CN102069270A - 用药芯焊丝堆焊修复矫直机支撑辊的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用药芯焊丝堆焊修复矫直机支撑辊的方法，堆焊过程分为四层进行焊接，第一层结合层，药芯焊丝成分：C0.03-0.07%，Si0.3-0.08%，Mn0.8-1.3%，Cr16-20%，Mo0.1-0.5%，余量为铁；第二层抗压层，药芯焊丝成分：C0.06-0.12%，Si0.3-0.6%，Mn0.8-1.3%，Cr10-14.5%，V0.1-0.3%，Nb0.15-0.45%，余量为铁；第三层止裂层，药芯焊丝成分：C0.35-0.5%，Si0.3-0.6%，Mn2-2.6%，Cr2-6%，Nb5.1-7.8%，V0.3-0.7%，余量为铁；第四层耐磨层，药芯焊丝成分：C0.45~0.55%，Si0.3~0.6%，Mn0.8~1.2%，Cr2~4%，Nb0.3-0.75%，V0.3~0.7%，W1.8~2.2%，V0.3~0.8%，余量为铁。本发明能避免矫直机支撑辊表面产生凹坑和龟裂等失效形式。

Description

用药芯焊丝堆焊修复矫直机支撑辊的方法

技术领域

本发明涉及一种中厚板矫直机支撑辊的修复方法。属冶金轧钢技术领域。

背景技术

矫直机支撑辊是中厚板轧制过程中必不可少的工序，随着控冷控轧工艺技术的应用，终轧与加速冷却后的钢板温度偏低（450℃~600℃），而钢板的屈服强度提高了很多，因而对矫直机支撑辊的向负负荷能力和强度提出了很高的要求。

传统矫直机支撑辊的制造方法为：50CrMnMo或60CrMnMo表面淬火，淬火厚度≤10mm，硬度值HRC42-45，使用过程中每2班就要下机精磨一次。短短几天，矫直机支撑辊就报废了，原因是表面淬火工艺的强化机理在于越薄淬火硬度越高，淬火层厚度大了，就很难达到表面的高硬度，淬火层越向下硬度值越低，且表面硬度的一致性难以控制，这直接影响了矫直机支撑辊的使用寿命。需采用堆焊技术来对矫直机支撑辊进行修复。

传统堆焊技术是采用含有Mo、Cr、W、Mn等此类熔敷金属成份与母材相近的焊接材料作为矫直机支撑辊表面堆焊材料，堆焊后的矫直机支撑辊使用寿命基本可接近或超过母辊的使用寿命，但也仅仅只可反复维修2-3次母体就彻底报废。原因是矫直机支撑辊工作温度为450℃~650℃，且要承受很大的压力，在反复的冷热疲劳以及交变的压应力环境下，矫直机支撑辊使用后表面就会产生凹坑和龟裂等失效形式，当龟裂深度向母体延伸一定数值，就失去了修复的价值，只好整体报废，其堆焊金属金相组织如图3。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种能避免矫直机支撑辊表面产生凹坑和龟裂等失效形式的用药芯焊丝堆焊修复矫直机支撑辊的方法。

本发明的目的是这样实现的：一种用药芯焊丝堆焊修复矫直机支撑辊的方法，堆焊过程分为四层进行焊接，第一层结合层，使用Φ3.2埋弧药芯焊丝，药芯焊丝成分重量百分比：C 0.03-0.07%，Si 0.3-0.08%，Mn 0.8-1.3%，Cr 16-20%，Mo 0.1-0.5%，余量为铁，各化学成份的重量百分比总和为100%；第二层抗压层，使用Φ3.2埋弧药芯焊丝，药芯焊丝成分重量百分比：C 0.06-0.12%，Si 0.3-0.6%，Mn 0.8-1.3%，Cr 10-14.5%，V 0.1-0.3%，Nb 0.15-0.45%，余量为铁，各化学成份的重量百分比总和为100%，硬度HRC45~47；第三层止裂层，使用Φ1.8明弧药芯焊丝，药芯焊丝成分重量百分比：C 0.35-0.5%，Si 0.3-0.6%，Mn 2-2.6%，Cr 2-6%，Nb 5.1-7.8%，V 0.3-0.7%，余量为铁，各化学成份的重量百分比总和为100%，硬度HRC50~52，焊层厚度1~1.2mm；第四层耐磨层，使用Φ3.2埋弧药芯焊丝，药芯焊丝成分重量百分比：C 0.45~0.55%，Si 0.3~0.6%，Mn 0.8~1.2%，Cr 2~4%，Nb 0.3-0.75%，V 0.3~0.7%，W 1.8~2.2%，V 0.3~0.8%，余量为铁，各化学成份的重量百分比总和为100%，硬度HRC52~54，

