CN105499751A - 用于热连轧夹送辊的硬面堆焊修复工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于热连轧夹送辊的硬面堆焊修复工艺，包括以下步骤：将辊件中的失效辊面车削至临界使用尺寸后，再将辊件装卡于自动堆焊机床中进行预热，预热完毕后保温待焊，并在后续堆焊过程中维持焊接温度；采用药芯焊丝与焊剂在辊件的基体上埋弧堆焊出与基体以及盖面层结合强度高的过渡层；采用药芯焊丝与焊剂在过渡层上堆焊出盖面层，并预留出盖面层的加工余量；将堆焊完毕后的辊件进退火炉整体回火；将回火后的辊件按照原辊件的尺寸和精度进行精加工。该修复工艺成本低、质量可控性好，具有相对性价比优势，并且本发明能推广应用于其他热轧功能辊及传输辊道的硬面堆焊修复或复合制造中。

Description

用于热连轧夹送辊的硬面堆焊修复工艺

技术领域

本发明提供了一种针对热连轧卷曲机上下夹送辊、除鳞夹送辊等功能辊的硬面堆焊修复工艺技术，属于材料科学技术领域。

背景技术

热连轧机组卷取机上下夹送辊、助卷辊，以及粗轧机除鳞夹送等，均为热连轧生产线的重要质量备件。上下夹送辊、助卷辊的主要用途是夹取热轧后的带钢并将其导向卷取机，需要夹送辊必须具有高耐磨损性、耐热性、耐粘钢性和回火稳定性。除鳞夹送辊则是在粗轧机前，利用高压水去除热轧带钢表面的氧化铁皮，要求除鳞夹送辊具有高的耐磨性、耐冷热疲劳性。在热连轧生产线上还配置有诸多各种功能辊和输送辊道。

传统热连轧上下夹送辊的堆焊修复，其盖面层堆焊材料和工艺研究及使用业绩均可见绪报道：如引进日本的2Cr5Ni3Mo2V上下夹送辊堆焊材料和工艺；国内各种含Cr5-7的低碳、中碳合金系列的盖面层堆焊材料，其使用硬度多在48-52HRC范围。但对诸如￠900×1630(2300)的热轧卷取上夹送辊，辊面堆焊层厚＞25mm，特别是热轧高强度、高品质钢种及硅钢时，其堆焊合金同时要具有高焊接性及硬度均匀性，高抗冲击磨损性及抗粘钢性等却面临着挑战。

近代，随着各种高强度高品质管线、桥梁、汽车、硅钢等热轧带钢的迅速发展，对热轧卷取上下夹送辊、助卷辊等的耐热、耐磨、抗粘钢性提出愈来愈高的要求，传统的硬面堆焊合金材料和堆焊工艺已不能很好适应。在此背景下，某钢企的热连轧机上下夹送辊，多年来均一直外委掌握有国外某专利技术的企业进行堆焊修复。

该国外专利技术的核心：是高C高Nb盖面层堆焊合金材料，及配套的堆焊、热处理工艺、技术装备。利用该技术所堆焊的上下夹送辊、助卷辊使用硬度高达57-59HRC，具有十分优异的耐冲击磨损、抗粘钢性、耐热性、导热性及通体硬度一致性，热轧高强度高品质钢质量可靠性很高，使用寿命长。不足之处在于，堆焊25mm以上堆焊层厚度要求的热轧卷取上夹送辊，对堆焊材料、堆焊工艺及装备条件要求甚高，质量过程控制难度较大，且堆焊修复价格昂贵。

针对某钢企1580、2300热轧机上下夹送辊的硬面堆焊修复，本申请发明人曾申报过一项专利(申请号201510521922.1)。该专利所研制的Cr-Mo-W-V系热作模具钢堆焊合金，使用硬度57-59HRC，亦具有优异的耐磨性、耐热性、抗粘钢性。所硬面堆焊的该钢企热轧卷取助卷辊、夹送辊均取得优异应用业绩，使用寿命达到前述国外专利水平，成本却有较大下降。但是该专利中所提供的用于堆焊上夹送辊的技术方案，虽然其使用寿命与国外水平相当，但是仍存在质量控制要求高，堆焊材料及工艺成本偏高的不足，更适合应用于高端、高难度热轧材品种的场合。

