CN104532131B - 一种提升轧机切分轮使用寿命的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种提高轧机切分轮使用寿命的方法,其特征在于:为了提高其耐磨性和高温强度,在原切分轮材料Cr12MoV的基础上进行微合金化,添加金属元素钨,使切分轮的平均硬度达HRC60~63,大幅度提高了其耐磨性,延长了其使用寿命;在传统切分轮的尺寸基础上增大其外轮廓尺寸15mm,在切分轮磨损后使切分轮斜刃直径减小1.5~2mm,以进一步延长其使用寿命;当切分轮磨损较大后,以D322钛钙型焊条在切分轮上进行堆焊,可再次提高其使用寿命。本发明技术可有效增强切分轮的耐磨性,极大地提升切分轮的使用寿命,并可为企业创造显著的经济效益。
Description
技术领域
本发明属于轧机零件切分轮制备及其再生制造领域,具体涉及轧机切分轮及其再生制造工艺。
背景技术
切分导卫箱是实现棒线材切分轧制的关键部件,其中的切分轮是核心部件。切分轧制较单线轧制,其产量高、节约能源、降低成本,如二切分轮能提高产量170%、能耗降低30%、成本降低30%;三切分轮能提高产量210%、能耗降低45%、成本降低45%。但切分轮工作环境恶劣,切刃与1000℃左右的高温轧件接触;冷却水又使切分轮处于交变急冷急热状态中;高速行进的轧材会使切刃产生强烈磨损;另外,切刃还要承受来自轧件的冲击载荷,使得切分轮的使用寿命短、消耗量大、更换频繁,并已成为目前制约钢材生产的瓶颈之一。工作中,切分轮直接与红钢接触,其关键性能是要求其工作面应具有良好的耐磨性、高温强度等,以提高其使用寿命。目前在实际生产中,多运用高级合金钢作为切分轮材料,其优点是耐磨性好、高温强度高,如首钢用的切分轮材料是W6Mo5Cr4V2,但是这种材料在热处理和机磨加工中较困难;安徽凯得利机械模具有限公司所使用的切分轮材料为Cr6W2Si,这种材料常用于机用刀片切割铜、铝等软金属,耐磨性不足;合肥东方节能科技股份有限公司所用切分轮材料为Cr12MoV,该材料具有高耐磨性、高抗腐蚀性和高尺寸稳定性等优点,但是由于切分轮长时间在高温状态下使用,仍具有一定的磨损。目前,仅有个别厂家采用诸如表面镀膜等方法提高其使用寿命,而采用微合金化、切分轮修复和再生制造等技术以提高其使用寿命的方法,则未见报道。
微合金化是提升材料硬度和耐磨性的一种良好方法,通常添加一点合金元素就可以大幅度提高合金的机械性能。合金元素中,添加少量合金元素钨可极大提高合金的耐磨性;加入微量元素铬可以形成合金渗碳体,有利于钢耐磨性的提高。欲提高材料的使用寿命,也可以采用表面修复工艺,充分利用和发挥材料的自身价值,其中堆焊就是一种简单快速的方法。该方法是利用电焊或气焊法把金属熔化,使金属材料堆敷在工具或机器零件上,从而实现材料表面改性的一种经济和快速的工艺方法。目前,堆焊技术广泛应用于各工业部门的零件修复中,通常用来修复磨损和崩裂部分,但是至今未发现将堆焊用于切分轮的相关报道。
发明内容
本发明的目的是为了解决切分轮在服役时磨损严重、寿命短、替换频繁等问题,提供一种提升轧机切分轮使用寿命的方法。
本发明解决技术问题,采用如下技术方案:
本发明提升轧机切分轮使用寿命的方法,其特点在于:
为提升轧机切分轮使用寿命,对原切分轮材料Cr12MoV进行微合金化处理,在合金配料及熔炼时添加金属元素钨,以进行微合金化后的Cr12MoV作为制造切分轮的材料;在制造切分轮时,将原切分轮的尺寸增大;在切分轮磨损至无法使用时,通过切削减小切分轮尺寸的方式使切分轮再生或通过以堆焊工艺填补磨损部分的方式使切分轮再生。
