CN103418923B

CN103418923B - 一种磨损轧辊的堆焊修复方法

Info

Publication number: CN103418923B
Application number: CN201310388535.6A
Authority: CN
Inventors: 苏振清; 李祖来; 刘洪喜; 蒋业华; 符寒光
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2013-08-30
Filing date: 2013-08-30
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2033-08-30
Also published as: CN103418923A

Abstract

一种磨损轧辊的堆焊修复方法，其特征在于包括以下工艺步骤：先将磨损轧辊的磨损表面进行车削加工，然后在加工表面上堆焊高强韧过渡层，再在过渡层上堆焊耐磨工作层，然后对堆焊修复轧辊进行热处理，最后精加工至规定尺寸和精度。本发明与以往的生产制造工艺与生产方法相比，生产制造成本较低，生产制造周期较短，堆焊修复轧辊使用寿命长。

Description

一种磨损轧辊的堆焊修复方法

技术领域

本发明公开了一种磨损部件堆焊修复方法，特别涉及一种磨损轧辊的堆焊修复方法，属于表面处理技术领域。

背景技术

轧辊是轧钢生产的关键工具，必须能够承受相当强烈的力与热的作用。除了要有良好的抗断裂性能外，表面还应具有良好的耐磨、耐热性能，这不仅因为轧辊与产品的成本密切相关，而且直接决定热轧产品质量和轧机生产作业率。因此提高热轧辊表面耐磨性的研究已引起了国内外的重视，热轧辊的材料不断地得到改进和发展，从早期的普通冷硬铸铁、无限冷硬合金铸铁、高铬铸铁、高铬铸钢，到目前国外广泛使用的高速钢、硬质合金，大致是热轧辊发展的过程。中国发明专利CN102366830A公开了一种含硼轧辊的铸造方法，所述含硼轧辊的外层采用离心铸造方法成形，辊芯采用球墨铸铁，并以顶注方法浇注成形。该发明方法在所采用的轧辊外层材料中含有硼，以提高轧辊的耐磨性，同时添加V、W、Mo等碳化物形成元素，提高轧辊的硬度，但这种元素比现有的高速钢轧辊中的添加量低得多，因此，以低成本获得了好的轧辊性能。同时，这些元素的协同作用细化了凝固组织，改善了碳化物形态和分布，提高了高速钢轧辊强度和韧性。中国发明专利CN102319897A还公开了一种喷射成形高钒高速钢复合轧辊的制造方法。高钒高速钢化学组成成分（质量分数，%）是：1.7-1.8C，1.2-1.6Si，5.0-6.0Cr；1.2-1.4Mo；0.5-0.6Mn；8.0-10.0V，余量为Fe；所述轧辊辊芯是球磨铸铁。该发明还公开了上述喷射轧辊的制备方法：将辊芯用感应线圈预热到一定温度，同时将外层高速钢在真空感应炉中熔炼，采用喷射成形的方法，将高速钢金属液流用氮气雾化并沉积在旋转的辊芯上复合成形。该复合轧辊外层组织均匀，消除粗大共晶碳化物及组织偏析，在辊芯与喷射层之间形成良好的冶金结合，辊面硬度高，耐磨性好，疲劳性能提高，使用寿命更长，随着设备的成熟，喷射成形复合轧辊具有更高更好的经济效益。中国发明专利CN102061423A还公开了一种含硼高速钢轧辊材料的复合处理方法，处理步骤如下：首先在电炉内熔炼高速钢轧辊材料，钢水经脱氧、脱硫后，将温度升至1630～1650℃后出炉，然后将加热至1000～1100℃，并破碎至2～6mm的硼铁颗粒随流冲入钢包。钢包底部预先加入了含稀土、钾、镁、锶、钙等多种微量元素的复合变质剂，钢水出炉3～5分钟后，在钢包底部对钢水进行吹氩净化处理，吹氩时间6～10分钟，钢水温度达到1460～1480℃后，将钢水浇注成轧辊。轧辊具有夹杂物少、力学性能高和使用寿命长等特点，推广应用具有很好的经济效益。中国发明专利CN102000822A还公开了一种大直径硬质合金轧辊的制造方法，包括配料、湿磨、过筛、压制、脱蜡、烧结，所述配料步骤中按重量百分比70～73％碳化钨粉末、24～27％钴粉末和3～6％镍粉末的比例进行配制，其中碳化钨粉末采用粒径20μm以上的超粗晶碳化钨粉末。该发明所得产品硬质合金轧辊硬度高、耐磨性好。在棒线材轧机上的应用体现出如下优点：(1)提高钢材产品质量，使钢材表面质量和公差尺寸得到彻底改善，负偏差控制非常精确；(2)减少换槽、换辊次数和停机时间，提高轧机生产利用率和产量，使轧机在同样时间内创造出更大的经济效益；(3)降低产品的废品率，减轻生产车间劳动强度；(4)降低生产成本，是企业增效的有效途径；(5)有利于无头轧制技术的应用。