长期以来，由于Cr13系马氏体不锈钢堆焊合金具有耐热、抗高温氧化(不锈)、较高热强度，特别是价格低廉，用户维护保养容易等特点，仍然是各种热轧功能辊及传输辊道所追求的低成本堆焊方法，CN102189316B专利即诸多报道中的一例。但将其用于热轧高强度板坯卷取上下夹送辊的修复堆焊却鲜有成果报道。究其原因：Cr13系盖面层堆焊合金在保证韧性前提下的40-48HRC使用硬度，在热轧卷曲高强度板“咬钢”和“甩尾”时的抗冲击磨性严重不足；同时，熔敷金属马氏体基体组织中的高Cr含量，又容易导致上述使用工况条件下的粘钢事故。

发明内容

本发明提供了一种用于热连轧夹送辊以及除磷夹送辊，具有成本低、质量可控性好，综合性价比高的硬面堆焊修复工艺。并能推广应用于其他热轧功能辊及传输辊道的堆焊修复及复合制造中。

实现本发明上述目的所采用的技术方案为：

一种用于热连轧夹送辊的硬面堆焊修复工艺，包括以下步骤：

(1)、预热：将失效夹送辊辊面车削至临界使用尺寸后，置于退火炉内预热；在堆焊机床上堆焊的全过程，则由加热排管维持层温；

(2)、过渡层堆焊：采用药芯焊丝与焊剂在辊面的基体上埋弧堆焊出与基体以及盖面层结合强度高的过渡层；

(3)、盖面层堆焊：采用药芯焊丝与焊剂在过渡层上堆焊出盖面层，一直堆焊到图纸尺寸并留出足够加工余量；盖面层堆焊熔敷金属各组分的质量百分比如下：碳0.28-0.45％；铬12.0-14.0％；硅1.40-1.80％；锰1.50-1.80％；钒0.10-0.50％；钼0.25-0.80％；镍、钛、铌、氮＜1.0％，铁余量；

(4)、焊后回火：堆焊完毕的夹送辊进退火炉整体回火；

(5)、精加工：回火完毕的夹送辊恢复原图纸尺寸和精度。

步骤(1)中夹送辊在退火炉中预热的温度大于300℃，且不高于马氏体开始转变温度；升温速度为50℃/小时，当辊件升温至350℃后保温3小时待焊。

步骤(2)中过渡层堆焊熔敷金属各组分的质量百分比如下：碳0.08-0.15％；铬11.5-14.0％；硅0.40-0.80％；锰1.20-2.00％；镍0.10-0.60％；钼0.20-0.50％；铁余量。

步骤(2)中过渡层堆焊规范为：焊接电流370-390A，电弧电压30-32V，焊接线速度480-500mm/min，焊道搭接量48-50％，层间温度控制在280-300℃。

步骤(3)中盖面层堆焊规范为：焊接电流360-380A，电弧电压28-30V，焊接线速度500mm/min，焊道搭接量48-50％，层间温度控制在＞300℃；单层堆焊层厚2.5mm左右，并一直连续堆焊至夹送辊使用直径并预留8-10mm加工余量。

步骤(4)中堆焊完毕的夹送辊在350℃均温一小时，然后以30-50℃/小时降温速度冷却到100-150℃，准备进退火炉回火。

步骤(4)中回火规范为：550-560℃×4小时，升温速度30-50℃/小时，回火后随炉缓冷。

本申请中采用回火硬度为52-55HRC，具有较高耐磨、耐热、抗粘钢性的Cr13系马氏体不锈钢堆焊合金成分作为盖面层，采用与辊体基材及盖面层堆焊合金相匹配的高强韧性堆焊合金焊材作为过渡层；从而保证上述夹送辊堆焊修复质量和使用性能以及焊后热处理制度。

在本申请中所研制的Cr13系马氏体不锈钢盖面层堆焊合金，必须满足高韧性前提下的52-55HRC硬度，能承受特别是高强度热轧板坯及硅钢卷取“咬钢”和“甩尾”时的冲击磨损，同时具有足够的抗粘钢性和高温回火稳定性，以及大厚度堆焊条件下的良好抗裂性。为了实现上述目的，本申请以中碳Cr13马氏体不锈钢成分为盖面层堆焊金属的基础成分，通过药芯焊丝熔敷金属中以N部份取代C，并添加Mo、V、Nb、Ti等强氮化物、碳化物形成元素，以促使熔敷金属经高温回火后，在马氏体基体上析出弥散分布的M₂₃C₆、M₇C₃、TiC碳化物及VN、TiN等氮化物，达到固溶强化和细化晶粒的作用。同时，上述熔敷金属中金属间化合物的沉淀析出，还有二次硬化作用并提高堆焊金属的抗回火稳定性。

