CN104209663A - 一种堆焊复合再制造支承辊的盖面堆焊材料及其制备方法 - Google Patents

一种堆焊复合再制造支承辊的盖面堆焊材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种堆焊复合再制造支承辊的盖面堆焊材料及其制备方法，该盖面堆焊材料熔敷金属按重量百分比计含有以下成分：C：0.1～0.3％；Mn：1.0～2.8％；Si：0.3～1.8％；Cr：5.0～8.0％；Ti：0.01～1.0％；V：3.0～10％；W：0～1.0％；Mo：1.0～6.0％；Co：0.2～2.0％；Ca+Ba：0～0.4％；稀土氧化物：0～0.3％；余量为Fe。其制备方法为：(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；(2)在轧丝机上将钢带轧制成截面呈U形，向钢带的U型凹槽中填入盖面材料粉体，随后将钢带轧制成截面为O形的焊丝坯管，将焊丝坯管拉拔至成品焊丝。本发明能够满足Cr5大型支承辊的工况，大大降低轧辊消耗成本。

Description

一种堆焊复合再制造支承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再制造支承辊的盖面堆焊材料及其制备方法，尤其涉及堆焊复合再制造大型Cr5支承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
大型Cr5冶金支承辊尺寸、重量大且性能要求高、制造周期长。传统制造工艺需历经电炉冶炼、炉外精炼、铸造、锻造、多次热处理和机加工等繁杂工序，需要消耗大量能源，而且要排出大量的废水、废气和废渣。而且大型冶金支承辊服役条件恶劣，工作过程中磨损严重，易出现裂纹、剥落等表面缺陷，造成过早的报废，通常轧辊报废时其金属损耗仅为总重的15％左右。目前国内大部分报废支承辊当作原料回炉冶炼，造成资源和能源的巨大浪费。国内大型支承辊年需求量超过300支(直径大于1m)，因此针对大型支承辊的堆焊修复工艺技术的研究具有重要意义。
堆焊再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。对废旧大型支承辊进行再制造工程处理，可挖掘出巨大的剩余价值，再制造新品的成本约为原品的50％，而使用寿命能达到甚至超过原品，且能降低能耗60％以上，节约材料70％以上。因此堆焊再制造大型冶金支承辊可以大幅度减排、节能和降耗，具有明显的资源、环保和社会效益，具有可持续发展前景。
目前，国内外对大型支承辊的堆焊修复仅仅处于摸索阶段，常用的堆焊材料组织主要为传统的马氏体+残余奥氏体，合金体系主要为Cr5或Cr13系。由于堆焊熔敷金属中存在一定量的残余奥氏体，经常导致两个比较严重的后果：一是堆焊过程中或堆焊后表面产生裂纹，有文献分析指出裂纹沿残奥扩展；二是轧辊在轧钢过程中，支承辊与热轧工作辊接触相互挤压，由于应力诱发相变，这部分残余奥氏体在压应力的作用下转变成马氏体，造成内部巨大的应力，同时产生“冷作硬化现象”，导致支承辊产生裂纹或支承辊硬化后硬度变高严重损害工作辊，影响正常的轧钢生产。因此盖面堆焊材料的力学性能及组织尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种堆焊复合再制造支承辊的盖面堆焊材料，适合堆焊大型Cr5支承辊。
本发明的另一目的在于提供一种所述堆焊复合再制造支承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该盖面堆焊材料熔敷金属按重量百分比计含有以下成分：C：0.1～0.3％；Mn：1.0～2.8％；Si：0.3～1.8％；Cr：5.0～8.0％；Ti：0.01～1.0％；V：3.0～10％；W：0～1.0％；Mo：1.0～6.0％；Co：0.2～2.0％；Ca+Ba：0～0.4％；稀土氧化物：0～0.3％；余量为Fe及其它不可避免的杂质。
在所述盖面堆焊材料中，所述稀土氧化物为Er3O2+CeO2。
所述盖面堆焊材料中加入钡钙合金及稀土氧化物(Er3O2+CeO2)可以改善堆焊熔敷金属夹杂物分布，净化熔敷金属，增加金属的流动性及细化晶粒，提高堆焊材料的抗裂性能。
所述盖面堆焊材料中加入了3％以上的钒形成高钒堆焊材料，配用高碱度堆焊焊剂，具有良好的脱渣性能及工艺性能，钒在堆焊熔敷金属中一方面形成碳化物，另一方面固溶强化金属。
所述盖面堆焊材料中杂质P、S可适当高一些，但是P的含量低于0.024％，且杂质S含量低于0.012％。
采用所述盖面堆焊材料堆焊复合再制造大型Cr5支承辊时，层温保持在300℃以上，堆焊完毕后经550℃回火后组织主要是贝氏体和马氏体的混合组织，堆焊熔敷金属常温时的相关性能参数为：
抗拉强度：σb＞1550MPa；
断后伸长率：A＞10％；
断面收缩率：Z＞26％。
采用上述材料及工艺在堆焊复合再制造支承辊时，堆焊金属厚度在50mm～100mm时在保持强度变化不大的情况下，具有优良的抗裂性能及塑韧性能，能够满足Cr5大型支承辊的工况，大大降低轧辊消耗成本，完全克服了现有复合再制造大型Cr5支承辊堆焊材料存在的缺陷。
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，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的钢带，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、截面直径为3mm～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截面直径为1.6mm～4.0mm的焊丝。
本发明的优点在于：
使用本发明的盖面堆焊材料修复大型Cr5支承辊，层温保持在300℃以上，堆焊完毕后经550℃回火后组织主要是贝氏体和马氏体的混合组织，从而避免了传统高硬度堆焊材料微观组织为马氏体和一定数量的残余奥氏体，并且在保持强度变化不大的情况下，提高了堆焊熔敷金属的塑韧性。综上，保证堆焊熔敷金属在堆焊厚度在50～100mm时在保持强度变化不大的情况下，具有优良的抗裂性能及塑韧性能，能够满足Cr5大型支承辊的工况，大大降低轧辊消耗成本，完全克服了现有复合再制造大型Cr5支承辊堆焊材料存在的缺陷。
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，尺寸为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％)
实施例 C Cr Mn Si W S P Ti V Er3O2 CeO2 Ca+Ba Mo Co Fe
1 0.3 5.0 2.8 0.3 0 0.009 0.024 0.6 10 0.3 0 0.01 6.0 0.2 余量
2 0.1 5.6 1.8 0.6 0.5 0.012 0.012 0.01 3.0 0 0 0.2 3.0 1.0 余量
3 0.2 7.0 2.2 1.0 0.2 0.008 0.014 0.1 5.8 0 0.3 0.3 5.2 1.7 余量
4 0.25 8.0 1.0 1.8 1.0 0.005 0.020 1.0 8.8 0.1 0.1 0.4 1.0 2.0 余量
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制取：Φ10mm的拉伸试棒、10mm×10mm的金相试样，测定熔覆金属常温下的力学性能参数，其结果如表3所示。
表3 采用实施例1～4的盖面堆焊材料堆焊后熔敷金属的部分力学性能
力学性能 盖面组织 硬度(HRC) 抗拉强度(MPs) 断后伸长率(％) 断面收缩率(％)
实施例1 马氏体+贝氏体 53.0 1580 16.5 38.0
实施例2 马氏体+贝氏体 54.0 1600 12.5 38.0
实施例3 马氏体+贝氏体 54.5 1650 13.5 34.0
实施例4 马氏体+贝氏体 54.5 1660 15.5 44.0
本发明的堆焊材料已成功应用在大型Cr5锻钢支承辊(Φ1600mm×1780mm，总量约为47吨)的堆焊复合再制造，其中盖面材料单边堆焊厚度为50mm，其它轧机支承辊的堆焊复合(再)制造也可以采用本发明的盖面堆焊材料。

