CN109530444A - 一种高抗拉强度304不锈钢轧辊及加工工艺 - Google Patents

一种高抗拉强度304不锈钢轧辊及加工工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高抗拉强度304不锈钢轧辊，包括辊体，辊体内部设为空心腔体，辊体沿轴向穿透一辊轴，还包括堵头，堵头与辊体内壁及辊轴外壁之间均固定连接,堵头由可锻铸铁制备而成。本发明还提供高抗拉强度304不锈钢轧辊的加工工艺，包括以下步骤：S1：制备成辊体；S2：制备出与轧辊机相匹配的不锈钢轴；S3：制备阶梯台；S4：裁出相配合的封板；S5：浇铸制备堵头；S6：封板封端；S7：将封板焊接在辊体上；S8：修正端面；S9：打磨辊体外缘，形成高抗拉强度304不锈钢轧辊。本发明的目的在于提供一种高抗拉强度304不锈钢轧辊及加工工艺，旨在提高高抗拉强度304不锈钢轧辊焊接处的结合力、韧性，避免焊缝剥离轧辊，以提高轧辊的强度和使用寿命。

Description

一种高抗拉强度304不锈钢轧辊及加工工艺
技术领域
本发明涉及高抗拉强度304不锈钢轧辊的加工技术领域，特别涉及一种高抗拉强度304不锈钢轧辊及加工工艺。
背景技术
轧辊是使轧材产生塑性变形的工具，是决定轧机效率和轧材质量的重要消耗部件。轧辊是轧钢厂轧钢机上的重要零件，利用一对或一组轧辊滚动时产生的压力来轧碾食品。它主要承受轧制时的动静载荷，磨损和温度变化的影响。
现有技术的高抗拉强度304不锈钢轧辊，辊体及辊轴均为304不锈钢材料，辊体与辊轴通过法兰过盈配合，辊轴与法兰焊接。现有技术的轧辊存在以下不足：(1)法兰盘与辊体之间构成空心结构，辊体两端壁厚薄，轧辊在轧碾食品时容易产生弯曲形变，形变的作用力传递到端部时，由于辊体两端的壁厚薄，强度低，弯曲扭矩易使端部产生不可逆的弯曲变形，损坏设备；(2)仅通过法兰盘与轧辊内壁焊接连接，法兰盘与轧辊焊缝的结合力小，在轧辊工作产生弯曲形变倾向时，焊缝韧性小，容易产生撕裂裂缝甚至剥离轧辊，损坏设备。
因此，需要设计一种结合力强，减小焊缝剥离轧辊概率的高抗拉强度304不锈钢轧辊及其加工工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高抗拉强度304不锈钢轧辊及加工工艺，旨在提高高抗拉强度304不锈钢轧辊焊接处的结合力、韧性，避免焊缝剥离轧辊。
本发明提供一种高抗拉强度304不锈钢轧辊，包括辊体，所述辊体内部设为空心腔体，所述辊体沿轴向穿透一辊轴，还包括堵头，堵头与辊体内壁及辊轴外壁之间均固定连接,所述堵头由可锻铸铁制备而成。
作为本发明的进一步改进，辊体内部设置有阶梯台，堵头通过封板固定在阶梯台与封板之间，封板与辊体采用焊条焊接，封板和辊体之间形成焊缝。
作为本发明的进一步改进，堵头与辊体内壁及辊轴外壁之间均过盈配合固定连接。
作为本发明的进一步改进，封板的化学成分及含量为C：0.012％-0.015％，Si：0.08％-0.1％，Mn：1.5％-2.0％，P：0.03％-0.045％，S：0.002％-0.003％，Cr：16％-18％，Co：0.1％-0.3％，Ni：8％-12％，Mo：2.0％-3.5％，Al：0.5％-0.7％，Fe余量。
作为本发明的进一步改进，焊条的化学成分及含量为C:0.10％-0.15％，Mn：0.5％-2.5％，Si：0.8％-1.0％，Cr：22.0％-25.0％，Ni：12.0％-14.0％，Mo：2.0％-3.0％，Co：8.0％-10％，Al：0.8％-1.0％，Fe余量。
