CN103192197B

CN103192197B - 一种堆焊复合制造工作辊的盖面堆焊材料及其制备方法

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Publication number: CN103192197B
Application number: CN201310092528.1A
Authority: CN
Inventors: 王清宝; 查显文; 王立志; 眭向荣; 肖静; 王凤; 李侠; 刘文武; 马会文
Original assignee: Beris Engineering And Research Qinhuangdao Corp; Zhongye Welding Technology Co ltd; Central Research Institute of Building and Construction Co Ltd MCC Group
Current assignee: Zhongye Welding Technology Co ltd; Central Research Institute of Building and Construction Co Ltd MCC Group; Shen Kan Qinhuangdao General Engineering Design and Research Institute Corp of MCC
Priority date: 2013-03-21
Filing date: 2013-03-21
Publication date: 2015-12-02
Anticipated expiration: 2033-03-21
Also published as: CN103192197A

Abstract

一种堆焊复合制造工作辊的盖面堆焊材料，其熔敷金属按重量百分比计含有：C0.3～0.8％；Mn1.0～4.8％；Si0.4～6.0％；Cr4.0～8.0％；Ti0.01～1.0％；V2.0～10％；W2.0～10.0％；Mo1.0～6.0％；Co2.0～5.0％；Ca0～0.4％；Ba0～0.4％；稀土元素0～0.5％；余量为Fe。其制备方法为：选择相应的化合物或合金粉体，按比例混合均匀得到盖面材料粉体；将钢带轧制成截面呈U形，向U型凹槽中填入盖面材料粉体，轧制成截面为O形的焊丝坯管；拉拔至成品焊丝。本发明能够大大降低轧辊消耗成本，解决了大压下工作辊使用寿命低的问题。

Description

一种堆焊复合制造工作辊的盖面堆焊材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种堆焊复合制造工作辊的盖面堆焊材料及其制备方法，尤其涉及一种堆焊复合制造连铸机超低速大压下量工作辊的盖面堆焊材料及其制备方法，属于堆焊技术领域。

背景技术

铸轧辊是铸轧机的核心设备，目前对于钢的连铸机超低速大压下的工作辊，国内外尚处于空白状态。中国专利申请(CN102189102A)公开了一种连铸机在线调厚辊式大压下液芯压制方法，其中所涉及的轧机的轧辊工作状态为接触弧长大(2000mm左右)，轧制速度低(0.4m/min～1.5m/min)，接触温度高(1200℃)，轧制力大(1200kN)，轧机为单道次大压下量70mm～90mm，连续轧制方式，单班次工作制度为连续轧制不少于22小时。工作过程中轧辊轧制约1200℃左右高温金属板，轧辊冷却方式为内部采用内周向通水冷却方式，表面采用气雾冷却方式。因此大压下量轧辊辊面要求具有良好的高温磨损及冷热疲劳交错性能等，工况条件极端，工作辊的寿命是制约技术发展和降低成本的关键。目前现有技术还没有适合本工况的轧辊材料，且此工作辊辊面约为2米，重量20多吨，属于大中型轧辊。

堆焊复合制造是焊接领域中的一个重要分支，是一种表面技术处理工艺方法，它是采用焊接方式在零件表面堆敷一层具有一定性能材料的工艺过程。堆焊复合制造在轧辊，尤其是热轧辊的修复领域获得了较好的应用，研究发现，对轧辊表面进行堆焊处理，可以明显延长轧辊寿命，降低轧钢消耗。采用中碳合金钢，如42CrMo，45#钢等作堆焊复合轧辊的基体材料，经调质处理后，具有较理想的强度和韧性，可以防止堆焊轧辊使用中产生裂纹和断辊，延长堆焊复合辊的使用寿命。因此，优化盖面堆焊材料，采用中碳合金钢复合制造工作辊，有望提高堆焊层和基层的结合强度，提高辊面的高温磨损及冷热疲劳交错性能，使堆焊轧辊应用在轧钢生产中，具有重要的意义，也完全符合我国“十一五”规划纲要提出的节能减排要求。

发明内容

本发明的目的在于针对大压下量轧机工作辊的特点，提供一种堆焊复合制造工作辊的盖面堆焊材料，以满足轧辊在低速高温大压下工作，其耐高温抗疲劳性好，使用寿命比常规轧辊长，且辊芯可循环使用，大大降低了轧辊消耗成本。

本发明的另一目的在于提供一种所述堆焊复合制造工作辊的盖面堆焊材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种堆焊复合制造工作辊的盖面堆焊材料，该盖面堆焊材料熔敷金属中按照重量百分比计含有以下成分：C0.3～0.8％；Mn1.0～4.8％；Si0.4～6.0％；Cr4.0～8.0％；Ti0.01～1.0％；V2.0～10％；W2.0～10.0％；Mo1.0～6.0％；Co2.0～5.0％；Ca0～0.4％；Ba0～0.4％；稀土元素0～0.5％；余量为Fe。

在所述盖面堆焊材料中，所述稀土元素为铈或钇。

在所述盖面堆焊材料中，Ca、Ba、Al、稀土铈或钇等元素的加入，一方面在堆焊熔敷金属中容易与杂质结合形成夹杂物，从而减少了堆焊基体中夹杂物的数量；另一方面容易在高温阶段形核，细化晶粒。两者结合在熔敷金属中起到纯化基体、细化晶粒的作用，从而提高堆焊材料的抗裂性能、强韧性能等工艺性能及力学性能。

