CN104785895A - 一种轧机用活套辊的埋弧堆焊制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轧机用活套辊的埋弧堆焊制造工艺，具体步骤如下：将母材粗加工至外径比成品尺寸少6mm，采用硬质材料DF-524A焊丝，选配HJ107焊剂，经逆变式直流焊机堆焊至外径比成品外径尺寸厚3-5mm；将母材进行后热处理，在600℃条件下保温3小时后随炉冷却，炉温降至300℃后进行空气冷却，得到堆焊产品，将堆焊产品按照工艺图纸精加工到指定规格后，即得到轧机用活套辊。本发明具有耐磨损、使用寿命长等优点。
Description
技术领域
本发明属于表面工程及焊接领域中，具体是涉及一种轧机用活套辊的埋弧堆焊制造工艺。
背景技术
现代的轧制技术要求保证产品尺寸精度及较好的力学性能，轧制过程中轧机间要采用微张力及无张力轧制，以消除轧制过程中各种动态干扰引起的张力波动和轧件尺寸波动，为了减少张力变化引起的中轧及精轧机的轧件尺寸波动，在精轧机及预精轧、中轧机组常设置若干个活套，以消除连轧各架的动态速度变化的干扰、保证轧件精度，活套装置是在高速冲击、高热应力的恶劣环境下工作的，因此，提高活套的使用寿命是开展线材轧制增产节约的重要研究课题之一。
活套辊表面与线材接触区域的温度高达到1000℃, 而且活套辊与高温线材轧件还做相对高速的滑动, 使活套辊表面产生强烈磨损，且承受来自轧件的冲击载荷， 因此，高温氧化磨损和疲劳剥落与破裂是其主要失效形式，这也就要求制作活套辊的材料不仅具有良好的抗高温氧化、耐磨损的性能, 而且还要具有良好的韧性, 以满足抗高应力冲击的要求，由于活套装置工作条件苛刻,使得活套辊使用寿命短、更换频繁, 直接影响轧制的生产效率及产品尺寸精度，在活套辊的制造以及使用过程中，先使用35#钢调质后表面渗氮处理，但是使用时抗冲击但抗高温耐磨性较差，后使用Cr12MoV淬火加低温回火热处理，虽然该材料具有抗高温耐磨性和高尺寸稳定性等优点，但由于活套辊长时间处在高温、高冲击状态下使用，导致活套辊表面产生疲劳裂纹剥落，另外， 国内也有使用碳钢调质后渗氮处理制成的活套辊，但是还没有采用硬质材质DF-524A焊丝、HJ107焊剂进行埋弧堆焊生产及修复活套辊的制造工艺技术以提高其使用寿命。
发明内容
本发明是为避免上述已有技术中存在的不足之处，提供一种轧机用活套辊的埋弧堆焊制造工艺，以解决传统轧机导辊在服役时磨损严重、寿命短、替换频繁等问题。
本发明为解决技术问题采用以下技术方案：
本发明公开了一种轧机用活套辊的埋弧堆焊制造工艺，具体步骤如下：
步骤一：将母材粗加工至外径比成品尺寸少6mm，母材采用的材质为Q235A材质；
步骤二：采用硬质材料DF-524A焊丝，焊丝成分如下：C 0.7-0.8%，Si 0.8-0.9%，Mn 1.6-1.8%，P≤0.25%,S≤0.2%,Cr 8.0-9.0%,Mo 1.7-1.9%, Nb 0.25-0.35%，V 0.5-0.6%，W 2.4-2.6%，其余为Fe，选配HJ107焊剂，经逆变式直流焊机堆焊至外径比成品外径尺寸厚3-5mm；
步骤三：将步骤二得到的母材进行后热处理，在600℃条件下保温3小时后随炉冷却，炉温降至300℃后进行空气冷却，得到堆焊产品；
步骤四：将堆焊产品按照工艺图纸精加工到指定规格后，即得到轧机用活套辊。
本发明制得的轧机用活套辊，其特点是：该轧机用活套辊的堆焊层各组分质量百分比的构成为：C 0.35-0.45%，Si 1.0-1.2%，Mn 0.7-0.9%，P≤0.25%,S≤0.2%,Cr 7.0-8.0%,Mo 1.3-1.5%, Nb 0.15-0.25%，V 0.4-0.5%，W 0.5-0.8%，Ni允许残余含量≤0.6%，Cu允许残余含量≤0.10%，其余为Fe。