其中,在Cr12MoV中添加金属元素钨的质量百分比为0.5%~0.8%。
在制造切分轮时,将原切分轮的尺寸增大是指将原切分轮的斜刃直径(即外轮廓尺寸)增大14~16mm。
在切分轮磨损至无法使用时,通过切削减小切分轮尺寸的方式使切分轮再生是指通过机械加工的方法切削去除切分轮外围,使切分轮斜刃直径减小1.5~2mm,去除切分轮磨损部分,以实现切分轮再生。
在切分轮磨损至无法使用时,通过以堆焊工艺填补磨损部分的方式使切分轮再生的方法为:
将的D322钛钙型堆焊焊条预热至300~350℃,烘干1h;将切分轮预热至400~450℃,保温2h;在电流为160~190A的交流电源下,对切分轮的磨损部位进行堆焊,使完成堆焊后的磨损部分高于切分轮外周2mm,在堆焊过程中保持切分轮温度不低于300℃、焊条温度在300~350℃;完成堆焊后在160~200℃保温2h,然后将堆焊后的磨损部分高于切分轮外周的部分去除。
本发明与现有技术相比,具有以下三个方面的特征:
1、在原材料中进行了微合金化处理。原切分轮的使用材料为Cr12MoV,原切分轮的硬度通常为HRC45~60。由于合金元素钨具有高强度、高硬度、高耐磨性和高熔点等特点,且其高温强度好。钨加入钢中可与碳形成碳化物,而碳化物具有高的硬度、耐磨性和难溶性。因此,为了提高切分轮的耐磨性,本发明技术在熔炼过程中添加了合金元素钨,即在原切分轮材料Cr12MoV的基础上添加质量百分比为0.5%~0.8%的金属钨,以提高其耐磨性和红硬性。经检验,少量金属钨加入Cr12MoV中后,切分轮的平均硬度达HRC60~63,可较大幅度提高其耐磨性,增加其使用寿命。
2、采用了修复再生制造工艺。本发明在切分轮设计时,为了增加其重复使用次数,创造性地在一般切分轮尺寸的基础上增大其外轮廓尺寸14~16mm;当切分轮工作使用一段时间,表面出现一定程度的不规则磨损后,采用机械切削的方法每次将切分轮斜刃直径减小1.5~2mm,便可继续使用。生产实践表明,增大或改小切分轮尺寸几乎不影响轧件切分时的精度,本发明方法在实际生产中完全可行。切分轮正常磨损后,一般可再进行5次切削加工,相当于在原切分轮基础上增加5倍的寿命,可充分利用切分轮的使用价值,极大地降低其生产成本,取得显著的经济效益。
3、使用了堆焊再生制造技术。切分轮在经过5次机械加工和重复使用后,不能继续服役时,通过在其工作面进行堆焊,可以使切分轮继续正常使用。实践证明,使用堆焊再生技术至少可以再次提高切分轮1倍的使用寿命。
与已有技术相比,本发明具有以下有益效果:
1、本发明以进行微合金化后的Cr12MoV作为制造切分轮的材料,显著提高了切分轮的耐磨性。添加合金元素后,切分轮由以前的1天一换,变成1.5天左右一换,降低了切分轮的维修费用,延长了其使用寿命;
2、本发明通过增加切分轮的尺寸,结合切削和堆焊两种再生方法,使得切分轮的使用寿命可至少增加6倍,切分轮的利用率大大提高;
3、本发明通过添加合金元素、引入再生制造工艺等一系列创新,使得切分轮的使用寿命提高了7~8倍,生产成本大大降低,显著提高了企业的经济效益。
具体实施方式
本发明的目的是为了解决切分轮在服役时磨损严重、寿命短、替换频繁等问题,为此,在原切分轮材料Cr12MoV合金的基础上添加0.5%~0.8%的金属元素钨,并且通过改变切分轮尺寸和使用切削和堆焊的两种再生制造工艺,以显著提高其使用寿命。(本发明主要针对二三切分轮,以下简称为切分轮。)
本发明与现有技术相比,具有以下三个方面的特征:
