CN105478962B - 大型冷轧支承辊70Cr3Mo的堆焊再造层及修复轧辊的方法 - Google Patents

大型冷轧支承辊70Cr3Mo的堆焊再造层及修复轧辊的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种大型冷轧支承辊70Cr3Mo的堆焊再造层及修复轧辊的方法。所述堆焊再造层由配制的打底层、过渡层及工作层药芯焊丝逐层堆焊到轧辊基体表面制备而成，从基体表面往外依次堆焊打底层、过渡层和工作层。该方法包括如下步骤：轧辊准备‑药芯焊丝的准备‑轧辊预热‑焊前准备‑从基体表面往外依次堆焊打底层、过渡层和工作层‑最终热处理‑机械加工‑检验‑包装、出厂。本发明的再造层性价比高，具有优异的基体结合强度、抗高温耐磨性和耐腐蚀性，堆焊修复的轧辊完全达到新轧辊的使用性能，并且可以修复大型冷轧支承辊3次，其使用寿命接近甚至超过新轧辊的使用寿命，修复成本仅为新轧辊的30‑50％。

Description

大型冷轧支承辊70Cr3Mo的堆焊再造层及修复轧辊的方法
技术领域
本发明涉及一种轧辊表面处理技术领域，特别是涉及一种大型冷轧支承辊70Cr3Mo的堆焊修复再造层及制备方法。
背景技术
我国是钢铁生产和消费大国，其中轧材占85％--90％左右。轧辊是使(轧材)金属产生塑性变形的工具，是轧钢企业生产的关键备件，价格昂贵，其性能直接影响企业的产品质量以及生产成本。随着投入使用时间的延长，磨损在所难免。而磨损改变了轧辊的初始辊形，恶化了辊面质量，这样给产品的质量控制带来了很大的困难。
随着国内冷轧带钢市场的需求，冷轧带钢由窄带钢向宽带钢发展，由原先宽度350mm发展到1700mm，大型冷轧机支承辊辊面发展到1780mm,单支轧辊重量达到30多吨，耐磨层厚度达到100mm。其中，大型冷轧支承辊70Cr3Mo在工作过程中要承受很大的轧制应力，加上轧件的边裂、夹杂等问题，容易导致瞬间高温，使冷轧辊受到强烈热冲击造成划伤、裂纹、粘辊甚至轧辊剥落等，大型冷轧支承辊70Cr3Mo最普遍的失效形式都是辊面剥落和磨损，其中磨损比例更大。
由于轧辊重量大、辊经大、辊面长、耐磨层厚等因素，采用传统的堆焊修复大型冷轧支承辊70Cr3Mo的工艺技术难度大，焊后母体金属与堆焊层容易在对焊时发生相变，导致开裂。因此，现有的轧辊堆焊修复工艺的不足使得修复的轧辊机械性能较差，限制了轧辊的使用寿命，大量报废的轧辊尤其是大型轧辊长期堆积在轧钢厂内，造成了很大的浪费，增加了生产成本。
发明内容
为了克服现有技术存在的上述不足，本发明提供一种大型冷轧支承辊70Cr3Mo的堆焊修复再造层及修复轧辊的方法。该发明的修复再造层性价比高，具有优异的基体结合强度、抗高温耐磨性和耐腐蚀性，堆焊修复再造轧辊完全达到新轧辊的使用性能，并且可以堆焊修复再造3次，所述轧辊的使用寿命接近甚至超过新轧辊的使用寿命，修复再造成本仅为新轧辊的30-50％。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种大型冷轧支承辊70Cr3Mo的堆焊修复再造层，将分别配制的药芯焊丝逐层堆焊到轧辊基体表面制备而成，从基体表面往外依次堆焊打底层、过渡层和工作层：
打底层：由打底层药芯焊丝堆焊到轧辊基体表面而成，根据轧辊的合金成分配制打底层药芯焊丝，所述打底层药芯焊丝合金成分含有如下重量百分比的组分：C 0.06-0.08，Si 0.5-0.6，P 0.02-0.03，S 0.02-0.03，Mn 1.2-1.6，Cr 13-15，其它合金元素Mo+Ni+V 1.2-2.0，余量为Fe；打底层硬度HSD 47-50；
过渡层：由过渡层药芯焊丝堆焊到打底层表面而成，根据打底层的合金成分配制过渡层药芯焊丝，所述过渡层药芯焊丝合金成分含有如下重量百分比的组分：C 0.15-0.2，Si 0.5-0.6，P 0.02-0.03，S 0.02-0.03，Mn 1.6-1.8，Cr 11-13，其它合金元素Mo+Ni+V2.0-3.2，余量为Fe；过渡层硬度HSD 50-57；
