CN107335939A - 大型70Cr3Mo支承辊大厚度堆焊修复层及修复工艺 - Google Patents

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Abstract

大型70Cr3Mo支承辊大厚度堆焊修复层及修复工艺，堆焊修复层沿支承辊端面的径向由内向外依次为两层打底层、两层过渡层和若干层工作层。本发明用从焊材选用、堆焊工艺、堆焊过程控制等方面进行研究，确定出合适的堆焊材料和严格的堆焊工艺保证堆焊层的性能要求和堆焊质量，设计制造优良的工艺装备保证工艺措施的实施。最终将磨损辊体修复至原辊体尺寸，恢复使用性能，甚至超过原来辊体的使用寿命，经济效益较高。能够用于重量＞150T的大型支承辊，能够实现高达300mm大厚度堆焊层，工作层硬度：50‑60HS；且堆焊层满足超声波探伤JB/T4620标准。

Description

大型70Cr3Mo支承辊大厚度堆焊修复层及修复工艺
技术领域
本发明涉及大型支承辊，具体涉及一种大型70Cr3Mo支承辊大厚度堆焊修复层及修复工艺。
背景技术
随着轧机向大型化、高速化和自动化的方向发展，对其支承辊的质量要求也越来越高，其市场需求量也越来越大。大型支承辊是轧钢的主要部件，其质量关系到钢材质量和产量，也是轧机的主要消耗部件。随着轧机每个使用周期的磨损，支承辊的辊径减小到极限尺寸，或因局部剥落失去少量工作层等失效，不能继续使用，大型支承辊直接报废将造成钢厂资源巨大浪费。如南阳汉冶3800轧机支承辊，重量154T，材质70Cr3Mo，长度9556mm，辊体直径φ2200mm，在使用磨损后，支承辊表面出现严重剥落掉块疲劳失效，以及内部延伸裂纹，最大剥落深度300mm，掉块轴向长度最大约1650mm，周向长度最大约3000mm。该支承辊严重失效报废，修复技术难度和失败风险非常大。严重失效的废旧大型支承辊（重量＞150T），因修复技术难度和失败风险非常大，一直让钢铁和轧辊企业望而却步。
发明内容
本发明的目的是提供一种大型70Cr3Mo支承辊大厚度堆焊修复层及修复工艺，以达到提高支承辊使用寿命的目的。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：大型70Cr3Mo支承辊大厚度堆焊修复层，堆焊修复层沿支承辊端面的径向由内向外依次为两层打底层、两层过渡层和若干层工作层；其中，所述打底层由焊丝Ⅰ和焊剂Ⅰ堆焊到支承辊本体表面而成，焊丝Ⅰ合金成分由以下重量百分比的元素组成：C 0.01~0.03%，Si 0.40~0.80%，Mn 1.00~2.20%，Cr 0.70~1.50%，Ni 0.50~1.20%，Mo 0.40~1.00%，S≤0.025%，P≤0.03%，余量为Fe；所述过渡层由焊丝Ⅱ和焊剂Ⅱ堆焊到支承辊本体表面而成，焊丝Ⅱ合金成分由以下重量百分比的元素组成：C 0.15~0.35%，Si 0.45~0.85%，Mn 1.00~2.40%，Cr 1.00~2.50%，Ni 0.80~2.00%，Mo0.50~1.50%，S≤0.025%，P≤0.03%，余量为Fe；所述工作层由焊丝Ⅲ和焊剂Ⅲ堆焊到支承辊本体表面而成，焊丝Ⅲ合金成分由以下重量百分比的元素组成：C 0.15~0.30%，Si ≤0.60%，Mn 1.50~3.00%，Cr 4.5~6.00%，Ni 1.00~2.80%，Mo 1.00~2.00%，V 0.20~0.50%，S≤0.025%，P≤0.03%，余量为Fe。
利用上述大型70Cr3Mo支承辊大厚度堆焊修复层修复支承辊的工艺，包括以下步骤：
（1）、对支承辊进行预处理：对于支承辊辊面的内部延伸裂纹，采用环形槽加工方法去除；对于支承辊的剥落掉块缺陷，采用R30mm×45°台阶的斜坡过渡的加工方法去除，得到具有台阶轴结构的支承辊本体，备用；
（2）、对支承辊本体进行预热，备用；
（3）、对支承辊本体周面上的斜坡过渡面进行堆焊，使斜坡过渡面与其相邻的台阶轴处于同一平面，然后进行第一次中间消应力热处理；对支承辊本体周面上的台阶轴依次进行两次堆焊，每次堆焊后对应进行第二次支架中间消应力热处理和第三次中间消应力热处理；