但是，轧辊失效仅发生在轧辊磨损表面，因此对热轧辊表面进行堆焊强化技术，不仅能使热轧辊的使用寿命大幅提高，提高轧机作业率，节省大量的轧辊用钢，而且对失效轧辊的修复可实现废辊再生，降低辊耗，是轧钢生产中提高生产效率，实行增产节约，降低消耗的有效措施之一。目前用于热轧辊堆焊表面强化技术的焊丝中，药芯焊丝因具有对各种钢材焊接适应性强、工艺性能好、焊缝成形良好且美观、熔敷速度快、生产效率高等特点而得到广泛应用，在这项工艺中，焊丝材料的化学成分作为决定堆焊质量的最主要因素，成为国内外从事堆焊修复作业人员关注的焦点问题。

有关堆焊焊丝最新国标GB984-2001显示，根据药芯焊丝的型号、性能特点及适用范围，目前可用于热轧辊堆焊表面强化的主要有以下四类：①EDRCrMnMo、EDRCrW、EDRCrMoWV，这类堆焊焊丝材料除Cr外，还含有Mo、W、V或Ni等其它合金元素，在高温中能保持足够的硬度和抗疲劳性；②EDRCrMoWCo，这类焊丝材料主要适用于工作条件差的热模具，如镦粗、拉伸和冲孔等模具的堆焊，也可用于金属切削刀具的堆焊；③EDCrNi（高铬镍钢堆焊焊条），这类焊丝材料堆焊后，熔覆金属具有较好的抗氧化、气蚀、腐蚀性能和热强性能，加入Si或W能提高耐磨性，可以堆焊600℃~650℃以下工作热轧辊等；④EDD（高速钢堆焊焊条），这类焊丝材料适用于温度不高于600℃的工作条件下，熔敷金属具有高的硬度、耐磨性和韧性。含碳高的适用于切割及机械加工，含碳低的热加工及韧性较好，通常可用于刀具、剪力、绞刀、成型模、剪模及其类似工具的堆焊。中国发明专利CN101003104公开了一种型材轧辊堆焊修复工艺，其工艺步骤顺序依次为轧辊焊前粗车，探伤检测，预热，堆焊过渡层，堆焊工作层，焊后热处理，轧辊成品车削加工，探伤检测；过渡层堆焊材料采用 SN-YD1031药芯焊丝配SSF焊剂，工作层堆焊材料采用SN-YD285药芯焊丝配HJ107焊剂，在堆焊过程中单边每堆焊30mm厚时进行一次中间热处理，堆焊完成后进行焊后热处理。用该方法修复的BD2轧辊经探伤检验，无夹渣、未熔合、未焊透、裂纹等焊接缺陷，硬度在 HRC35-42范围，能满足轧辊轧制使用要求。中国发明专利CN102615449A还公开了一种具有薄层熔渣保护的轧辊堆焊药粉，是由合金和造渣稳弧剂均匀混合制成，合金含量为88wt%~92wt%，造渣稳弧剂含量为12wt%~8wt%。应用该发明的药粉并配合具有送粉送气双功能的焊炬使用，在熔池表面形成一层厚度不超过0.5mm的薄渣，起到改善焊缝成型的作用，焊接时不用清渣即可进行多层焊接，提高了焊接效率。中国发明专利CN101804530A还公开一种BD轧辊堆焊修复专用药芯焊丝，由管皮和药芯组成，其管皮为HO8A钢带，其药芯组成为：含15-25%质量百分比的高碳铬铁，2-10%质量百分比的微碳铬铁，5-7%质量百分比的金属锰，6-12%质量百分比的钼铁，3-10%质量百分比的钨铁，5-10%质量百分比的钒铁，0.5-6%质量百分比的钛铁，0.3-5%质量百分比的钇基稀土，1-3%质量百分比的铌铁，4-10%质量百分比的冰晶石，10-50%质量百分比的铁粉，填充系数为30-45%。该发明选用最佳合金匹配的Cr-Mo-W-V合金体系，并进行Ti-Nb-Re微量合金细化晶粒，使堆敷修复层具有高硬度、高耐磨、高耐热、高韧性、高抗冷热交变热疲劳性能，使堆焊修复的BD轧辊比普通轧辊药芯焊丝修复的BD轧辊寿命有了成倍的提高。中国发明专利CN1152491还公开了一种轧辊堆焊焊条，采用Ｈ０８Ａ钢做焊芯，焊条药皮为低氢型渣系，药皮由高碳铬铁８～１０％，钼铁３～５％，金属钨０．５～１．５％，高碳锰铁１～３％，碳酸锂０～１％，羧甲基纤维素１～２％等组成（配比按重量百分比）。该焊条适用于9Cr2、9CrSi、9CrV、9Cr2Mo、9CrW、9Cr2MoV等轧辊钢的堆焊，也可用于其它碳钢和合金钢的堆焊，常温下堆焊层硬度ＨＲｃ≥６０，焊前不预热，焊后不必再进行热处理，堆焊层无裂纹，焊态下可直接使用。