工作层：由工作层药芯焊丝堆焊到过渡层表面而成，根据过渡层的合金成分配制工作层药芯焊丝，所述工作层药芯焊丝合金成分含有如下重量百分比的组分：C 0.2-0.25，Si 0.5-0.6，P 0.02-0.03，S 0.02-0.03，Mn 1.8-2.0，Cr 11-12.5，其它合金元素Mo+Ni+V3.2-5.0，余量为Fe；工作层硬度HSD 63-68。
本发明还提供一种利用前述大型冷轧支承辊70Cr3Mo堆焊修复再造层修复轧辊的方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1：轧辊准备
(1)轧辊疲劳层的车削，轧辊在车床单边最小车削5mm,并将局部有缺陷的地方车削干净；
(2)车削部分碎屑，做C、S、P、Mn、Cr、Ni、Mo、V化学成分检测；
(3)辊面用超声波对做探伤检验；
步骤2：药芯焊丝准备
(1)打底层药芯焊丝的准备，根据轧辊的合金成分配制打底层药芯焊丝，所述打底层药芯焊丝合金成分含有如下重量百分比的组分：C 0.06-0.08，Si 0.5-0.6，P 0.02-0.03，S 0.02-0.03，Mn 1.2-1.6，Cr 13-15，其它合金元素Mo+Ni+V 1.2-2.0，余量为Fe；打底层硬度HSD 47-50；
(2)过渡层药芯焊丝的准备，根据打底层合金成分配制过渡层药芯焊丝，所述过渡层药芯焊丝合金成分含有如下重量百分比的组分：C 0.15-0.2，Si 0.5-0.6，P 0.02-0.03，S 0.02-0.03，Mn 1.6-1.8，Cr 11-13，其它合金元素Mo+Ni+V 2.0-3.2，余量为Fe；过渡层硬度HSD 50-57；
(3)工作层药芯焊丝的准备，根据过渡层合金成分配制工作层药芯焊丝，所述工作层药芯焊丝合金成分含有如下重量百分比的组分：C 0.2-0.25，Si 0.5-0.6，P 0.02-0.03，S 0.02-0.03，Mn 1.8-2.0，Cr 11-12.5，其它合金元素Mo+Ni+V 3.2-5.0，余量为Fe；工作层硬度HSD 63-68；
(4)药芯焊丝的配合实验，要求脱渣干净，尽量不烧损元素、不增硅；
步骤3：轧辊预热
预热温度400℃，升温速度40℃/h，升温10小时，保温400℃，按辊径mm/分钟来计算保温时间，采用轴流风机内循环保持温度均匀；
步骤4：焊前准备
(1)药芯焊丝烘干，加温280℃，保温2小时；
(2)调整托轮高度，把预热后轧辊吊到堆焊机上，调整保温罩位置，调整转速450-550mm/分钟；调整机头位置，机头到辊面中心线15-25mm，焊丝伸干量20-30mm；
步骤5：焊接要求
(1)工艺参数：
焊位 层数 焊丝规格(mm) 电流A 电压V 搭接率 转速mm/分钟
打底层 2 3.2 380 28-30 50-60％ 450-550
过渡层 2 3.2 390 29-31 60-70％ 450-550
工作层 n 3.2 400 30-32 60-70％ 450-550
注：n——层数。
(2)焊道要平滑，无气孔、夹渣、缺肉、热裂、冷裂等缺陷；
(3)层间温度保持260-350℃；
(4)单层厚度4.5-6.5mm，工作层厚度根据图纸工作层厚度确定；
步骤6：最终热处理
最终热处理温度参数：
温度520℃、升温速度40℃/h，保温时间按辊径mm/分钟来计算保温时间，降温速度不大于20℃/h，采用轴流风机内循环保持温度均匀，当降温到小于100℃时方可开炉门；
步骤7：机械加工
(1)、按图纸要求车削轧辊，辊面直径大于标准值0.5mm；
(2)、用磨床磨到标准值及光洁度；
步骤8：检验
(1)按轧辊标准做硬度检验HSD 63-68；
(2)按轧辊标准做超声波探伤。
步骤9：包装、出厂。
