农用工具等。
由于含有钨，所以碳化钨熔敷金属的基体在540℃～650℃温度下仍保持有较高的硬度。
在用碳化钨管状焊条进行堆焊时，要求采用尽可能低的电弧能量，使颗粒的熔解度最小。颗粒的分布几乎完全由运条来控制，通常堆焊层的厚度为3．2mm左右，更厚的堆焊层可采用多层敷焊。