优选地，所述盖面堆焊材料中杂质P的含量低于0.022％，且杂质S含量低于0.009％。

采用所述盖面堆焊材料堆焊复合制造工作辊时，堆焊熔敷金属500℃时的相关性能参数为：

屈服强度：σ_s＞1300Mpa；

断后伸长率：A＞10％；

断面收缩率：Z＞45％；

弹性模量：E＜1.7×10⁵Mpa；

20℃～500℃的线膨胀系数为：α_l＝12～13×10^-6K^-1；

以上参数满足：500·E·α_l+300＜σ_s。

一种上述堆焊符合制造工作辊的盖面堆焊材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)按照盖面堆焊材料中各组成成分之间的配比选择相应的化合物或合金粉体，按比例混合均匀得到盖面材料粉体；

(2)用纵剪机将厚度为0.3mm～1.0mm的冷轧钢带纵剪成宽8mm～16mm钢带，将钢带轧制成截面呈U形，向钢带的U型凹槽中填入盖面材料粉体，随后将钢带轧制成截面为O形焊丝坯管；

(3)用多联直线拉丝机将焊丝坯管拉拔至成品焊丝。

在上述方法中，所述O形焊丝坯管的截面直径为3mm～5mm。

在上述方法中，所述成品焊丝的截面直径为1.6mm～4.0mm。

本发明的优点在于：

本发明的盖面堆焊材料已成功应用在钢的连铸机超低速大压下工作辊的堆焊复合制造，能够满足轧辊在低速高温大压下工作，其耐高温抗疲劳性好，使用寿命比常规轧辊长，且辊芯可循环使用，大大降低轧辊消耗成本，完全解决了大压下工作辊使用寿命低的问题，弥补了国内外空白。其它轧机热轧工作辊的堆焊复合(再)制造也可以采用本发明的盖面堆焊材料。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明作进一步详细说明，但所列举的实施例并不用于限制本发明。

实施例1～4

根据表1中所示的各盖面堆焊材料熔敷金属的组成分别制备盖面堆焊材料。制备方法为：

(1)按照表1所示的配比换算后，选择相应的化合物或合金粉体，按比例在混粉器中混合均匀，得到盖面材料粉体；

(2)用纵剪机将厚度为0.3mm～1.0mm的冷轧钢带纵剪成宽8mm～16mm钢带，在轧丝机上将钢带轧制成截面呈U形，向钢带的U型凹槽中填加混合后的盖面材料粉体，随后将钢带轧制成截面为O形Φ3mm～5mm的焊丝坯管；

(3)用多联直线拉丝机将焊丝坯管拉拔至成品焊丝，尺寸Φ1.6mm～4.0mm，随后用层绕机分绕标准层绕卷。

表1盖面堆焊材料中各成分的质量百分比(wt％)

盖面堆焊材料的性能测试

将实施例1～4中制备的盖面堆焊材料，分别在母材为Cr5的合金辊上(Φ400mm×600mm)堆焊，先在基体上堆焊两层低合金打底层，单边堆焊厚度约为5mm，后堆焊实施例1～4中的盖面堆焊材料，单边堆焊厚度为55mm。堆焊操作的具体工艺参数如表2所示。

表2堆焊工艺参数

堆焊后经磁粉及超声波探伤表面无裂纹等缺陷，按国标规定分别在轧辊表面盖面层上分别制取：Φ10mm的拉伸试棒、55mm×10mm×10mm的冲击试样及测量弹性模量和线膨胀系数的多块试样，分别测量不同温度下的力学性能，其结果如表3所示。

表3不同温度下实施例1～4的盖面堆焊材料的部分力学性能

且上述所有指标均满足：500·E·α_l+300＜σ_s。

本发明的堆焊材料已成功应用在钢的连铸机超低速大压下工作辊的堆焊复合制造，其它轧机热轧工作辊的堆焊复合(再)制造也可以采用本发明的盖面堆焊材料。

Claims

1.一种堆焊复合制造工作辊的盖面堆焊材料，其特征在于，该盖面堆焊材料熔敷金属中按照重量百分比计含有以下成分：C0.3～0.8％；Mn1.0～4.8％；Si0.4～6.0％；Cr4.0～8.0％；Ti0.01～1.0％；V2.0～10％；W2.0～10.0％；Mo1.0～6.0％；Co2.0～5.0％；Ca0～0.4％；Ba0～0.4％；稀土元素0～0.5％；余量为Fe。

2.根据权利要求1所述的堆焊复合制造工作辊的盖面堆焊材料，其特征在于，所述稀土元素为铈或钇。

3.根据权利要求1或2所述的堆焊复合制造工作辊的盖面堆焊材料，其特征在于，所述盖面堆焊材料中杂质P的含量低于0.022％，且杂质S含量低于0.009％。

4.根据权利要求1或2所述的堆焊复合制造工作辊的盖面堆焊材料，其特征在于，采用所述盖面堆焊材料堆焊复合制造工作辊时，堆焊熔敷金属500℃时的相关性能参数为：

屈服强度：σ_s＞1300Mpa；

断后伸长率：A＞10％；

断面收缩率：Z＞45％；

弹性模量：E＜1.7×10⁵Mpa；

20℃～500℃的线膨胀系数为：α_l＝12～13×10^-6K^-1；

以上参数满足：500·E·α_l+300＜σ_s。

5.一种权利要求1所述的堆焊复合制造工作辊的盖面堆焊材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)按照盖面堆焊材料熔敷金属中各组成成分之间的配比选择相应的化合物或合金粉体，按比例混合均匀得到盖面材料粉体；

(3)用多联直线拉丝机将焊丝坯管拉拔至成品焊丝。

6.根据权利要求5所述的堆焊符合制造工作辊的盖面堆焊材料的制备方法，其特征在于，所述O形焊丝坯管的截面直径为3mm～5mm。

7.根据权利要求5所述的堆焊符合制造工作辊的盖面堆焊材料的制备方法，其特征在于，所述成品焊丝的截面直径为1.6mm～4.0mm。