（4）、将焊剂Ⅰ、焊剂Ⅱ和焊剂Ⅲ在300℃下烘干，并保温1h；将步骤（3）处理后的支承辊本体吊到堆焊机上，调整保温罩位置，按照权利要求1的合金成分，利用焊丝Ⅰ和焊剂Ⅰ堆焊两层打底层，分别利用焊丝Ⅱ和焊剂Ⅱ堆焊两层过渡层、焊丝Ⅲ和焊剂Ⅲ堆焊一层工作层，进行第四次中间消应力热处理；
（5）、利用焊丝Ⅲ和焊剂Ⅲ在步骤（4）处理后的支承辊本体上堆焊若干层工作层，进行第五次中间消应力热处理；再次利用焊丝Ⅲ和焊剂Ⅲ在前述处理后的支承辊本体上堆焊若干层工作层，进行第六次热处理；
（6）、对焊层进行清理和精加工。
本发明中，步骤（6）中对焊层进行清理的步骤为：清理焊层表面的积炭和灰尘，焊道清除焊渣后用钢丝刷清焊道表面残留的焊渣；对焊接时由于导电嘴出现导电不好或焊剂中残留异物产生表面成型不良时使用砂轮机打磨；焊道的起弧与收弧处用砂轮打磨平整无缺陷，同时，每焊完一整层时打磨平整无缺陷。
本发明中，焊剂Ⅰ和焊剂Ⅱ的成分一致，由以下重量百分比的化学成分组成：MnO 2~4%，SiO2 29~34%，CaF2 20~35%，CaO 4~7%，MgO 15~18%，Al2O3 19~24%，FeO≤0.3%，S≤0.08%，P≤0.06%；焊剂Ⅲ由以下重量百分比的化学成分组成：SiO2 22~30%，CaF2 20~25%，CaO 3~7%，MgO 15~20%，Al2O3 20~30%，FeO≤0.3%，S≤0.08%，P≤0.06%。
其中，步骤（2）中支承辊本体的预热温度为310~324℃，预热速度≤25℃/h，预热时间不小于40h。预热温度根据母材的碳当量、合金含量和Ms点等确定。
其中，步骤（4）中堆焊两层打底层的步骤为：利用焊丝Ⅰ和焊剂Ⅰ在支承辊本体上堆焊第一层打底层，然后按照不超过25℃/h的升温速度升温至不低于380℃，并保温40h，随后，降至350℃准备焊接第二次打底层；步骤（4）和步骤（5）中堆焊过渡层和工作层的步骤参照此步骤。
其中，步骤（4）和步骤（5）中，每堆焊35mm的厚度进行一次消应力热处理，步骤（4）和步骤（5）中，每焊接2-3层更换步进触发点位置，在支承辊本体的圆周方向相差45°，避免每层步进点在一位置易出现焊接缺陷叠加。
其中，步骤（4）和步骤（5）中各焊接步骤均采用的焊接参数为：焊接电流为480~510A，焊接电压为29~30V，焊接速度为500mm/min，搭接率为50%，焊丝干伸长为25~30mm；各堆焊过程中，堆焊层中的层与层间的温度控制在310~324℃。
本发明中，步骤（3）中第一次中间消应力热处理的方法为：将支承辊本体以不小于310℃的热态下进炉，以≤25℃/h的升温速度，升温至480±10℃，并在该温度下保温2h，然后以≤25℃/h的冷却速度冷却至380℃，准备进入下阶段堆焊；第二次中间消应力热处理的方法为：将支承辊本体以不小于310℃的热态下进炉，以≤25℃/h的升温速度，升温至480±10℃，并在该温度下保温3h，然后以≤25℃/h的冷却速度冷却至380℃，准备进入下阶段堆焊；第三次中间消应力热处理的方法为：将支承辊本体以不小于310℃的热态下进炉，以≤25℃/h的升温速度，升温至480±10℃，并在该温度下保温20h，然后以≤25℃/h的冷却速度冷却至380℃，准备进入下阶段堆焊。
本发明中，步骤（4）中，第四次中间消应力热处理方法为：将支承辊本体以不小于310℃的热态下进炉，以≤25℃/h的升温速度，升温至480±10℃，并在该温度下保温20h，然后以≤25℃/h的冷却速度冷却至380℃，准备进入下阶段堆焊。
本发明中，步骤（5）中，第五次中间消应力热处理方法为：将支承辊本体以不小于310℃的热态下进炉，以≤25℃/h的升温速度，升温至480±10℃，并在该温度下保温20h，然后以≤25℃/h的冷却速度冷却至380℃，准备进入下阶段堆焊；第六次热处理方法为：将支承辊本体以不小于310℃的热态下进炉，以≤25℃/h的升温速度，升温至530±10℃，并在该温度下保温60h，然后以≤25℃/h的冷却速度冷却至35℃，出炉。