但是，采用以上技术用于磨损轧辊的堆焊修复，普遍存在以下问题：堆焊修复层硬度均匀性差，轧辊使用极不稳定；堆焊修复层易出现夹杂、气孔和裂纹等缺陷，导致轧辊耐磨性的下降；堆焊修复层强韧性低，导致轧辊使用中易出现疲劳开裂和剥落，降低堆焊修复轧辊的使用寿命。

发明内容

本发明针对现有磨损轧辊在堆焊修复中存在的上述问题，通过开发新型堆焊材料和堆焊工艺，实现磨损轧辊堆焊修复层的高强度、高硬度，硬度均匀性好，具有良好的耐磨性和抗疲劳性能，从而实现堆焊修复轧辊的延寿。

本发明的目的可以通过以下措施来实现：

一种磨损轧辊的堆焊修复方法，包括以下工艺步骤：先将磨损轧辊的磨损表面进行车削加工，然后在加工表面上堆焊高强韧过渡层，再在过渡层上堆焊耐磨工作层，然后对堆焊轧辊进行热处理，最后精加工至规定尺寸和精度。一种磨损轧辊的堆焊修复方法，其具体工艺步骤为：

① 将磨损轧辊的磨损表面进行车削加工，去除所有裂纹和孔洞，得到光洁的轧辊磨损表面。

② 然后在上述磨损轧辊的加工表面上堆焊高强韧过渡层，其厚度控制在3~5mm，再在过渡层上堆焊耐磨工作层，其厚度控制在20~50mm，轧辊堆焊过程中，轧辊辊体温度控制在300~450℃。

③ 将上述堆焊修复后的轧辊随炉加热至450~550℃，保温10~20h，然后炉冷至温度低于150℃后出炉空冷至室温，最后精加工至规定尺寸和精度。

如上所述的堆焊高强韧过渡层的化学成分及质量分数为：0.15~0.26%C, 0.30~0.60%Si, 0.20~0.50%Mn, 0.15~0.30%Mo, 0.15~0.30%Ni, 0.08~0.12%Ti, 0.05~0.09%N, S<0.035%, P<0.040%, 余量Fe。

如上所述的堆焊耐磨工作层的化学成分及质量分数为：0.32~0.38%C,1.75~2.10%Cr, 1.25~1.50%W, 1.55~1.80%Mo, 0.25~0.40%V,0.25~0.40%Nb, 0.03~0.05%La, 0.03~0.05%Ce, 0.10~0.15%N 0.008~0.025%Ca, 0.25~0.40%Ni, 0.015~0.030%Ba, 0.85~1.05%Si,0.25~0.60%Mn, 0.008~0.025%Mg, S<0.030%, P<0.035%, 且0.06%<La+Ce<0.09%, 0.55%<V+Nb<0.75%, 余量Fe。

