钻杆接头耐磨带以其一定的耐磨性，保护钻杆接头和套管免遭强烈的磨损，在深井、大位移井和大斜度井钻井工程中获得了广泛应用川。目前在工程上使用的耐磨带堆焊材料主要有铁基自熔合金粉等离子弧堆焊、气体保护堆焊药芯焊丝和等离子弧粉末喷焊等。然而所使用耐磨带材料多数以碳化钨、碳化铬为耐磨骨架对钻杆接头进行保护，但这些材料在实际应用中容易造成堆焊层剥落。目前国内钻井所使用的耐磨带主要以国外安科公司的XT系列气体保护堆焊药芯焊丝为主。

　　明弧堆焊药芯焊丝近几年在堆焊行业得到大量应用，具有质量好、效率高、综合成本低等优点，适用于钻井、采煤、矿山机械修复等野外作业。北京固本通过在药芯焊丝中添加微量的硼元素，研制开发了一种新型的铁基KB100耐磨带焊丝，并对其堆焊层的微观组织、硬度和磨粒磨损性能进行了分析。

　　1、试验材料及方法

　　1.1、试验材料

　　试验采用自行开发的KB100耐磨带焊丝丝，直径为1.6m，基体为Q235低碳钢，规格为200mm×100mm×10mm。

　　1.2、试验方法

　　钻杆接头堆焊多采用单层焊缝，对外形尺寸要求比较严格。KB100药芯焊丝在焊接过程中焊缝成形较好，飞溅少。

　　磨损试验用试样是利用摆丝机构平行堆焊5道焊缝，每道焊缝宽巧15-20mm，空冷后用线切割方法制取3个尺寸为57mm×25mm×8mm的试样，以及用于金相、硬度测试的若干试样。磨粒磨损试验采用MLS-225型湿式橡胶轮磨粒磨损试验机，为典型的三体磨粒磨损磨粒石英砂在橡胶轮和试件表面流动从而引起磨损。试验参数如下橡胶轮转速为240r/min;橡胶轮硬度邵尔硬度载荷分别为40N、70N、100N，磨料为0.212-0.425mm的石英砂;预磨500r;精磨200r。材料的耐磨性能用磨损的失重来衡量，在试验前后，将试件放人盛有丙酮溶液的烧杯中，在超声波清洗仪中清洗3~5min，干燥后用精度为01mg的塞多利斯BS224S型电子天平称量。算出磨损前后试件的重量差，即为失重量。取3个试样的平均值衡量涂层的耐磨性。试验同时选用国外某公司的堆焊药芯焊丝在同一工艺条件下施焊作为对比，对比件失重量与测量件失重量之比作为KB100的相对耐磨性。

　　2、试验结果及讨论

　　2.1、堆焊层组织

　　针对钻杆接头的工况，如试验在药芯中添加了B、VCr、Ni、等合金元素，使设计的焊缝基体组织为低碳马氏体。对堆焊层进行磨抛、腐蚀后，观察不同放大倍数下的焊缝金相组织。KB100焊态组织为低碳板条马氏体和少量残余奥氏体。马氏体呈细小包状晶分布，晶界细小，无预热情况下无明显裂纹。由于马氏体相界面阻碍了位错运动，造成马氏体束尺寸较小，残余奥氏体较少，因而导致基体硬度较高。另外，当合金中碳含量低，硼含量小于0.64%时，堆焊合金硬度会随硼含量增加急剧上升，主要是因为基体组织会形成含硼渗碳体Fe23(CB)5，因而保证了其具有高的硬度。

　　2.2、堆焊层的硬度

　　钻杆接头的工作环境十分恶劣，主要受到富含硅铝的硅酸盐岩石及砂粒的切削式磨粒磨损。因此要求接头耐磨带硬度高，而目前应用的耐磨材料一般达到50~55HRC。KB100药芯焊丝单层堆焊焊缝的洛氏硬度值比较均匀，在59~61.5HRC之间，平均硬度值为60.2HRC，单层堆焊层具有较高的硬度。

　　2.3、磨粒磨损结果与讨论

　　KB100堆焊层磨损量相对国外某丝材明显减小，表明KB100具有更好的耐磨粒磨损性能。磨损过程中，硼碳化合物在马氏体基体中的存在会增加位错能，提高堆焊层整体的硬度与耐磨性，从而保证了其具有高的硬度和耐磨性。另外，合金中加人了适量的钒，在焊接过程中，钒会消耗部分碳，形成碳化钒。碳化钒在结晶过程中由于熔点高而首先形核长大，相对于后续形核的相起到形核质点的作用，因而导致基体组织细小。同时钒的加人可增加铬在奥氏体中的含量，减少了网状，(CrFe)3C在晶界处的生成，增强了基体的连续性，提高了耐磨性。

　　3、结论

　　(1)研制了一种用于钻杆接头耐磨带用KB100铁基明弧堆焊药芯焊丝，堆焊层成形好，飞溅少。单层堆焊层硬度达60HRC。

　　(2)通过向合金中加人微量的硼，使其形成硼碳化合物固溶于马氏体中，提高了材料整体的硬度和耐磨性。磨损试验结果表明，研制的KB100耐磨带焊丝相比国外某焊丝具有更好的抗磨粒磨损性能，提高约1.3倍以上。