本发明堆焊材料成分与35#钢调制后渗氮处理相比：加入了7.0-8.0%的Cr，与含碳量相当的碳钢相比，在相同的调质处理条件下，碳化物颗粒更多、更细小，并具有较大的分散度，从而提高了钢的强硬度，与此同时，更加入具有强烈形成稳定的特殊碳化物及细化晶粒作用的W 0.5-0.8%与V 0.4-0.5%，因此从根本上解决了35#钢活套辊不耐磨、替换频繁、使用寿命短等问题。
与活套辊材料为Cr12MoV相比，活套辊材料为Cr12MoV硬度为HRC50-60，现采用的硬质材料DF-524A焊丝、HJ107焊剂埋弧堆焊得到的堆焊层硬度为HRC54-58，通过大量的试验研究表明，在硬度水平相同的前提下，多元合金系统的堆焊合金其韧性和疲劳裂纹剥落性能比单一元素合金系统的要好，即多元合金系统堆焊材料更具有优越性，本发明埋弧堆焊材料的活套辊与Cr12MoV相比，具有更好地综合力学性能，除拥有比Cr12MoV优越的耐磨性与红硬性外，更拥有Cr12MoV无法比拟的高压缩屈服强度和韧性：一、在保证焊接性的前提下，本发明埋弧堆焊材料的活套辊含Si 1.0-1.2%比Cr12MoV含Si≤0.4%高，而Si对铁素体有较大地固溶强化作用，对提高钢的屈强比的作用在合金元素中占第一位，使其具有更高的压缩屈服强度；二、本发明技术含W 0.5-0.8%、V 0.4-0.5%、Mo 1.3-1.5%均比Cr12MoV高（Cr12MoV含W无要求、V 0.15-0.30%、Mo 0.4-0.6%），W、V具有强烈细化晶粒的作用，提高了钢的综合力学性能，W、V、Mo在硅钢和铬钢中，能有效地消除回火脆性，使之具有更好的冲击韧性；三、本发明技术加入了合金元素Nb 0.15-0.25%，在晶界富集浓度高达1.0%以上，而晶界内较低，因此Nb具有强烈的拖拽晶界移动的能力，表现出阻止晶粒长大、细化晶粒的最佳效果，而且0.05%Nb即使在1000℃以上也会有一部分Nb固溶，可供相变时或相变后产生进一步强化，所以少量的Nb-V复合微合金就具有固溶强化、沉淀强化及细化晶粒强化的作用，使材料具有高强韧性，耐冲击性取决于钢材的压缩屈服强度和韧度，通过上述本发明技术与Cr12MoV的对比，本发明技术很好地解决了Cr12MoV活套辊在高温、高冲击状态下表面易产生疲劳裂纹剥落的难题。
本发明具有以下的有益效果：本发明技术采用Q235A母材表面埋弧堆焊生产，节省了合金资源且容易切削加工，有效地降低了生产成本，传统制造工艺的活套辊使用性能一直差强人意，本发明堆焊材料除具有优越的耐磨性与红硬性外，还拥有高压缩屈服强度和韧性，有效地解决了抗高温氧化耐磨性与抗冲击性相统一的难题，显著提高了活套辊的使用寿命，由以前的2-3月一换，变成5-6月一换，提高了轧制车间的生产效率与产品尺寸精度，根据埋弧堆焊工艺特点，极易对失效活套辊进行修复，能够合理使用材料，易于实现再制造。
具体实施方式
本发明为解决技术问题采用以下技术方案：
本发明公开了一种轧机用活套辊的埋弧堆焊制造工艺，具体步骤如下：
步骤一：将母材粗加工至外径比成品尺寸少6mm，母材采用的材质为Q235A材质；
步骤二：采用硬质材料DF-524A焊丝，焊丝成分如下：C 0.7-0.8%，Si 0.8-0.9%，Mn 1.6-1.8%，P≤0.25%,S≤0.2%,Cr 8.0-9.0%,Mo 1.7-1.9%, Nb 0.25-0.35%，V 0.5-0.6%，W 2.4-2.6%，其余为Fe，选配HJ107焊剂，经逆变式直流焊机堆焊至外径比成品外径尺寸厚3-5mm；
步骤三：将步骤二得到的母材进行后热处理，在600℃条件下保温3小时后随炉冷却，炉温降至300℃后进行空气冷却，得到堆焊产品；
步骤四：将堆焊产品按照工艺图纸精加工到指定规格后，即得到轧机用活套辊。
本发明制得的轧机用活套辊，其特点是：该轧机用活套辊的堆焊层各组分质量百分比的构成为：C 0.35-0.45%，Si 1.0-1.2%，Mn 0.7-0.9%，P≤0.25%,S≤0.2%,Cr 7.0-8.0%,Mo 1.3-1.5%, Nb 0.15-0.25%，V 0.4-0.5%，W 0.5-0.8%，Ni允许残余含量≤0.6%，Cu允许残余含量≤0.10%，其余为Fe。