1、在原材料中进行了微合金化处理。原切分轮的使用材料为Cr12MoV,原切分轮的硬度通常为HRC45~60。由于合金元素钨具有高强度、高硬度、高耐磨性和高熔点等特点,且其高温强度好。钨加入钢中可与碳形成碳化物,而碳化物具有高的硬度、耐磨性和难溶性。因此,为了提高切分轮的耐磨性,本发明技术在熔炼过程中添加了合金元素钨,即在原切分轮材料Cr12MoV的基础上添加质量百分比为0.5%~0.8%的金属钨,以提高其耐磨性和红硬性。经检验,少量金属钨加入Cr12MoV中后,切分轮的平均硬度达HRC60~63,可较大幅度提高其耐磨性,增加其使用寿命。
轧机切分轮材料微合金化处理的生产工艺为:包括感应电磁炉冶炼、钢包炉精炼、VD/RH真空脱气、连铸,得到轧机切分轮的化学组分经过微合金化后的质量百分比为:C1.45%~1.70%,Si≤0.40%,Mn0.3%~0.5%,S≤0.030%,P≤0.030%,Cr11.00%~12.50%,W0.5%~0.8%,Ni允许残余含量≤0.25%,Cu允许残余含量≤0.30%,V0.15~0.30%,Mo0.40%~0.60%,其余为Fe。
所述切分轮的感应电磁炉冶炼,是加入生铁、废钢等,实现组分初步调节;得到如下成分:C1.00%~1.20%,Si≤0.40%,Mn0.2%~0.4%,S≤0.045%,P≤0.045%,Cr≤10%,Ni允许残余含量≤0.25%,Cu允许残余含量≤0.30%,V≤0.15,Mo≤0.30%,其余为Fe。
所述切分轮的钢包炉精炼,是在钢包炉中脱S、脱O、脱P及加入合金元素,成分微调,得到如下成分:C1.45%~1.70%,Si≤0.40%,Mn0.3%~0.5%,S≤0.030%,P≤0.030%,Cr11.00%~12.50%,W0.5%~0.8%,Ni允许残余含量≤0.25%,Cu允许残余含量≤0.30%,V0.15~0.30%,Mo0.40%~0.60%,其余为Fe。
所述切分轮的VD/RH真空脱气,是在VD/RH炉中真空脱气及成分微调,得到如下成分:C1.45%~1.70%,Si≤0.40%,Mn0.3%~0.5%,S≤0.030%,P≤0.030%,Cr11.00%~12.50%,W0.5%~0.8%,Ni允许残余含量≤0.25%,Cu允许残余含量≤0.30%,V0.15~0.30%,Mo0.40%~0.60%,其余为Fe。
所述切分轮的连铸,其详细过程如下:
精密铸造:取各原材料并按规定配比配成混合料待用,再制备轧机切分轮。
首先,用低温蜡基模料制成切分轮模型,用硅溶胶-水玻璃复合型壳制壳工艺制得切分轮模型型壳。在硅溶胶-水玻璃复合模型型壳制备过程中,在切分轮模型上先涂抹2~4层硅溶胶,涂3~5层水玻璃并蒸汽脱蜡后,得到切分轮模型型壳。
然后,焙烧切分轮模型型壳,焙烧温度为950~1000℃,保温时间为40分钟。焙烧结束后,将配制的混合料倒入切分轮模型型壳内进行浇注;铁水的出炉温度为1600~1620℃,浇注温度为1530~1540℃;切分轮模型型壳温度为450~550℃;浇注后,将制成的切分轮自然冷却至室温,去除浇注系统后得到切分轮。
2、采用了修复再生制造工艺。本发明在切分轮尺寸设计时,为了增加其重复使用次数,创造性地在一般切分轮尺寸的基础上增大其斜刃直径14~16mm;当切分轮工作使用一段时间,表面出现一定程度的不规则磨损后,采用机械切削的方法每次将切分轮斜刃直径减小1.5~2mm,便可继续使用。生产实践表明,增大或改小切分轮尺寸几乎不影响轧件切分时的精度,本创新方法在实际生产中完全可行。切分轮正常磨损后,一般可再进行5次切削加工,相当于在原切分轮基础上增加5倍的寿命,可充分利用切分轮的使用价值,极大地降低其生产成本,取得显著的经济效益。