众所周知，热轧夹送辊辊面出现粘钢的实质是：夹送辊和热轧带钢表面凹凸不平的部分相互接触后局部热量将急速上升，产生的热量将导致夹送辊和红热钢坯接触处的摩擦焊接即“粘钢”。研究并表明：当该局部接触点温度接近600℃时，堆焊金属中的Cr和接触金属的亲和力将大为增加，更易出现粘钢。为此，本申请采用0.28-0.42％C较高的C含量，同时，添加一定量的N，既能保证提高上述夹送辊堆焊熔敷金属的硬度，又能通过形成C和N的Cr金属间化合物固定一部分Cr，进一步削弱堆焊金属中Cr对热轧板坯接触金属的亲和力，从而达到不粘钢的目的。

此外，本申请中过渡层堆焊合金成分为低碳1Cr13系不锈钢，该合金成分与前述盖面层堆焊合金具有良好的兼容性，能够提高和夹送辊基材的焊接性及结合强度，过渡层堆焊合金成分中另添加有提高熔敷金属韧性的Ni以及Mo、V等细晶微量元素。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做详细具体的说明。

实施例1

本实施例中处理对象为某钢企热连轧上夹送辊。系壁厚为50mm的空心辊件，由辊套、辊套二侧端板、中心轴及各种连接紧固件，可拆装的组合件组成，其中辊坯材质为中碳钢或中碳低合金钢。原辊图纸要求辊套面使用硬度48HRC，使用层厚为25mm。

堆焊修复工艺流程如下：

粗车：辊面荒车疲劳层至￠846，探伤检测无缺陷。

钳拆、钳装：为避免堆焊及热处理对上夹送辊整体变形影响，将空心辊套与原结构的二侧端板及辊中心轴等组件分离，清洗后待后续装配用。将辊套与预制的简易工装组合件(含二侧工艺端板和厚壁钢管制工艺轴)，通过紧固件连接成一整体，并确保辊套与堆焊机床的同轴度。

预热：将上述辊件装卡于自动堆焊机床，於在线燃气加热炉内进行预热，并在全堆焊过程中维持焊接层间温度。对Cr13系马氏体不锈钢堆焊，预热温度应＞300℃，但不高于马氏体开始转变温度。具体采取30-50℃/小时的升温速度，当辊套升温至350℃后保温3小时待焊。

过渡层堆焊：采用前述过渡层堆焊合金成分的ML-YD410药芯焊丝埋弧焊焊丝，直径￠3.2mm，匹配焊剂HJ260。堆焊规范：焊接电流370-390A，电弧电压30-32V，焊接线速度480-500mm/min，焊道搭接量48-50％，层间温度控制在280-300℃。堆焊只堆焊一层。

盖面层堆焊：采用前述盖面层堆焊合金成分的ML-YD423药芯焊丝，焊丝直径￠3.2mm，即可匹配熔炼焊剂HJ260，亦可匹配高碱度烧结型焊剂以获得更高回火硬度的熔敷金属，并改善高温脱渣性。堆焊规范：焊接电流360-380A，电弧电压28-30V，焊接线速度500mm/min，焊道搭接量48-50％，层间温度控制在＞300℃。

单层堆焊层厚2mm左右，并一直连续堆焊至终。由于不锈钢热收缩量大，加上空心辊的焊接变形大，堆焊层数以保证最终加工余量8-10mm为准。

后热管理：堆焊完后辊件不应直接升温回火。由于焊接时奥氏体可能未完全转变，若直接升温会出现碳化物沿奥氏体晶界沉淀和奥氏体向珠光体转变，产生晶粒粗大组织严重降低韧性。焊后应于加热炉中以30-50℃/小时降温速度，将堆焊辊冷却到100-150℃再进退火炉回火。