有益效果：本发明中，步骤（1）中支承辊的预处理步骤为：对于支承辊辊面的内部延伸裂纹，采用环形槽加工方法去除，能有效避免堆焊应力过渡集中；对于支承辊的剥落掉块缺陷，采用R30mm×45°台阶的斜坡过渡加工方法去除，最大程度的保留支承辊本体尺寸，能最大程度的保留支承辊本体尺寸，同时减少堆焊工作量和降低失败风险。本发明根据支承辊缺陷走向，制定“环槽台阶过渡加工工艺”，对支承辊剥落和裂纹进行加工，最大限度保留辊本体同时防止堆焊变形；步骤（2）中预热的目的是降低金属和热影响区的冷却速度，降低淬硬倾向并减小焊接应力。
本发明用从焊材选用、堆焊工艺、堆焊过程控制等方面进行研究，确定出合适的堆焊材料和严格的堆焊工艺保证堆焊层的性能要求和堆焊质量，设计制造优良的工艺装备保证工艺措施的实施。最终将磨损辊体修复至原辊体尺寸，恢复使用性能，甚至超过原来辊体的使用寿命，经济效益较高。特别适用于重量＞150T的大型支承辊，能够实现高达300mm大厚度堆焊层，工作层硬度：50-60HS；且堆焊层满足超声波探伤JB/T4620标准。
附图说明
图1、图2、图3为实施例中步骤（3）的堆焊过程图；
图4、图5、图6为实施例中步骤（4）和步骤（5）的堆焊过程图。
附图标记：1、支承辊本体。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
大型70Cr3Mo支承辊大厚度堆焊修复层，其特征在于：堆焊修复层沿支承辊端面的径向由内向外依次为两层打底层、两层过渡层和若干层工作层；其中，焊剂Ⅰ和焊剂Ⅱ均为HJ260，焊剂Ⅲ为HJ107；所述打底层由焊丝Ⅰ和焊剂Ⅰ堆焊到支承辊本体表面而成，焊丝Ⅰ合金成分由以下重量百分比的元素组成：C 0.01~0.03%，Si 0.40~0.80%，Mn 1.00~2.20%，Cr0.70~1.50%，Ni 0.50~1.20%，Mo 0.40~1.00%，S≤0.025%，P≤0.03%，余量为Fe；
所述过渡层由焊丝Ⅱ和焊剂Ⅱ堆焊到支承辊本体表面而成，焊丝Ⅱ合金成分由以下重量百分比的元素组成：C 0.15~0.35%，Si 0.45~0.85%，Mn 1.00~2.40%，Cr 1.00~2.50%，Ni0.80~2.00%，Mo 0.50~1.50%，S≤0.025%，P≤0.03%，余量为Fe；
所述工作层由焊丝Ⅲ和焊剂Ⅲ堆焊到支承辊本体表面而成，焊丝Ⅲ合金成分由以下重量百分比的元素组成：C 0.15~0.30%，Si ≤0.60%，Mn 1.50~3.00%，Cr 4.5~6.00%，Ni 1.00~2.80%，Mo 1.00~2.00%，V 0.20~0.50%，S≤0.025%，P≤0.03%，余量为Fe。
大型70Cr3Mo支承辊大厚度堆焊修复工艺，包括以下步骤：
（1）、对支承辊依次进行预处理，得到具有台阶轴结构的支承辊本体，备用；预处理步骤为：对于支承辊辊面的内部延伸裂纹，采用环形槽加工方法去除；对于支承辊的剥落掉块缺陷，采用R30mm×45°台阶的斜坡过渡加工方法去除。
（2）、对支承辊本体进行预热，预热温度为310~324℃，预热速度≤25℃/h，预热时间不小于40h，备用；
（3）、对支承辊本体周面上的斜坡过渡面进行堆焊，使斜坡过渡面与其相邻的台阶轴处于同一平面，然后进行第一次中间消应力热处理；对支承辊本体周面上的台阶轴依次进行两次堆焊，每次堆焊后对应进行第二次支架中间消应力热处理和第三次中间消应力热处理；
（4）、将焊剂Ⅰ、焊剂Ⅱ和焊剂Ⅲ在300℃下烘干，并保温1h；将步骤（3）处理后的支承辊本体吊到堆焊机上，调整保温罩位置，按照权利要求1的合金成分，利用焊丝Ⅰ和焊剂Ⅰ堆焊两层打底层，分别利用焊丝Ⅱ和焊剂Ⅱ堆焊两层过渡层、焊丝Ⅲ和焊剂Ⅲ堆焊一层工作层，进行第四次中间消应力热处理；
（5）、利用焊丝Ⅲ和焊剂Ⅲ在步骤（4）处理后的支承辊本体上堆焊若干层工作层，进行第五次中间消应力热处理；再次利用焊丝Ⅲ和焊剂Ⅲ在前述处理后的支承辊本体上堆焊若干层工作层，进行第六次热处理；