本发明的有益效果是：本发明所涉及的设备和工艺简单，易于操作，且不受轧辊尺寸和施工场所的限制，适合于大型及特大型轧辊的修复再造，其使用寿命接近甚至达到新轧辊的使用寿命。经过修复再造的大型冷轧支承辊70Cr3Mo经探伤检验测，无夹渣、未熔合、未焊透、裂纹等焊接缺陷，硬度在HSD63-68范围，充分满足轧辊轧制使用要求。同时，该发明修复再造层性价比高，具有优异的基体结合强度、抗高温耐磨性和耐腐蚀性，大大提高了轧辊的使用性能，符合国家循环经济和可持续发展战略的绿色制造技术，具有广阔的应用前景与经济效益。
具体实施方式
实施例1
在本实施例中，以报废的1150大型冷轧支承辊70Cr3Mo(辊径950mm)为基体，在基体表面堆焊修复再造层，该修复再造层从基体表面往外依次由打底层、过渡层和工作层组成。在本实施例中，根据大型冷轧支承辊70Cr3Mo合金成分配制打底层药芯焊丝，打底层药芯焊丝合金成分含有如下重量百分比的组分：C 0.07，Si 0.5，P 0.02，S 0.02，Mn 1.2，Cr15，其它合金元素Mo+Ni+V 1.2，余量为Fe；打底层硬度HSD 48。根据打底层合金成分配制过渡层药芯焊丝，过渡层药芯焊丝合金成分含有如下重量百分比的组分：C 0.15，Si 0.5，P0.02，S 0.02，Mn 1.6，Cr 13，其它合金元素Mo+Ni+V 2.0，余量为Fe；过渡层硬度HSD 55。根据过渡层合金成分配制工作层药芯焊丝，工作层药芯焊丝合金成分含有如下重量百分比的组分：C 0.2，Si 0.5，P 0.02，S 0.02，M 1.8，Cr 12，其它合金元素Mo+Ni+V 3.5，余量为Fe；工作层硬度HSD 64。
直径950mm大型冷轧支承辊70Cr3Mo(轧辊编号:180-2-1#)堆焊修复再造层修复轧辊的方法如下：
步骤1：轧辊准备
(1)轧辊疲劳层的车削，轧辊在车床单边最小车削5mm,局部有缺陷的地方车削干净。
(2)车削部分碎屑，做C、S、P、Mn、Cr、Ni、Mo、V化学成分检测。
(3)辊面用超声波做探伤实验。
步骤2：药芯焊丝的准备
(1)打底层药芯焊丝的准备，根据轧辊合金元素成分，配制打底层药芯焊丝的成分，所述打底层焊丝含有如下重量百分比的组分：C 0.07，Si 0.5，P 0.02，S 0.02，M 1.2，Cr 15，其它合金元素Mo+Ni+V 1.2，余量为Fe；打底层硬度HSD 48。
(2)过渡层药芯焊丝的准备，根据打底层合金元素成分，配制过渡层药芯焊丝成分，所述过渡层焊丝含有如下重量百分比的组分：C 0.15，Si 0.5，P 0.02，S 0.02，M 1.6，Cr 13，其它合金元素Mo+Ni+V 2.0，余量为Fe；过渡层硬度HSD 55。
(3)工作层药芯焊丝的准备，根据过渡层合金元素成分，配制工作层药芯焊丝成分，所述工作层药芯焊丝含有如下重量百分比的组分：C 0.2，Si 0.5，P 0.02，S 0.02，M1.8，Cr 12，其它合金元素Mo+Ni+V 3.5，余量为Fe；工作层硬度HSD 64。
(4)药芯焊丝配合实验，要求脱渣干净，不烧损元素、不增硅。
步骤3：轧辊预热
预热温度400℃，升温速度40℃/h，升温10小时，保温400℃，按辊径mm/分钟来计算保温时间，保温16h,采用轴流风机内循环保持温度均匀。
步骤4：焊前准备
(1)药芯焊丝烘干，加温280℃，保温2小时。
(2)调整托轮高度，把预热后轧辊吊到堆焊机上，调整保温罩位置，调整转速，470mm/分钟。调整机头位置，机头到辊面中心线20mm，焊丝伸干量25mm。
步骤5：焊接要求
(1)工艺参数：
焊位 层数 焊丝规格(mm) 电流A 电压V 搭接率 转速mm/分钟
打底层 2 3.2 380 28 50％ 470
过渡层 2 3.2 390 29 60％ 470
工作层 8 3.2 400 30 60％ 470
(2)焊道要平滑，无气孔、夹渣、缺肉、热裂、冷裂的缺陷。