3、使用了堆焊再生制造技术。切分轮在经过5次机械加工和重复使用后,不能继续服役时,通过在其工作面进行堆焊,可以使切分轮继续正常使用。实践证明,使用堆焊再生技术至少可以再次提高切分轮1倍的使用寿命。其堆焊工艺的具体特征如下:
(1)焊前清理:堆焊前用砂轮清理磨损部位,打磨光亮,去除夹渣物和油污。
(2)堆焊,其特征如下:
为了降低成本,方便操作,故切分轮堆焊采用手工电弧焊。
考虑待堆焊材料为Cr12MoV,堆焊材料必须要具有较高的硬度、耐磨性和焊接性,故使用的D322钛钙型堆焊焊条,焊前焊条预热到300~350℃,烘干1h;焊接过程中,焊条放在保温筒内,保温筒带电保温,焊条随时保持在300~350℃。
Cr12MoV碳当量约为2.8%(碳当量≥0.6%时,焊接性较差);且切分轮经淬火处理,硬度HRC60~63,焊接性差,故悍前预热到400~450℃,保温2h,使焊件温度均匀。
堆焊选择交流电源,电流选择160~190A,防止大电流造成堆焊层硬度不均匀及严重咬边现象。
防夹渣与产生气孔。堆焊过程中注意清渣,切分轮温度不能低于300℃。
(3)焊后将焊接表面磨平。
(4)采用多层多次焊接的工艺,重复(2)、(3)步,直到切分轮磨损凹槽处堆焊填充满,且高于切分轮原尺寸2mm。
(5)堆焊后在160~200℃进行回火,保温2h。回火后将2mm的余量去除。
实施例1
1、微合金化:为提升轧机切分轮使用寿命,对原切分轮材料Cr12MoV进行微合金化处理,在原切分轮材料Cr12MoV的基础上添加重量比为0.5%的金属元素钨,所得材料硬度为HRC61,耐磨性提高40%。
2、修复再生:在一般切分轮的基础上,使切分轮斜刃直径增大14mm,当切分轮磨损至一定程度后,采用切削加工的办法去除切分轮外围,减小切分轮斜刃直径减小1.5mm,然后继续使用。如此循环运用,切分轮可重复利用4次,增加寿命4倍。
3、堆焊再生:在切分轮在经过4次机械加工和重复使用后,再次磨损至不能继续服役时,通过在其工作面进行堆焊,可以使切分轮继续正常使用,具体步骤为:堆焊前用砂轮清理磨损部位,打磨光亮;将切分轮预热到410℃并保温2h,然后使用已在300℃烘干1h的的D322钛钙型堆焊焊条进行堆焊,使完成堆焊后的磨损部分高于切分轮外周2mm,堆焊时电流为190A的交流电源,堆焊后在200℃回火,保温2h。焊后将焊接表面磨平。堆焊后切分轮可继续使用,使用寿命增加1倍。
实施例2
1、微合金化:为提升轧机切分轮使用寿命,对原切分轮材料Cr12MoV进行微合金化处理,在原切分轮材料Cr12MoV的基础上添加重量比为0.6%的金属元素钨,所得材料硬度为HRC62,耐磨性提高46%。
2、修复再生:在一般切分轮的基础上,使切分轮斜刃直径增大14mm,当切分轮磨损至一定程度后,采用切削加工的办法去除切分轮外围,减小切分轮斜刃直径减小1.5mm,然后继续使用。如此循环运用,切分轮可重复利用4次,增加寿命4倍。
3、堆焊再生:在切分轮在经过4次机械加工和重复使用后,再次磨损至不能继续服役时,通过在其工作面进行堆焊,可以使切分轮继续正常使用,具体步骤为:堆焊前用砂轮清理磨损部位,打磨光亮;将切分轮预热到420℃并保温2h,然后使用已在330℃烘干1h的的D322钛钙型堆焊焊条进行堆焊,使完成堆焊后的磨损部分高于切分轮外周2mm,堆焊时电流为170A的交流电源。堆焊后在180℃回火,保温2h。焊后将焊接表面磨平。堆焊后切分轮可继续使用,使用寿命增加1倍。
实施例3
1、微合金化:为提升轧机切分轮使用寿命,对原切分轮材料Cr12MoV进行微合金化处理,在原切分轮材料Cr12MoV的基础上添加重量比为0.5%的金属元素钨,所得材料硬度为HRC61,耐磨性提高40%。