具体实施的工艺过程是：将要堆焊的矫直机支撑辊进行除污清洗，用车床在待堆焊的矫直机支撑辊工作面上车掉疲劳层3~5mm，放入加热炉内升温至415℃±15℃，升温时间按H=D/30公式计算，D为矫直机支撑辊直径，单位mm，保温2小时±0.5小时，然后装夹在堆焊机上进行堆焊，首先是焊结合层，其次是焊抗压层，再次是焊止裂层，最后是焊耐磨层，连续堆焊完成；焊完后放入热处理炉内进行焊后热处理，热处理炉初始温度在320~350℃，随后将炉温升至420~450℃，升温速度30℃~35℃/ h，保温2小时±0.5小时，缓冷至室温，缓冷速度35℃~40℃/ h，然后再升温至530℃，升温速度30℃~50℃/ h，再升温至550℃，升温速度20℃~30℃/ h，保温6小时±0.5小时，冷却至100℃以下出炉，降温速度：550℃~300℃，25℃~30℃/ h；300℃~100℃，30℃~50℃/ h，最后空冷至室温。

本发明用药芯焊丝堆焊修复矫直机支撑辊的方法，

对于Φ3.2mm药芯焊丝，要求：

焊接电流：300~350A

焊接电压：27~31V

焊接速度：350~450mm/min

焊道搭接：相邻焊道搭接50%-60%

焊接极性：采用直流反接

焊接电源特性：采用具有弧压反馈的下降特性

焊弧导前距离：12.5~50.5mm

焊丝伸出长度：20~35mm

焊道层间温度，即焊完一层旋转回来再次焊下一层时的温度要控制在320℃~350℃；

对于Φ1.8mm药芯焊丝，要求：

安装遮护装置

焊接电流：130~170A

焊接电压：19~23V

焊接速度：500~700mm/min

焊道搭接：相邻焊道搭接30%-40%

焊接极性：采用直流反接

焊弧导前距离：12.5~50.5mm

焊丝伸出长度：35~50mm

焊道层间温度，即焊完一层旋转回来再次焊下一层时的温度要控制在：280~320℃。

堆焊结合层的目的是降低矫直机支撑辊辊坯的C含量，适当提升Cr含量，使焊材与支撑辊工作面有良好的结合并增加结合部位的韧性，为后续堆焊实施提供保障。

堆焊抗压层的目的是增加支撑辊的抗压性及抗冲击性，增强矫直机支撑辊的抗压强度，增加再制造的寿命。该层焊材的综合性能已超出了矫直机支撑辊母材的性能。

堆焊止裂层的目的是：本发明调查现有国际和国内矫直机矫直辊的使用情况，发现矫直机矫直辊的报废形式大部分是因为矫直机支撑辊辊体表面产生凹坑，龟裂等冷热疲劳裂纹向母体不规则延伸造成的。如果阻止裂纹向下延伸，就要大幅度提高合金的韧性。合金韧性的提高，其强度和硬度不可避免降低，从而耐磨性能急剧下降，无法保证矫直机支撑辊的使用寿命（即软、硬不可并存）。为了实现同一矫直机支撑辊母体上极韧性与硬度、强度并存、为了阻止热裂纹及隐性裂纹的向下延伸，增加矫直机支撑辊母体的再制造次数，增强矫直机支撑辊的抗冲击性能，本发明增设有一层止裂层。止裂层中，Nb在合金中主要作用是通过控制脱溶碳化物粒子大小，数量和分布，达到钢的热强性及细化晶体颗粒。由于Nb是碳化物，C的控制极为重要，C含量稍高或焊接温度超过320℃，则金属表面弥散析出高硬度值的碳化铌，从而失去的细化晶粒的作用，而锰元素温度高于320℃则失去韧性变脆。而温度低于280℃则低于合金Ms点，金属晶粒粗大，易开裂。因此热输入的控制对止裂层的成功与否极为重要，从热输入的情况反映埋弧焊接的方法是无法达到提高金属韧性的，止裂层采用明弧焊接优点是：无焊剂覆盖，焊丝直径小，减小了热量输入，防止碳含量的烧损，保证了金属元素间相互化合所需要的温度环境，焊后为抗高压能力、抗龟裂及韧性极佳的铁素体+贝氏体组织，如图2，同时也保证了金属材料的强度和硬度不变。堆焊金属中Mn、Nb元素特性组合具有极好的抗裂性能和抗冲击性韧性，能有效地阻止辊面的疲劳裂纹向母体延伸，有效地保护辊体不受损坏。Cr、Nb、V元素组合等堆焊金属具有较高的抗压强度和良好的抗冲击韧性，能够有效对辊面的高硬度耐磨性提供支撑、抗压高达150Mpa压力，提高了材料的高温屈服强度，Nb与稀土的使用极度增强了焊材的抗疲劳强度和耐磨性，同时抑制了焊材的蠕变变形，而塑性不降低。