作为本发明的进一步改进，焊接的具体参数为：在选用直径3.2-4.0mm的焊条进行焊接，封板和辊体之间形成焊缝，焊接电流90-120A，电弧电压23-25V，焊接速度150-160mm/min，焊接的层间温度控制在150℃-160℃。
本发明还提供一种高抗拉强度304不锈钢轧辊的加工工艺，包括以下步骤：
S1：选取不锈钢管锯断，固定长度，打磨抛光制备成辊体；
S2：制备出与轧辊机相匹配的不锈钢辊轴；
S3：镗削加工辊体不锈钢管，制备出阶梯台；
S4：浇铸形成封板板材，根据辊体的内径车裁出相配合的封板；
S5：浇铸制备堵头；
S6：将堵头与辊体装配，封板封端；
S7：在封板与辊体结合处钻取6个焊孔，将封板焊接在辊体上；
S8：修正端面；
S9：打磨辊体外缘，形成高抗拉强度304不锈钢轧辊。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明高抗拉强度304不锈钢轧辊辊体与辊轴之间还设置有堵头，堵头的材质为灰铁，灰铁与304不锈钢材料相比强度更高，而且堵头与辊体内壁及辊轴外壁之间均通过过盈配合，不存在现有技术中法兰盘与轧辊之间的空腔结构，堵头与轧辊的接触面积更大，可有效提高轧辊的强度，避免轧辊弯曲传递至端部产生不可逆形变。
2.本发明辊体内部设置有阶梯台，堵头通过封板固定在阶梯台与封板之间，封板与辊体焊接，通过这种结构进一步的限制堵头在轧辊轴向的运动，在堵头为灰铁高强度材质的作用下协同进一步地增加堵头对轧辊端部的支持作用，增加轧辊端部的强度，减小端部发生弯曲扭矩的概率，以避免焊缝因为弯曲扭矩剥离轧辊。
3.本发明的焊条的材质和组分为C:0.10％-0.15％，Mn：0.5％-2.5％，Si：0.8％-1.0％，Cr：22.0％-25.0％，Ni：12.0％-14.0％，Mo：2.0％-3.0％，Co：8.0％-10％，Al：0.8％-1.0％，在使用本焊条焊接时，Co、Ni和Al元素配合进入焊缝中，能有效协同提高焊缝的韧性，避免轧辊弯曲，焊缝韧性和结合力不够使焊缝剥离。
4.焊接过程中由于铬和镍等合金元素的稀释，焊缝容易生成脆硬的马氏体和魏氏体组织，导致在焊缝或者熔合线处产生裂纹，降低焊接接头的力学性能，本发明的焊条具有良好的抗裂性能和焊接性，并且可以有效控制铬和镍等合金元素的稀释和碳元素的扩散，提高焊缝的韧性和与钢材的结合力，避免轧辊弯曲，焊缝韧性和结合力不够使焊缝剥离。
5.本发明的封板的化学成分及含量为C：0.012％-0.015％，Si：0.08％-0.1％，Mn：1.5％-2.0％，P：0.03％-0.045％，S：0.002％-0.003％，Cr：16％-18％，Co：0.1％-0.3％，Ni：8％-12％，Mo：2.0％-3.5％，Al：0.5％-0.7％，Fe余量，一方面，具有优异的韧性和耐腐蚀性能；另一方面，焊条中的Al元素与封板中原本Al元素形成的Al4C3相互强化，协同提高焊缝的韧性。
6.本发明的堵头采用可锻铸铁制备而成，由于可锻铸铁中石墨呈团絮状，因此可锻铸铁对铸铁金属基体的割裂和引起的应力集中作用比灰铸铁小得多，而且可锻铸铁具有较高的强度，特别是塑性比灰铸铁高得多，因此可在提高轧辊强度的同时提高轧辊的韧性。
7.本发明一方面采用材质为成本低廉的灰铁作为堵头增强轧辊的强度，在达到目的强度时减小生产成本，另一方面轧辊经过加工工艺处理后，轧辊表面与现有技术的高抗拉强度304不锈钢轧辊外观及表面平整度完全一致，外观美观，工业应用前景好。
附图说明
图1为本发明高抗拉强度304不锈钢轧辊的局部剖面示意图。