本发明在堆焊高强韧过渡层中，碳含量控制在0.15~0.26%C，使过渡层具有很好的韧性，另外，加入0.30~0.60%Si, 0.20~0.50%Mn, 0.15~0.30%Mo和0.15~0.30%Ni，可以起固溶强化作用，有利于过渡层强度的提高，继续加入0.08~0.12%Ti和0.05~0.09%N，在堆焊过程中可以形成细小的TiN质点，起凝固形核核心作用，促进堆焊组织的细化，有利于提高堆焊层的强韧性。

本发明在堆焊耐磨工作层中，加入1.75~2.10%Cr, 1.25~1.50%W, 1.55~1.80%Mo, 0.25~0.40%V, 0.25~0.40%Nb, 主要是为了提高工作层的硬度和抗高温性能，另外，加入0.25~0.40%Ni和0.10~0.15%N，主要是提高工作层的淬透性能，防止工作层中出现低硬度的珠光体和铁素体组织。加入0.03~0.05%La和0.03~0.05%Ce，主要是为了细化堆焊耐磨工作层组织，提高堆焊耐磨工作层综合性能。加入0.008~0.025%Ca, 0.015~0.030%Ba和0.008~0.025%Mg，主要是为了细化组织，改善堆焊耐磨工作层中夹杂物的形态和分布，提高堆焊耐磨工作层的抗疲劳性能。

附图说明

图1是本发明磨损轧辊的堆焊修复效果示意图。

其中1-磨损轧辊，2-堆焊耐磨工作层，3-堆焊高强韧过渡层

本发明与现有技术相比，具有以下优势：

（1）本发明堆焊修复轧辊工作层硬度均匀，辊面硬度差小于3.0HS；

（2）本发明堆焊修复轧辊硬度高，耐磨性好，其室温硬度达到75~82HS；

（3）本发明堆焊修复轧辊工作层夹杂物少，且夹杂物尺寸细小，分布均匀，轧辊使用过程中不会出现开裂现象，磨损均匀。

（4）本发明堆焊修复轧辊的过渡层强韧性高，确保轧辊使用中未发生剥落和掉块事故，延长了轧辊的使用寿命。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详述。

实施例1：

一种轧辊直径φ350mm的磨损轧辊的堆焊修复方法，包括以下工艺步骤：先将磨损轧辊的磨损表面进行车削，然后在加工表面上堆焊高强韧过渡层，再在过渡层上堆焊耐磨工作层，然后对堆焊轧辊进行热处理，最后精加工至规定尺寸和精度。其具体工艺步骤为：

② 然后在上述磨损轧辊的加工表面上堆焊高强韧过渡层，其厚度控制在3.5mm，再在过渡层上堆焊耐磨工作层，其厚度控制在35mm，轧辊堆焊过程中，轧辊辊体温度控制在380℃。

③ 将上述堆焊修复后的轧辊随炉加热至500℃，保温15h，然后炉冷至温度低于150℃后出炉空冷至室温，最后精加工至规定尺寸和精度。轧辊堆焊高强韧过渡层的化学成分见表1，轧辊堆焊耐磨工作层的化学成分见表2，堆焊修复轧辊力学性能见表3。

实施例2：

一种轧辊直径φ380mm的磨损轧辊的堆焊修复方法，包括以下工艺步骤：先将磨损轧辊的磨损表面进行车削，然后在加工表面上堆焊高强韧过渡层，再在过渡层上堆焊耐磨工作层，然后对堆焊轧辊进行热处理，最后精加工至规定尺寸和精度。其具体工艺步骤为：

② 然后在上述磨损轧辊的加工表面上堆焊高强韧过渡层，其厚度控制在5mm，再在过渡层上堆焊耐磨工作层，其厚度控制在45mm，轧辊堆焊过程中，轧辊辊体温度控制在450℃。

③ 将上述堆焊修复后的轧辊随炉加热至550℃，保温10h，然后炉冷至温度低于150℃后出炉空冷至室温，最后精加工至规定尺寸和精度。轧辊堆焊高强韧过渡层的化学成分见表1，轧辊堆焊耐磨工作层的化学成分见表2，堆焊修复轧辊力学性能见表3。

实施例3：

一种轧辊直径φ300mm的磨损轧辊的堆焊修复方法，包括以下工艺步骤：先将磨损轧辊的磨损表面进行车削，然后在加工表面上堆焊高强韧过渡层，再在过渡层上堆焊耐磨工作层，然后对堆焊轧辊进行热处理，最后精加工至规定尺寸和精度。其具体工艺步骤为：