（6）、对焊层进行清理和精加工。其中，对焊层进行清理的步骤为：清理焊层表面的积炭和灰尘，焊道清除焊渣后用钢丝刷清焊道表面残留的焊渣；对焊接时由于导电嘴出现导电不好或焊剂中残留异物产生表面成型不良时使用砂轮机打磨；焊道的起弧与收弧处用砂轮打磨平整无缺陷，同时，每焊完一整层时打磨平整无缺陷。
本发明中，焊剂Ⅰ和焊剂Ⅱ的成分一致，由以下重量百分比的化学成分组成：MnO 2~4%，SiO2 29~34%，CaF2 20~35%，CaO 4~7%，MgO 15~18%，Al2O3 19~24%，FeO≤0.3%，S≤0.08%，P≤0.06%；焊剂Ⅲ由以下重量百分比的化学成分组成：SiO2 22~30%，CaF2 20~25%，CaO 3~7%，MgO 15~20%，Al2O3 20~30%，FeO≤0.3%，S≤0.08%，P≤0.06%。
其中，步骤（4）中堆焊两层打底层的步骤为：利用焊丝Ⅰ和焊剂Ⅰ在支承辊本体上堆焊第一层打底层，然后按照不超过25℃/h的升温速度升温至不低于380℃，并保温40h，随后，降至350℃准备焊接第二次打底层；步骤（4）和步骤（5）中堆焊过渡层和工作层的步骤参照此步骤。步骤（4）和步骤（5）中，每焊接2-3层更换步进触发点位置，在圆周方向相差45°。
优选的，步骤（4）和步骤（5）中，每堆焊35mm的厚度进行一次消应力热处理。
其中，步骤（3）中第一次中间消应力热处理的方法为：将支承辊本体以不小于310℃的热态下进炉，以≤25℃/h的升温速度，升温至480±10℃，并在该温度下保温2h，然后以≤25℃/h的冷却速度冷却至380℃，准备进入下阶段堆焊；第二次中间消应力热处理的方法为：将支承辊本体以不小于310℃的热态下进炉，以≤25℃/h的升温速度，升温至480±10℃，并在该温度下保温3h，然后以≤25℃/h的冷却速度冷却至380℃，准备进入下阶段堆焊。
其中，第三次中间消应力热处理、第四次中间消应力热处理和第五次中间消应力热处理方法均为：将支承辊本体以不小于310℃的热态下进炉，以≤25℃/h的升温速度，升温至480±10℃，并在该温度下保温20h，然后以≤25℃/h的冷却速度冷却至380℃，准备进入下阶段堆焊；第六次热处理方法为：将支承辊本体以不小于310℃的热态下进炉，以≤25℃/h的升温速度，升温至530±10℃，并在该温度下保温60h，然后以≤25℃/h的冷却速度冷却至35℃，出炉。
对堆焊材料进行对比分析：
在规格δ=30mm×300mm×350mm的钢板上做堆焊试验，对堆焊金属进行拉伸、冲击、硬度等试样的取样，然后进行性能检测。对三中堆焊材料进行堆焊试验，采用的工艺参数如表1。
表1 不同材料的堆焊工艺参数
其中，工艺参数说明：1）、焊接电流较小，目的在于减小对母材的稀释率；2）、搭接率是为了使堆焊层与母材、堆焊层与堆焊层之间结合界面相对平滑，减小应力集中；3）、焊接速度比普通速度高150～200，匹配上述电流电压，目的在于获取薄焊道，减小单道焊道的应力。其中，对比例1采用郑机所焊材，对比例2采用哈焊所焊材；本发明采用上海施威SW型号焊丝。优选的，各堆焊过程中，堆焊层中的层与层间的温度控制在310~324℃。
对上述三种焊材堆焊材料力学性能数据与技术指标要求对比，见表2所示：
表2 三种焊材堆焊材料力学性能数据与技术指标要求对比
从表2的对比结果可以看出：1）、对比例1焊材的屈服、抗拉强度要高于协议指标要求的最高上限，延伸率和断面收缩率达不到技术指标要求，冲击韧性不达标，属于牺牲材料的韧性来获取高强度；2）、对比例2焊材的屈服、抗拉强度处于技术指标要求的上限，延伸率和断面收缩率也达不到技术指标要求，冲击韧性不达标，也属于牺牲材料的韧性来提高强度；3）、本发明焊材的屈服、抗拉强度都处于技术指标要求下限，延伸率、断面收缩率、冲击韧性都高于技术指标要求。对堆焊后的整体堆焊层进行化学成分测试，三种焊材堆焊金属的化学成分结果对比如表3。
表3 三种焊材堆焊金属的化学成分