2、修复再生:在一般切分轮的基础上,使切分轮斜刃直径增大15mm,当切分轮磨损至一定程度后,采用切削加工的办法去除切分轮外围,减小切分轮斜刃直径减小1.5mm,然后继续使用。如此循环运用,切分轮可重复利用5次,增加寿命5倍。
3、堆焊再生:在切分轮在经过5次机械加工和重复使用后,再次磨损至不能继续服役时,通过在其工作面进行堆焊,可以使切分轮继续正常使用,具体步骤为:堆焊前用砂轮清理磨损部位,打磨光亮;将切分轮预热到410℃并保温2h,然后使用已在320℃烘干1h的的D322钛钙型堆焊焊条进行堆焊,使完成堆焊后的磨损部分高于切分轮外周2mm,堆焊时电流为180A的交流电源。堆焊后在190℃回火,保温2h。焊后将焊接表面磨平。堆焊后切分轮可继续使用,使用寿命增加1倍。
实施例4
1、微合金化:为提升轧机切分轮使用寿命,对原切分轮材料Cr12MoV进行微合金化处理,在原切分轮材料Cr12MoV的基础上添加重量比为0.7%的金属元素钨,所得材料硬度为HRC62,耐磨性提高50%。
2、修复再生:在一般切分轮的基础上切分轮斜刃直径增大14mm,当切分轮磨损至一定程度后,采用切削加工的办法去除切分轮外围,减小切分轮斜刃直径减小1.5mm,然后继续使用。如此循环运用,切分轮可重复利用4次,增加寿命4倍。
3、堆焊再生:在切分轮在经过4次机械加工和重复使用后,再次磨损至不能继续服役时,通过在其工作面进行堆焊,可以使切分轮继续正常使用,具体步骤为:堆焊前用砂轮清理磨损部位,打磨光亮;将切分轮预热到430℃并保温2h,然后使用已在330℃烘干1h的的D322钛钙型堆焊焊条进行堆焊,使完成堆焊后的磨损部分高于切分轮外周2mm,堆焊时电流为180A的交流电源。堆焊后在180℃回火,保温2h。焊后将焊接表面磨平。堆焊后切分轮可继续使用,使用寿命增加1倍。
实施例5
1、微合金化:为提升轧机切分轮使用寿命,对原切分轮材料Cr12MoV进行微合金化处理,在原切分轮材料Cr12MoV的基础上添加重量比为0.7%的金属元素钨,材料硬度为HRC62,耐磨性提高50%。
2、修复再生:在一般切分轮的基础上切分轮斜刃直径增大16mm,当切分轮磨损至一定程度后,采用切削加工的办法去除切分轮外围,减小切分轮斜刃直径减小1.5mm,然后继续使用。如此循环运用,切分轮可重复利用6次,增加寿命6倍。
3、堆焊再生:在切分轮在经过6次机械加工和重复使用后,再次磨损至不能继续服役时,通过在其工作面进行堆焊,可以使切分轮继续正常使用,具体步骤为:堆焊前用砂轮清理磨损部位,打磨光亮;将切分轮预热到430℃并保温2h,然后使用已在310℃烘干1h的的D322钛钙型堆焊焊条进行堆焊,使完成堆焊后的磨损部分高于切分轮外周2mm,堆焊时电流为170A的交流电源。堆焊后在170℃回火,保温2h。焊后将焊接表面磨平。堆焊后切分轮可继续使用,使用寿命增加1倍。
实施例6
1、微合金化:为提升轧机切分轮使用寿命,对原切分轮材料Cr12MoV进行微合金化处理,在原切分轮材料Cr12MoV的基础上添加重量比为0.8%的金属元素钨,材料硬度为HRC63,耐磨性提高54%。
2、修复再生:在一般切分轮的基础上切分轮斜刃直径增大15mm,当切分轮磨损至一定程度后,采用切削加工的办法去除切分轮外围,减小切分轮斜刃直径减小2mm,然后继续使用。如此循环运用,切分轮可重复利用5次,增加寿命5倍。
3、堆焊再生:在切分轮在经过5次机械加工和重复使用后,再次磨损至不能继续服役时,通过在其工作面进行堆焊,可以使切分轮继续正常使用,具体步骤为:堆焊前用砂轮清理磨损部位,打磨光亮;将切分轮预热到440℃并保温2h,然后使用已在340℃烘干1h的的D322钛钙型堆焊焊条进行堆焊,使完成堆焊后的磨损部分高于切分轮外周2mm,堆焊时电流为180A的交流电源。堆焊后在190℃回火,保温2h。焊后将焊接表面磨平。堆焊后切分轮可继续使用,使用寿命增加1倍。