焊后回火：进退火炉整体回火，回火规范550-560℃×4小时，升温速度30-50℃/小时。由于盖面层Cr13马氏体不锈钢堆焊合金属于空淬钢，还可以通过调整回火后出炉温度来提高回火硬度。例如：对某些服役工况条件辊面承受温度并不高的热轧功能辊或辊道，回火后可300-400℃出炉并自然时效。

钳拆、钳装：拆卸掉热处理完毕的上夹送辊辊套，并和原上夹送辊拆卸下的其他组件重新安装，并恢复原辊组件的装配精度和形位公差。

精加工：辊面堆焊层精加工，恢复原辊图纸尺寸、形位公差及精度。

动平衡配重：全辊进行动平衡试验，在二端板位置进行配重达要求。

使用效果：采用上述实施例中的处理工艺所硬面堆焊修复的某钢企两种热轧卷曲上夹送辊，其质量再现性好、使用寿命长，特别是价格低廉、综合性价比高，被用户所高度认可。

本申请所提供的工艺技术，还能够广泛推广应用于各钢企，包括各种热轧功能辊和输送辊道的修复堆焊，均取得优异应用业绩，其使用质量和使用寿命较原堆焊和热喷焊辊有大的提高。下述案例中，堆焊合金层厚7-8mm，堆焊和热处理规范視辊道具体使用工况有所微不同，使用硬度可在52-55HRC范围调整。

案例1、卷曲下夹送辊。

案例2、除磷上下夹送辊。

案例3、热轧矫直辊。

案例4、热轧E道辊。

Claims (7)

1.一种用于热连轧夹送辊的硬面堆焊修复工艺，其特征在于包括以下步骤：(1)、预热：将失效夹送辊辊面车削至临界使用尺寸后，置于退火炉内预热；在堆焊机床上堆焊的全过程，则由加热排管维持层温；

(2)、过渡层堆焊：采用药芯焊丝与焊剂在辊面的基体上埋弧堆焊出与基体以及盖面层结合强度高的过渡层；

(3)、盖面层堆焊：采用药芯焊丝与焊剂在过渡层上堆焊出盖面层，一直堆焊到图纸尺寸并留出足够加工余量；盖面层堆焊熔敷金属各组分的质量百分比如下：碳0.28-0.45％；铬12.0-14.0％；硅1.40-1.80％；锰1.50-1.80％；钒0.10-0.50％；钼0.25-0.80％；镍、钛、铌、氮＜1.0％，铁余量；

(4)、焊后回火：堆焊完毕的夹送辊进退火炉整体回火；

(5)、精加工：回火完毕的夹送辊恢复原图纸尺寸和精度。

2.根据权利要求1所述的硬面堆焊修复工艺，其特征在于：步骤(1)中夹送辊在退火炉中预热的温度大于300℃，且不高于马氏体开始转变温度；升温速度为50℃/小时，当辊件升温至350℃后保温3小时待焊。

3.根据权利要求1所述的硬面堆焊修复工艺，其特征在于：步骤(2)中过渡层堆焊熔敷金属各组分的质量百分比如下：碳0.08-0.15％；铬11.5-14.0％；硅0.40-0.80％；锰1.20-2.00％；镍0.10-0.60％；钼0.20-0.50％；铁余量。

4.根据权利要求1所述的硬面堆焊修复工艺，其特征在于：步骤(2)中过渡层堆焊规范为：焊接电流370-390A，电弧电压30-32V，焊接线速度480-500mm/min，焊道搭接量48-50％，层间温度控制在280-300℃。

5.根据权利要求1所述的硬面堆焊修复工艺，其特征在于：步骤(3)中盖面层堆焊规范为：焊接电流360-380A，电弧电压28-30V，焊接线速度500mm/min，焊道搭接量48-50％，层间温度控制在＞300℃；单层堆焊层厚2.5mm左右，并一直连续堆焊至夹送辊使用直径并预留8-10mm加工余量。

6.根据权利要求1所述的硬面堆焊修复工艺，其特征在于：步骤(4)中堆焊完毕的夹送辊在350℃均温一小时，然后以30-50℃/小时降温速度冷却到100-150℃，准备进退火炉回火。

7.根据权利要求6所述的硬面堆焊修复工艺，其特征在于：步骤(4)中回火规范为：550-560℃×4小时，升温速度30-50℃/小时，回火后随炉缓冷。