采用本发明的马氏体合金钢材料，堆焊工艺性能优良，具有高强高韧性机械力学性能，室温KV冲击功能达到8J，硬面工作层硬度达55HS，能够满足本发明的大型支承辊大厚度堆焊修复。
预热主要目的是降低金属和热影响区的冷却速度，降低淬硬倾向并减小焊接应力。预热温度一般根据母材的碳当量和Ms点等确定。
按辊体材质确定：碳当量计算公式：Cev=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15；按美国金属学会提出对于低合金高强钢：Cev＞0.6%时，预热温度为280～370℃。
热工实验室测量70Cr3Mo的马氏体转变点为296~304℃；而预热和层间温度应比马氏体开始转变温度Ms点高20℃。按此规定和上述计算预热温度为310～324℃。这样可以避免金属发生马氏体相变，使整个堆焊层焊完之后在最后一次热处理后进行马氏体转变，以保证堆焊层的组织和硬度均匀。对于层间温度焊接标准AWS D1.1/D1.1M：2006的要求是“最低层间温度必须与预热温度相等”，层间温度应为为310～324℃。结合工艺评定过程的层间温度290～330℃，因此，确定层间温度控制在310～330℃。
本发明确定的支承辊预热、中间热处理和最终热处理的升温速度≤25℃/h。依据：支承辊从外到芯部厚度按1m计算，支承辊内外在加热过程中温差不能大于28℃。对于实施例：支承辊堆焊直径φ1980，堆焊后直径φ2200，属于大型调质锻件，材料性能从外表到芯部存在性能差异。为了降低支承辊从外到内的温度梯度，减小支承辊热应力（即温差造成的应力），确定升温速度为25℃/h。
最终热处理要同时考虑消除焊接应力和调整硬度；中间热处理只需考虑消除焊接应力，中间热处理采用再结晶退火热处理。按照合金钢再结晶温度计算经验公式：，确定中间热处理温度为480℃。
堆焊应力是导致裂纹的重要因素。满足UT和MT探伤要求，且没有裂纹的硬层堆焊，假使一次堆焊40mm厚，堆焊层与母材结合面的应力最大，随着堆焊层厚度的增加，堆焊应力也相应增加，最大843MPa，该应力值非常大。退火后该应力值下降到534.8MPa，与退火前相比，该应力值下降了37%，下降幅度非常大。因此，本发明确定支承辊每堆焊约35mm的厚度进行一次消应力热处理。
焊剂HJ260和焊剂HJ107需300℃烘干，保温1h，随用随烘干。焊剂输送到上部料斗后，未熔化落下焊剂经4mm筛子过后，与新焊剂按1：1再次加入输送机。保证焊剂新旧比，提高焊机利用率。使用过程中对焊剂中杂特和异物及时清理，对于漂落的细粉焊剂作废弃处理不再进入循环。
其中，以具体实施例说明步骤（3）的过程：
一、支承辊台阶轴堆焊（φ1624~φ1745mm）
堆焊采用单枪。层间温度保持310~330℃以上。调整辊转速至10~11min/r。机头横移速度为每10~11min横移10~12mm（须事先调整机头横移速度，以达到焊道搭接50%左右目的）。该步骤的堆焊区域见图1中标记A处，此段堆焊为斜坡面，宽度63mm，最大厚度60.5mm。
堆焊材料选用焊丝Ⅰ和焊剂Ⅰ；焊接规范：焊接电流480～510A，焊接电压29~30V，焊接速度500mm/min，焊缝搭接率50%，焊丝杆伸长25~30mm，焊丝导前距离约70mm（即导前角度5°）。
出现缺陷后焊补材料：焊丝Ⅰ。
其中，第一次中间消应力热处理过程始终保持支承辊处于转动状态，优选的转速为0.072r/min。
二、支承辊台阶轴堆焊（φ1745～φ1865mm）
层间温度保持310~324℃。调整辊转速至10~11min/r。机头横移速度为每10~11min横移10~12mm（须事先调整机头横移速度，以达到焊道搭接50%左右目的）。该步骤的堆焊区域见图2中标记B处，该台阶轴宽度285mm，最大厚度60mm，堆焊采用单枪。
堆焊材料选用焊丝Ⅰ和焊剂Ⅰ；焊接规范：焊接电流480～510A，焊接电压29~30V，焊接速度500mm/min，焊缝搭接率50%，焊丝杆伸长25~30mm，焊丝导前距离约78~80mm（即导前角度5°）。
出现缺陷后焊补材料：焊丝Ⅰ。