(3)层间温度保持260-350℃，达不到温度要采用液化气加热。
(4)单层厚度5mm，工作层厚度根据图纸工作层厚度确定。
步骤6：最终热处理
最终热处理温度参数：温度520℃、升温速度40℃/h，升温13h,保温时间按辊径mm/60来计算保温时间，保温时间16h,降温速度不大于20℃/h，采用轴流风机内循环保持温度均匀，当降温到小于100℃时方可开炉门。
步骤7：机械加工
(1)、按图纸要求车削轧辊，辊面直径大于标准值0.5mm。
(2)、用磨床磨到标准值及光洁度。
步骤8：检验
(1)按轧辊标准做硬度检验63-68HSD。
(2)按轧辊标准做超声波探伤实验。
步骤10：包装、出厂。
直径950mm大型冷轧支承辊70Cr3Mo(轧辊编号:180-2-2#)的堆焊修复再造层修复轧辊的现场使用情况报告：
(1)1150轧机轧辊、轴承使用记录
(2)现场使用情况报告
直径950mm大型冷轧支承辊70Cr3Mo(轧辊编号:180-2-1#)的堆焊修复再造层修复的轧辊使用情况：2015年初，秦皇岛鸿翔焊业有限公司提供给山东科瑞集团金港板业有限公司采用本发明修复的直径950mm大型冷轧支承辊70Cr3Mo。自2015年4月15日投入使用以来，截止到2015年11月11日共在机使用120天，共计上机使用10次，已满足合同中规定的过钢量要求，预计要超过新辊的过钢量。目前该大型冷轧支承辊70Cr3Mo堆焊修复再造层修复的轧辊还在机使用中，辊面无任何质量缺陷。
实施例2
在本实施例中，以报废的1150大型冷轧支承辊70Cr3Mo(轧辊编号:180-2-2#；辊径950mm)为基体，在基体表面堆焊修复再造层，该修复再造层从基体表面往外依次由打底层、过渡层和工作层组成。在本实施例中，根据1150大型冷轧支承辊70Cr3Mo的合金成分，配制打底层药芯焊丝，打底层药芯焊丝合金含有如下重量百分比的组分：C 0.08，Si 0.6，P0.03，S 0.03，Mn 1.7，Cr 15.2，其它合金元素Mo+Ni+V 2.0，余量为Fe；打底层硬度HSD 49。根据打底层合金元素成分，配制过渡层药芯焊丝，过渡层药芯焊丝合金成分含有如下重量百分比的组分：C 0.2，Si 0.6，P 0.03，S 0.03，Mn 1.8，Cr 13，其它合金元素Mo+Ni+V 3.2，余量为Fe；过渡层硬度HSD 55。根据过渡层合金元素成分，配制工作层药芯焊丝成分，工作层药芯焊丝合金成分含有如下重量百分比的组分：C 0.25，Si 0.6，P 0.03，S 0.03，Mn1.9，Cr 11.5，其它合金元素Mo+Ni+V 5.0，余量为Fe，工作层硬度HSD 63。
直径950mm大型冷轧支承辊70Cr3Mo(轧辊编号:180-2-2#)的堆焊修复再造层修复轧辊的方法如下：
步骤1：轧辊准备
(1)轧辊疲劳层的车削，轧辊在车床单边最小车削5mm,局部有缺陷的地方车削干净。
(2)车削部分碎屑，做C、S、P、Mn、Cr、Ni、Mo、V化学成分检测。
(3)辊面用超声波做探伤实验。
步骤2：焊材准备
(1)打底层药芯焊丝的准备，根据轧辊元素成分配制打底层药芯焊丝，所述打底层药芯焊丝合金成分含有如下重量百分比的组分：C 0.08，Si 0.6，P 0.03，S 0.03，Mn 1.7，Cr 15.2，其它合金元素Mo+Ni+V 2.0，余量为Fe；打底层硬度HSD 49。
(2)过渡层药芯焊丝的准备，根据打底层元素成分配制过渡层药芯焊丝，所述过渡层药芯焊丝合金成分含有如下重量百分比的组分：C 0.2，Si 0.6，P 0.03，S 0.03，Mn 1.8，Cr 13，其它合金元素Mo+Ni+V 3.2，余量为Fe；过渡层硬度HSD 55。
(3)工作层药芯焊丝的准备，根据打底层元素成分配制工作层药芯焊丝，所述工作层药芯焊丝合金成分含有如下重量百分比的组分：C 0.25，Si 0.6，P 0.03，S 0.03，Mn1.9，Cr 11.5，其它合金元素Mo+Ni+V 5.0，余量为Fe；工作层硬度HSD 63。