堆焊耐磨层的目的是：获得高抗冲击、去疲劳载荷塑韧性、提高矫直机矫直辊的使用寿命。

本发明的有益效果是：

本发明方法克服了传统工艺制造或修复的弊端，克服了韧性与强度、硬度不可并存的难题。支撑辊硬度均匀，耐磨性优良，具有良好的耐热疲劳性，提高使用寿命达数倍以上，提高反复制造次数可达数十次以上，延长了矫直机支撑辊的上机使用寿命，减少了钢铁企业的维护成本，解决了矫直机矫直辊寿命短、耐磨性差，再制造循环利用次数少，生产成本高等问题。

传统的堆焊修复只能堆焊2~3次，矫直辊母体就因此热裂纹及疲劳裂纹的向母体延伸而失去的修复的价值。本发明采用止裂层，使因上述外部环境造成的辊体失效形式，只反映在辊体表面上，阻止了裂纹的向下扩散，达到矫直机支撑辊可反复再制造数十次。

附图说明

图1为本发明的焊后热处理工艺曲线图。

图2为本发明止裂层堆焊金属金相组织图（铁素体+贝氏体）。

图3为传统堆焊金属金相组织图（贝氏体+马氏体）。

具体实施方式：

本发明涉及一种用药芯焊丝堆焊修复矫直机支撑辊的方法，堆焊过程分为四层进行焊接，第一层结合层，使用Φ3.2埋弧药芯焊丝，药芯焊丝成分重量百分比：C 0.03-0.07%，Si 0.3-0.08%，Mn 0.8-1.3%，Cr 16-20%，Mo 0.1-0.5%，余量为铁，各化学成份的重量百分比总和为100%；第二层抗压层，使用Φ3.2埋弧药芯焊丝，药芯焊丝成分重量百分比：C 0.06-0.12%，Si 0.3-0.6%，Mn 0.8-1.3%，Cr 10-14.5%，V 0.1-0.3%，Nb 0.15-0.45%，余量为铁，各化学成份的重量百分比总和为100%，硬度HRC45~47；第三层止裂层，使用Φ1.8明弧药芯焊丝，药芯焊丝成分重量百分比：C 0.35-0.5%，Si 0.3-0.6%，Mn 2-2.6%，Cr 2-6%，Nb 5.1-7.8%，V 0.3-0.7%，余量为铁，各化学成份的重量百分比总和为100%，硬度HRC50~52，焊层厚度1~1.2mm；第四层耐磨层，使用Φ3.2埋弧药芯焊丝，药芯焊丝成分重量百分比：C 0.45~0.55%，Si 0.3~0.6%，Mn 0.8~1.2%，Cr 2~4%，Nb 0.3-0.75%，V 0.3~0.7%，W 1.8~2.2 %，V 0.3~0.8%，余量为铁，各化学成份的重量百分比总和为100%，硬度HRC52~54。 

具体实施的工艺过程是：将要堆焊的矫直机支撑辊进行除污清洗，用车床在待堆焊的矫直机支撑辊工作面上车掉疲劳层3~5mm，放入加热炉内升温至415℃±15℃，升温时间按H=D/30公式计算，D为矫直机支撑辊直径，单位mm，保温2小时±0.5小时，目的是降低焊接过程中堆焊金属及热影响区的冷却速度。然后装夹在堆焊机上进行堆焊，首先是焊结合层，其次是焊抗压层，再次是焊止裂层，最后是焊耐磨层，连续堆焊完成；焊接层间温度即焊完一层旋转回来再次焊下一层时的温度要控制在320℃~350℃，由于止裂层是明弧堆焊，需加快矫直辊的的旋转速度，并预装好遮护装置。焊完后放入热处理炉内进行焊后热处理，热处理炉初始温度在320~350℃，随后将炉温升至420~450℃，升温速度30℃~35℃/ h，保温2小时±0.5小时，缓冷至室温，缓冷速度35℃~40℃/ h，然后再升温至530℃，升温速度30℃~50℃/ h，再升温至550℃，升温速度20℃~30℃/ h，保温6小时±0.5小时，冷却至100℃以下出炉，降温速度：550℃~300℃，25℃~30℃/ h；300℃~100℃，30℃~50℃/ h，最后空冷至室温。为充分发挥材料的性能，选择550℃回火，以产生充分的弥散强化效应。焊后热处理工艺曲线如图1所示。