其中，第二次中间消应力热处理过程始终保持支承辊处于转动状态。
三、支承辊台阶轴堆焊（φ1865~φ1980mm）
可以堆焊采用双枪。层间温度保持310~324℃。调整辊转速至12分16秒/转。机头横移速度为每12分16秒横移10~12mm。该步骤的堆焊区域见图3中标记C处，该台阶轴宽度1043mm，最大厚度57.5mm；同时将图3中标记D处的凹槽焊补完成。
堆焊材料选用焊丝Ⅰ和焊剂Ⅰ；焊接规范：焊接电流480～510A，焊接电压29~30V，焊接速度500mm/min，焊缝搭接率50%，焊丝杆伸长25~30mm，焊丝导前距离约82~85mm（即导前角度5°）。
出现缺陷后焊补材料：焊丝Ⅰ。
其中，第三次中间消应力热处理过程始终保持支承辊处于转动状态。
其中，以具体实施例说明步骤（4）和步骤（5）的过程：
一、支承辊辊面堆焊（φ1980～φ2060mm）
如图4所示，堆焊宽度3755mm，最大厚度40mm，堆焊采用四枪。调整辊转速至12分40秒/转。机头横移速度为每12分40秒横移10～12mm（须事先调整机头横移速度，以达到焊道搭接50%左右目的）。
堆焊层设计：先堆2层SW-1（焊丝Ⅰ），接着堆2层SW-2M(焊丝Ⅱ)，然后堆SW-3L（焊丝Ⅲ）。SW-1和SW-2M配用260焊剂（焊剂Ⅰ、焊剂Ⅱ），SW-3L配用107焊剂（焊剂Ⅲ）。
焊接规范：焊接电流480～510A，焊接电压29～30V，焊接速度500mm/min，焊缝搭接率50%，焊丝杆伸长25~30mm，焊丝导前距离约88mm（即导前角度5°）。
出现缺陷后焊补材料：相应焊层的焊丝。
第四次中间消应力热处理过程始终保持支承辊处于转动状态。
二、支承辊辊面堆焊硬层，即工作层（φ2060～φ2130mm）
如图5所示，堆焊宽度3755mm，最大厚度35mm，堆焊采用四枪。层间温度保持310~324℃。调整辊转速至13分8秒/转。机头横移速度为每13分8秒横移10~12mm（须事先调整机头横移速度，以达到焊道搭接50%左右目的）。
堆焊材料：焊丝Ⅲ+焊剂Ⅲ；
焊接规范：焊接电流480～510A，焊接电压29～30V，焊接速度500mm/min，焊缝搭接率50%，焊丝杆伸长25～30mm，焊丝导前距离约91mm（即导前角度5°）。
出现缺陷后焊补材料：焊丝SW-3L φ4
第五次中间消应力热处理过程始终保持支承辊处于转动状态。
三、支承辊辊面堆焊硬层，即工作层（φ2130～φ2200mm）
如图6所示，堆焊宽度3755mm，最大厚度35mm，堆焊采用四枪。层间温度保持310~324℃。调整辊转速至13分35秒/转。机头横移速度为每13分35秒横移10~12mm（须事先调整机头横移速度，以达到焊道搭接50%左右目的）。
堆焊材料：焊丝Ⅲ+焊剂Ⅲ；
焊接规范：焊接电流480~510A，焊接电压29~30V，焊接速度500mm/min，焊缝搭接率50%，焊丝杆伸长25~30mm，焊丝导前距离约95mm（即导前角度5°）。
出现缺陷后焊补材料：焊丝Ⅲ。
第六次热处理过程始终保持支承辊处于转动状态。
本发明中，1、焊接工艺与焊接规范控制点：
1）电流：每台焊机电流保证一致，试焊时测量实际焊接电流与显示电流调整一致。
2）电压：首先保证焊机正负极与各连处压紧固。减少因此而引起的电压波动，调整波动值控制在0.5V。
3）焊接速度：根据辊体直径调整转速，控制在500mm/min。
4）搭接量：焊道前后搭接量（步进量）按焊道一半确定。每层焊道的宽度小于25mm，高度小于2.5mm。
2、施焊过程控制点：
1）以辊体直径最小处开始焊接，辊体与操作平台及机头距离较大需要使用加长导电杆。
2）焊接起弧时注意槽子底部焊接第一圈与槽底圆弧圆滑过渡，利于以后焊层的平整和与槽壁良好融合。
3）焊至槽平时，注意与辊体高低差，保证高于辊体表面1mm较好。
4）辊体两端需要留加工量，向外焊接延伸，基本在每一层焊剂工艺板向外延伸10mm，减小焊接规范，小电炉、快速焊，保证辊体第一圈焊道要整齐，尽量不出现焊熘，防止工艺板烧穿，同时有利于下一层焊剂工艺板的焊接。