实施例7
1、微合金化:为提升轧机切分轮使用寿命,对原切分轮材料Cr12MoV进行微合金化处理,在原切分轮材料Cr12MoV的基础上添加重量比为0.8%的金属元素钨,材料硬度为HRC63,耐磨性提高54%。
2、修复再生:在一般切分轮的基础上切分轮斜刃直径增大16mm,当切分轮磨损至一定程度后,采用切削加工的办法减小切分轮斜刃直径减小2mm,然后继续使用。如此循环运用,切分轮可重复利用5次,增加寿命5倍。
3、堆焊再生:在切分轮在经过6次机械加工和重复使用后,再次磨损至不能继续服役时,通过在其工作面进行堆焊,可以使切分轮继续正常使用,具体步骤为:堆焊前用砂轮清理磨损部位,打磨光亮;将切分轮预热到450℃并保温2h。然后使用已在350℃烘干1h的的D322钛钙型堆焊焊条进行堆焊,使完成堆焊后的磨损部分高于切分轮外周2mm,堆焊时电流为190A的交流电源。堆焊后在200℃回火,保温2h。焊后将焊接表面磨平。堆焊后切分轮可继续使用,使用寿命增加1倍。
Claims (1)
1.一种提升轧机切分轮使用寿命的方法,其特征在于:
为提升轧机切分轮使用寿命,对原切分轮材料Cr12MoV进行微合金化处理,在合金配料及熔炼时添加金属元素钨,以进行微合金化后的Cr12MoV作为制造切分轮的材料;在制造切分轮时,将原切分轮的尺寸增大;在切分轮磨损至无法使用时,通过切削减小切分轮尺寸的方式使切分轮再生或通过以堆焊工艺填补磨损部分的方式使切分轮再生;
在Cr12MoV中添加金属元素钨的质量百分比为0.5%~0.8%;
在制造切分轮时,将原切分轮的尺寸增大是指将原切分轮斜刃直径增大14~16mm;
在切分轮磨损至无法使用时,通过切削减小切分轮尺寸的方式使切分轮再生是指通过机械加工的方法切削去除切分轮外围,使切分轮斜刃直径减小1.5~2mm,以去除切分轮磨损部分,实现切分轮再生;
在切分轮磨损至无法使用时,通过以堆焊工艺填补磨损部分的方式使切分轮再生的方法为:将的D322钛钙型堆焊焊条预热至300~350℃,烘干1h;将切分轮预热至400~450℃,保温2h;在电流为160~190A的交流电源下,对切分轮的磨损部位进行堆焊,使完成堆焊后的磨损部分高于切分轮外周2mm,在堆焊过程中保持切分轮温度不低于300℃、焊条温度在300~350℃;完成堆焊后在160~200℃保温2h,然后将堆焊后的磨损部分高于切分轮外周的部分去除。
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CN101733512A (zh) * | 2009-11-26 | 2010-06-16 | 上海大学 | 高合金冷作模具快速焊补修复再制造方法 |
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- 2014-12-15 CN CN201410779070.1A patent/CN104532131B/zh active Active
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CN101733512A (zh) * | 2009-11-26 | 2010-06-16 | 上海大学 | 高合金冷作模具快速焊补修复再制造方法 |
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