本发明堆焊材料成分与公司早期使用过的35#钢调制后渗氮处理相比：加入了7.0-8.0%的Cr，与含碳量相当的碳钢相比，在相同的调质处理条件下，碳化物颗粒更多、更细小，并具有较大的分散度，从而提高了钢的强硬度，与此同时，更加入具有强烈形成稳定的特殊碳化物及细化晶粒作用的W 0.5-0.8%与V 0.4-0.5%，因此从根本上解决了35#钢活套辊不耐磨、替换频繁、使用寿命短等问题。
本发明的目的：是为了解决活套辊在服役时磨损严重、替换频繁、使用寿命短、再制造困难等问题，为此采用硬质材质DF-524A焊丝、HJ107焊剂进行埋弧堆焊生产，得到多元合金系统的堆焊合金，有效地解决了抗高温氧化耐磨性与抗冲击性相统一的难题，显著提高了活套辊的使用寿命。
实施例1
以制备规格为Φ130×492的轧机用活套辊辊身为例
步骤一：将母材粗加工至外径比成品尺寸少6mm，母材采用的材质为Q235A材质；
步骤二：采用硬质材料DF-524A焊丝，焊丝成分如下：C0.8%，Si 0.9%，Mn 1.8%，P 0.25%,S 0.2%,Cr 9.0%,Mo 1.9%, Nb 0.35%，V 0.6%，W 2.6%，其余为Fe，选配HJ107焊剂，经逆变式直流焊机堆焊至外径比成品外径尺寸厚4mm；
步骤三：将步骤二得到的母材进行后热处理，在600℃条件下保温3小时后随炉冷却，炉温降至300℃后进行空气冷却，得到堆焊产品；
步骤四：将堆焊产品按照工艺图纸精加工到指定规格后，即得到轧机用活套辊。
本发明制得的轧机用活套辊，其特点是：该轧机用活套辊的堆焊层各组分质量百分比的构成为：C 0.4%，Si 1.1%，Mn 0.8%，P 0.25%,S 0.2%,Cr 8.0%,Mo 1.4%, Nb 0.2%，V 0.5%，W 0.8%，Ni 0.6%，Cu 0.10%，其余为Fe。
性能测试
采用硬质材质DF-524A焊丝、HJ107焊剂进行埋弧堆焊生产，得到多元合金系统的堆焊合金，有效地解决了抗高温氧化耐磨性与抗冲击性相统一的难题，活套辊由以前的2-3月一换，变成6月一换，显著提高其使用寿命，也提高了轧制车间的生产效率与产品尺寸精度，降低了活套辊的生产及修复成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种轧机用活套辊的埋弧堆焊制造工艺，其特征在于：具体步骤如下：
步骤一：将母材粗加工至外径比成品尺寸少6mm，母材采用的材质为Q235A材质；
步骤二：采用硬质材料DF-524A焊丝，焊丝成分如下：C 0.7-0.8%，Si 0.8-0.9%，Mn 1.6-1.8%，P≤0.25%,S≤0.2%,Cr 8.0-9.0%,Mo 1.7-1.9%, Nb 0.25-0.35%，V 0.5-0.6%，W 2.4-2.6%，其余为Fe，选配HJ107焊剂，经逆变式直流焊机堆焊至外径比成品外径尺寸厚3-5mm；
步骤三：将步骤二得到的母材进行后热处理，在600℃条件下保温3小时后随炉冷却，炉温降至300℃后进行空气冷却，得到堆焊产品；
步骤四：将堆焊产品按照工艺图纸精加工到指定规格后，即得到轧机用活套辊。
2.根据权利要求1所制得的轧机用活套辊，其特征在于：该轧机用活套辊的堆焊层各组分质量百分比的构成为：C 0.35-0.45%，Si 1.0-1.2%，Mn 0.7-0.9%，P≤0.25%,S≤0.2%,Cr 7.0-8.0%,Mo 1.3-1.5%, Nb 0.15-0.25%，V 0.4-0.5%，W 0.5-0.8%，Ni允许残余含量≤0.6%，Cu允许残余含量≤0.10%，其余为Fe。
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