5）每焊接2-3层更换步进触发点位置。在圆周方向相差45度，避免每层步进点在一位置易出现焊接缺陷叠加。每次中间停机时要保证四个机头停弧点相差200mm，利于再次焊接起弧时操作人有充足时间进行每个机头起弧操作。
3、焊层清理：支承辊堆焊厚度大，堆焊层数多，所以对堆焊层的清理至关重要。
1）加热后清理辊体表面的积炭和灰尘，焊道清除焊渣后用钢丝刷清焊道表面残留的焊渣。
2）焊接时由于导电嘴出现导电不好或焊剂中残留异物产生表面成型不良时立即使用砂轮机打磨。
3）焊道的起弧与收弧处必须用砂轮打磨平整无缺陷存在，同时每焊完一整层时细致检查辊体表面所有堆焊层是否有疑似缺陷必须全部打磨。堆焊修复后及精加工后，堆焊层Ut探伤一次合格，硬度完全满足技术要求指标。
严重失效的废旧大型支承辊（重量＞150T），因修复技术难度和失败风险非常大，一直让钢铁和轧辊企业望而却步。通过研制的“大型支承辊堆焊修复技术”，成功堆焊修复工号1427-406/1南阳汉冶支承辊，在公司内部和社会钢铁行业都起到了良好的社会效益。为公司南阳汉冶修复的154吨支承辊，成功应用于生产。根据公司推介会上用户的反馈：支承辊使用正常，统计数据显示过钢量5.4万吨/mm，效果良好。
大型支承辊堆焊修复技术要求：
1）工作硬层厚度100mm，硬度：50-60HS；
2）整个堆焊层满足超声波探伤JB/T4620标准，要求堆焊层不允许有判断为裂纹、分层的伤波存在，整个堆焊层不允许有大于φ2mm的单个缺陷。

Claims (10)

1.大型70Cr3Mo支承辊大厚度堆焊修复层，其特征在于：堆焊修复层沿支承辊端面的径向由内向外依次为两层打底层、两层过渡层和若干层工作层；其中，所述打底层由焊丝Ⅰ和焊剂Ⅰ堆焊到支承辊本体表面而成，焊丝Ⅰ合金成分由以下重量百分比的元素组成：C 0.01~0.03%，Si 0.40~0.80%，Mn 1.00~2.20%，Cr 0.70~1.50%，Ni 0.50~1.20%，Mo 0.40~1.00%，S≤0.025%，P≤0.03%，余量为Fe；
所述过渡层由焊丝Ⅱ和焊剂Ⅱ堆焊到支承辊本体表面而成，焊丝Ⅱ合金成分由以下重量百分比的元素组成：C 0.15~0.35%，Si 0.45~0.85%，Mn 1.00~2.40%，Cr 1.00~2.50%，Ni0.80~2.00%，Mo 0.50~1.50%，S≤0.025%，P≤0.03%，余量为Fe；
所述工作层由焊丝Ⅲ和焊剂Ⅲ堆焊到支承辊本体表面而成，焊丝Ⅲ合金成分由以下重量百分比的元素组成：C 0.15~0.30%，Si ≤0.60%，Mn 1.50~3.00%，Cr 4.5~6.00%，Ni 1.00~2.80%，Mo 1.00~2.00%，V 0.20~0.50%，S≤0.025%，P≤0.03%，余量为Fe。
2.利用权利要求1所述的大型70Cr3Mo支承辊大厚度堆焊修复层修复支承辊的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）、对支承辊进行预处理：对于支承辊辊面的内部延伸裂纹，采用环形槽加工方法去除；对于支承辊的剥落掉块缺陷，采用R30mm×45°台阶的斜坡过渡的加工方法去除，得到具有台阶轴结构的支承辊本体，备用；
（2）、对支承辊本体进行预热，备用；
（3）、对支承辊本体周面上的斜坡过渡面进行堆焊，使斜坡过渡面与其相邻的台阶轴处于同一平面，然后进行第一次中间消应力热处理；对支承辊本体周面上的台阶轴依次进行两次堆焊，每次堆焊后对应进行第二次支架中间消应力热处理和第三次中间消应力热处理；
（4）、将焊剂Ⅰ、焊剂Ⅱ和焊剂Ⅲ在300℃下烘干，并保温1h；将步骤（3）处理后的支承辊本体吊到堆焊机上，调整保温罩位置，按照权利要求1的合金成分，利用焊丝Ⅰ和焊剂Ⅰ堆焊两层打底层，分别利用焊丝Ⅱ和焊剂Ⅱ堆焊两层过渡层、焊丝Ⅲ和焊剂Ⅲ堆焊一层工作层，进行第四次中间消应力热处理；
（5）、利用焊丝Ⅲ和焊剂Ⅲ在步骤（4）处理后的支承辊本体上堆焊若干层工作层，进行第五次中间消应力热处理；再次利用焊丝Ⅲ和焊剂Ⅲ在前述处理后的支承辊本体上堆焊若干层工作层，进行第六次热处理；