对于Φ3.2mm药芯焊丝，要求：

焊接电流：300~350A

焊接电压：27~31V

焊接速度：350~450mm/min

焊道搭接：相邻焊道搭接50%-60%

焊接极性：采用直流反接

焊接电源特性：采用具有弧压反馈的下降特性

焊弧导前距离：12.5~50.5mm

焊丝伸出长度：20~35mm

焊道层间温度，即焊完一层旋转回来再次焊下一层时的温度要控制在320℃~350℃；

对于Φ1.8mm药芯焊丝，要求：

安装遮护装置

焊接电流：130~170A

焊接电压：19~23V

焊接速度：500~700mm/min

焊道搭接：相邻焊道搭接30%-40%

焊接极性：采用直流反接

焊弧导前距离： 12.5~50.5mm

焊丝伸出长度：35~50mm

焊道层间温度，即焊完一层旋转回来再次焊下一层时的温度要控制在：280~320℃。

Claims (2)

1.一种用药芯焊丝堆焊修复矫直机支撑辊的方法，其特征在于：堆焊过程分为四层进行焊接，第一层结合层，使用Φ3.2埋弧药芯焊丝，药芯焊丝成分重量百分比：C 0.03-0.07%，Si 0.3-0.08%，Mn 0.8-1.3%，Cr 16-20%，Mo 0.1-0.5%，余量为铁，各化学成份的重量百分比总和为100%；第二层抗压层，使用Φ3.2埋弧药芯焊丝，药芯焊丝成分重量百分比：C 0.06-0.12%，Si 0.3-0.6%，Mn 0.8-1.3%，Cr 10-14.5%，V 0.1-0.3%，Nb 0.15-0.45%，余量为铁，各化学成份的重量百分比总和为100%，硬度HRC45~47；第三层止裂层，使用Φ1.8明弧药芯焊丝，药芯焊丝成分重量百分比：C 0.35-0.5%，Si 0.3-0.6%，Mn 2-2.6%，Cr 2-6%，Nb 5.1-7.8%，V 0.3-0.7%，余量为铁，各化学成份的重量百分比总和为100%，硬度HRC50~52，焊层厚度1~1.2mm；第四层耐磨层，使用Φ3.2埋弧药芯焊丝，药芯焊丝成分重量百分比：C 0.45~0.55%，Si 0.3~0.6%，Mn 0.8~1.2%，Cr 2~4%，Nb 0.3-0.75%，V 0.3~0.7%，W 1.8~2.2%，V 0.3~0.8%，余量为铁，各化学成份的重量百分比总和为100%，硬度HRC52~54，

具体实施的工艺过程是：将要堆焊的矫直机支撑辊进行除污清洗，用车床在待堆焊的矫直机支撑辊工作面上车掉疲劳层3~5mm，放入加热炉内升温至415℃±15℃，升温时间按H=D/30公式计算，D为矫直机支撑辊直径，单位mm，保温2小时±0.5小时，然后装夹在堆焊机上进行堆焊，首先是焊结合层，其次是焊抗压层，再次是焊止裂层，最后是焊耐磨层，连续堆焊完成；焊接层间温度即焊完一层旋转回来再次焊下一层时的温度要控制在320℃~350℃，焊完后放入热处理炉内进行焊后热处理，热处理炉初始温度在320~350℃，随后将炉温升至420~450℃，升温速度30℃~35℃/ h，保温2小时±0.5小时，缓冷至室温；缓冷速度35℃~40℃/ h，然后再升温至530℃，升温速度30℃~50℃/ h，再升温至550℃，升温速度20℃~30℃/ h，保温6小时±0.5小时，冷却至100℃以下出炉，降温速度：550℃~300℃，25℃~30℃/ h；300℃~100℃，30℃~50℃/ h，最后空冷至室温。

2.根据权利要求1所述的一种用药芯焊丝堆焊修复矫直机支撑辊的方法，其特征在于：

对于Φ3.2mm药芯焊丝，要求：

焊接电流：300~350A

焊接电压：27~31V

焊接速度：350~450mm/min

焊道搭接：相邻焊道搭接50%-60%

焊接极性：采用直流反接

焊接电源特性：采用具有弧压反馈的下降特性

焊弧导前距离：12.5~50.5mm

焊丝伸出长度：20~35mm

焊道层间温度，即焊完一层旋转回来再次焊下一层时的温度要控制在320℃~350℃；

对于Φ1.8mm药芯焊丝，要求：

安装遮护装置  

焊接电流：130~170A

焊接电压：19~23V

焊接速度：500~700mm/min

焊道搭接：相邻焊道搭接30%-40%

焊接极性：采用直流反接

焊弧导前距离： 12.5~50.5mm

焊丝伸出长度：35~50mm

焊道层间温度，即焊完一层旋转回来再次焊下一层时的温度要控制在：280~320℃。

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