② 然后在上述磨损轧辊的加工表面上堆焊高强韧过渡层，其厚度控制在3mm，再在过渡层上堆焊耐磨工作层，其厚度控制在20mm，轧辊堆焊过程中，轧辊辊体温度控制在300℃。

③ 将上述堆焊修复后的轧辊随炉加热至450℃，保温18h，然后炉冷至温度低于150℃后出炉空冷至室温，最后精加工至规定尺寸和精度。轧辊堆焊高强韧过渡层的化学成分见表1，轧辊堆焊耐磨工作层的化学成分见表2，堆焊修复轧辊力学性能见表3。

表1 轧辊堆焊高强韧过渡层的化学成分（质量分数，%）

元素	C	Si	Mn	Mo	Ni
						实施例1	0.24	0.35	0.40	0.28	0.15
实施例2	0.16	0.41	0.27	0.16	0.24
						实施例3	0.21	0.59	0.24	0.21	0.27
元素	Ti	N	S	P	余量
						实施例1	0.12	0.06	0.030	0.034	Fe
实施例2	0.09	0.08	0.027	0.034	Fe
						实施例3	0.11	0.08	0.031	0.031	Fe

表2 轧辊堆焊耐磨工作层的化学成分（质量分数，%）

元素	C	Cr	W	Mo	V	Nb	La	Ce	N
										实施例1	0.32	2.08	1.25	1.77	0.31	0.33	0.033	0.046	0.11
实施例2	0.37	1.99	1.34	1.60	0.39	0.26	0.040	0.032	0.14
										实施例3	0.35	1.76	1.49	1.56	0.27	0.30	0.045	0.040	0.12
元素	Ni	Ba	Si	Mn	Mg	S	P	Ca	余量
										实施例1	0.36	0.017	0.97	0.52	0.012	0.013	0.025	0.023	Fe
实施例2	0.30	0.030	1.04	0.59	0.024	0.009	0.022	0.010	Fe
										实施例3	0.27	0.022	0.88	0.38	0.015	0.020	0.028	0.017	Fe

表3 堆焊修复轧辊力学性能

本发明堆焊修复轧辊工作层硬度高，硬度均匀性好，过渡层具有良好的强韧性，已在热轧带钢和棒材轧机上使用，使用过程中辊面磨损均匀，未出现剥落和开裂现象，本发明堆焊修复轧辊的使用寿命，比贝氏体铸铁轧辊提高25%以上，而修复成本只有贝氏体铸铁轧辊35~40%，推广应用本发明堆焊修复轧辊，具有良好经济和社会效益。

Claims

1.一种磨损轧辊的堆焊修复方法，其特征在于工艺步骤为：

① 将磨损轧辊的磨损表面进行车削加工，去除所有裂纹和孔洞，得到光洁的轧辊磨损表面；

② 然后在上述磨损轧辊的加工表面上堆焊过渡层，其厚度控制在3~5mm，再在过渡层上堆焊耐磨工作层，其厚度控制在20~50mm，轧辊堆焊过程中，轧辊辊体温度控制在300~450℃；

③ 将上述堆焊修复后的轧辊随炉加热至450~550℃，保温10~20h，然后炉冷至温度低于150℃后出炉空冷至室温，最后精加工至规定尺寸和精度；

所述过渡层的化学成分及质量分数为：0.15~0.26%C, 0.30~0.60%Si, 0.20~0.50%Mn, 0.15~0.30%Mo, 0.15~0.30%Ni, 0.08~0.12%Ti, 0.05~0.09%N, S<0.035%, P<0.040%, 余量Fe；

所述堆焊耐磨工作层的化学成分及质量分数为：0.32~0.38%C, 1.75~2.10%Cr, 1.25~1.50%W, 1.55~1.80%Mo, 0.25~0.40%V, 0.25~0.40%Nb, 0.03~0.05%La, 0.03~0.05%Ce, 0.10~0.15%N 0.008~0.025%Ca, 0.25~0.40%Ni, 0.015~0.030%Ba, 0.85~1.05%Si, 0.25~0.60%Mn, 0.008~0.025%Mg, S<0.030%, P<0.035%, 且0.06%<La+Ce<0.09%, 0.55%<V+Nb<0.75%, 余量Fe。