（6）、对焊层进行清理和精加工。
3.如权利要求1所述的大型70Cr3Mo支承辊大厚度堆焊修复层，其特征在于：所述的焊剂Ⅰ和焊剂Ⅱ的成分一致，由以下重量百分比的化学成分组成：MnO 2~4%，SiO2 29~34%，CaF220~35%，CaO 4~7%，MgO 15~18%，Al2O3 19~24%，FeO≤0.3%，S≤0.08%，P≤0.06%；所述的焊剂Ⅲ由以下重量百分比的化学成分组成：SiO2 22~30%，CaF2 20~25%，CaO 3~7%，MgO 15~20%，Al2O3 20~30%，FeO≤0.3%，S≤0.08%，P≤0.06%。
4.如权利要求2所述的利用大型70Cr3Mo支承辊大厚度堆焊修复层修复支承辊的工艺，其特征在于：步骤（2）中支承辊本体的预热温度为310~324℃，预热速度≤25℃/h，预热时间不小于40h。
5.如权利要求2所述的利用大型70Cr3Mo支承辊大厚度堆焊修复层修复支承辊的工艺，其特征在于：步骤（4）中堆焊两层打底层的步骤为：利用焊丝Ⅰ和焊剂Ⅰ在支承辊本体上堆焊第一层打底层，然后按照不超过25℃/h的升温速度升温至不低于380℃，并保温40h，随后，降至350℃准备焊接第二次打底层；步骤（4）和步骤（5）中堆焊过渡层和工作层的步骤参照此步骤。
6.如权利要求2所述的利用大型70Cr3Mo支承辊大厚度堆焊修复层修复支承辊的工艺，其特征在于：步骤（4）和步骤（5）中，每堆焊35mm的厚度进行一次消应力热处理，步骤（4）和步骤（5）中，每焊接2-3层更换步进触发点位置，在支承辊本体的圆周方向相差45°。
7.如权利要求2所述的利用大型70Cr3Mo支承辊大厚度堆焊修复层修复支承辊的工艺，其特征在于：步骤（4）和步骤（5）中各焊接步骤均采用的焊接参数为：焊接电流为480~510A，焊接电压为29~30V，焊接速度为500mm/min，搭接率为50%，焊丝干伸长为25~30mm；各堆焊过程中，堆焊层中的层与层间的温度控制在310~324℃。
8.如权利要求2所述的利用大型70Cr3Mo支承辊大厚度堆焊修复层修复支承辊的工艺，其特征在于：步骤（3）中第一次中间消应力热处理的方法为：将支承辊本体以不小于310℃的热态下进炉，以≤25℃/h的升温速度，升温至480±10℃，并在该温度下保温2h，然后以≤25℃/h的冷却速度冷却至380℃，准备进入下阶段堆焊；第二次中间消应力热处理的方法为：将支承辊本体以不小于310℃的热态下进炉，以≤25℃/h的升温速度，升温至480±10℃，并在该温度下保温3h，然后以≤25℃/h的冷却速度冷却至380℃，准备进入下阶段堆焊；第三次中间消应力热处理的方法为：将支承辊本体以不小于310℃的热态下进炉，以≤25℃/h的升温速度，升温至480±10℃，并在该温度下保温20h，然后以≤25℃/h的冷却速度冷却至380℃，准备进入下阶段堆焊。
9.如权利要求2所述的利用大型70Cr3Mo支承辊大厚度堆焊修复层修复支承辊的工艺，其特征在于：步骤（4）中，第四次中间消应力热处理方法为：将支承辊本体以不小于310℃的热态下进炉，以≤25℃/h的升温速度，升温至480±10℃，并在该温度下保温20h，然后以≤25℃/h的冷却速度冷却至380℃，准备进入下阶段堆焊。
10.如权利要求2所述的利用大型70Cr3Mo支承辊大厚度堆焊修复层修复支承辊的工艺，其特征在于：步骤（5）中，第五次中间消应力热处理方法为：将支承辊本体以不小于310℃的热态下进炉，以≤25℃/h的升温速度，升温至480±10℃，并在该温度下保温20h，然后以≤25℃/h的冷却速度冷却至380℃，准备进入下阶段堆焊；第六次热处理方法为：将支承辊本体以不小于310℃的热态下进炉，以≤25℃/h的升温速度，升温至530±10℃，并在该温度下保温60h，然后以≤25℃/h的冷却速度冷却至35℃，出炉。
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