Claims (7)

1.一种堆焊复合再制造支承辊的盖面堆焊材料，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：C：0.1～0.3％；Mn：1.0～2.8％；Si：0.3～1.8％；Cr：5.0～8.0％；Ti：0.01～1.0％；V：3.0～10％；W：0～1.0％；Mo：1.0～6.0％；Co：0.2～2.0％；Ca+Ba：0～0.4％；稀土氧化物：0～0.3％；余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的堆焊复合再制造支承辊的盖面堆焊材料，其特征在于，所述稀土氧化物为Er3O2和CeO2。
3.根据权利要求1或2所述的堆焊复合再制造支承辊的盖面堆焊材料，其特征在于，所述盖面堆焊材料中杂质P的含量低于0.024％，且杂质S含量低于0.012％。
4.根据权利要求1或2所述的堆焊复合再制造支承辊的盖面堆焊材料，其特征在于，采用所述盖面堆焊材料堆焊复合再制造大型Cr5支承辊时，层温保持在300℃以上，堆焊完毕后经550℃回火后组织主要是贝氏体和马氏体的混合组织，堆焊熔敷金属常温时的相关性能参数为：
抗拉强度：σb＞1550MPa；
断后伸长率：A＞10％；
断面收缩率：Z＞26％。
5.一种权利要求1所述的堆焊复合再制造支承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；
(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。
6.根据权利要求5所述的堆焊复合再制造支承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所述的堆焊复合再制造支承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。
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