(4)药芯焊丝配合实验，要求脱渣干净，不烧损元素、不增硅。
步骤3：轧辊预热
预热温度400℃，升温速度40℃/h，升温10小时，保温400℃，按辊径mm/分钟来计算保温时间16h，采用轴流风机内循环保持温度均匀。
步骤4：焊前准备
(1)药芯焊丝烘干，加温280℃，保温2小时。
(2)调整托轮高度，把预热后轧辊吊到堆焊机上，调整保温罩位置，调整转速，470mm/分钟。调整机头位置，机头到辊面中心线20mm，焊丝伸干量25mm。
步骤5：焊接要求
(1)工艺参数：
焊位 层数 焊丝规格(mm) 电流A 电压V 搭接率 转速mm/分钟
打底层 2 3.2 380 28 50％ 470
过渡层 2 3.2 390 29 60％ 470
工作层 8 3.2 400 30 60％ 470
(2)焊道要平滑，无气孔、夹渣、缺肉、热裂、冷裂的缺陷。
(3)层间温度保持260-350℃，达不到温度要采用液化气加热。
(4)单层厚度5mm，工作层厚度根据图纸工作层厚度确定。
步骤6：最终热处理
最终热处理温度参数：温度520℃、升温速度40℃/h，升温13h,保温时间按辊径mm/分钟来计算保温时间16h，降温速度不大于20℃/h，采用轴流风机内循环保持温度均匀，当降温到小于100℃时方可开炉门。
步骤7：机械加工
(1)、按图纸要求车削轧辊，辊面直径大于标准值0.5mm。
(2)、用磨床磨到标准值及光洁度。
步骤8：检验
(1)按轧辊标准做硬度实验63-68HSD。
(2)按轧辊标准做超声波探伤实验。
步骤9：包装、出厂。
直径950mm大型冷轧支承辊70Cr3Mo(轧辊编号:180-2-2#)堆焊修复再造层修复轧辊现场使用情况报告：
(1)1150轧机轧辊、轴承使用记录
(2)现场使用情况报告
直径950mm大型冷轧支承辊70Cr3Mo(轧辊编号:180-2-2#)的堆焊修复再造层修复轧辊的使用情况：2015年初，秦皇岛鸿翔焊业有限公司提供给山东科瑞集团金港板业有限公司采用本发明修复的直径950mm大型冷轧支承辊70Cr3Mo。自2015年4月15日投入使用以来，截止到2015年11月11日共在机使用141天，共计上机使用10次，已满足合同中规定的过钢量要求，预计要超过新辊的过钢量。目前该大型冷轧支承辊70Cr3Mo堆焊修复再造层修复的轧辊还在机使用中，辊面无任何质量缺陷。

Claims (1)

1.一种大型冷轧支承辊70Cr3Mo的堆焊修复再造层，包括打底层、过渡层和工作层，其特征是：
所述打底层由打底层药芯焊丝堆焊到基体表面而成，根据轧辊的合金成分配制打底层药芯焊丝，该打底层药芯焊丝合金成分含有如下重量百分比的组分：C 0.06-0.08，Si 0.5-0.6，P 0.02-0.03，S 0.02-0.03，Mn 1.2-1.6，Cr 13-15，Mo+Ni+V 1.2-2.0，余量为Fe；打底层硬度HSD 47-50；
所述过渡层由过渡层药芯焊丝堆焊到打底层表面而成，根据打底层的合金成分配制过渡层药芯焊丝，该过渡层药芯焊丝合金成分含有如下重量百分比的组分：C 0.15-0.2，Si0.5-0.6，P 0.02-0.03，S 0.02-0.03，Mn 1.6-1.8，Cr 11-13，Mo+Ni+V 2.0-3.2，余量为Fe；过渡层硬度HSD50-57；
所述工作层由工作层药芯焊丝堆焊到过渡层表面而成，根据过渡层的合金成分配制工作层药芯焊丝，该工作层药芯焊丝合金成分含有如下重量百分比的组分：C 0.2-0.25，Si0.5-0.6，P 0.02-0.03，S 0.02-0.03，Mn 1.8-2.0，Cr 11-12.5，Mo+Ni+V 3.2-5.0，余量为Fe；工作层硬度HSD63-65。
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