图中：辊体1，辊轴2，堵头3，阶梯台4，封板5，焊缝6。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明披露了一种高抗拉强度304不锈钢轧辊及加工工艺，具体实施方式如下：
实施例1
本发明提供一种高抗拉强度304不锈钢轧辊，包括辊体1，所述辊体1内部设为空心腔体，所述辊体1沿轴向穿透一辊轴2，还包括堵头3，堵头3与辊体1内壁及辊轴2外壁之间均固定连接,所述堵头3由可锻铸铁制备而成。
作为本发明的进一步改进，辊体1内部设置有阶梯台4，堵头3通过封板5固定在阶梯台4与封板5之间，封板5与辊体1采用焊条焊接，封板和辊体1之间形成焊缝6。
本发明还提供一种高抗拉强度304不锈钢轧辊的加工工艺，包括以下步骤：
S1：选取不锈钢管锯断，固定长度，打磨抛光制备成轧辊的辊体1；
S2：同样，定长、锯断，制备出与轧辊机相匹配的不锈钢辊轴2；
S3：镗削加工辊体1不锈钢管内部，镗削出阶梯台4；
S4：按照重量比为C：0.012％，Si：0.08％，Mn：1.5％，P：0.03％，S：0.002％，Cr：16％，Co：0.1％，Ni：8％，Mo：2.0％，Al：0.5％，Fe余量，准备铸造材料，各组分置于中频感应炉内熔炼，熔炼温度为500℃，熔炼时间为30分钟，冶炼至化学成分范围符合要求,浇铸形成封板5板材，根据辊体1的内径车裁出相配合的封板5；
S5：浇铸制备堵头3；
S6：将堵头3与辊体1装配，使堵头3与辊体1内壁及辊轴2外壁之间均过盈配合固定连接，封板5封端；
S7：在封板5与辊体1结合处钻取6个焊孔，选用直径3.2mm的焊条进行焊接，焊接电流90A，电弧电压23V，焊接速度150mm/min，焊接的层间温度控制在150℃℃，将封板5焊接在辊体1上，封板和辊体1之间形成焊缝6，其中焊条的化学成分及含量为C:0.10％，Mn：0.5％-2.5％，Si：0.8％，Cr：22.0％，Ni：12.0％，Mo：2.0％，Co：8.0％，Al：0.8％，Fe余量，；
S8：修正端面；
S9：打磨辊体1外缘，形成高抗拉强度304不锈钢轧辊。
对试样进行SEM表征，焊缝6中的金相组织为树枝晶组织，其中铁素体呈骨架状。
实施例2
本发明提供一种高抗拉强度304不锈钢轧辊，包括辊体1，所述辊体1内部设为空心腔体，所述辊体1沿轴向穿透一辊轴2，还包括堵头3，堵头3与辊体1内壁及辊轴2外壁之间均固定连接,所述堵头3由可锻铸铁制备而成。
作为本发明的进一步改进，辊体1内部设置有阶梯台4，堵头3通过封板5固定在阶梯台4与封板5之间，封板5与辊体1采用焊条焊接，封板和辊体1之间形成焊缝6。
本发明还提供一种高抗拉强度304不锈钢轧辊的加工工艺，包括以下步骤：
S1：选取不锈钢管锯断，固定长度，打磨抛光制备成轧辊的辊体1；
S2：同样，定长、锯断，制备出与轧辊机相匹配的不锈钢辊轴2；
S3：镗削加工辊体1不锈钢管内部，镗削出阶梯台4；
S4：按照重量比为C：0.015％，Si：0.1％，Mn：2.0％，P：0.045％，S：0.003％，Cr：18％，Co：0.3％，Ni：12％，Mo：3.5％，Al：0.7％，Fe余量，准备铸造材料，各组分置于中频感应炉内熔炼，熔炼温度为500℃，熔炼时间为30分钟，冶炼至化学成分范围符合要求,浇铸形成封板5板材，根据辊体1的内径车裁出相配合的封板5；
S5：浇铸制备堵头3；
S6：将堵头3与辊体1装配，使堵头3与辊体1内壁及辊轴2外壁之间均过盈配合固定连接，封板5封端；
S7：在封板5与辊体1结合处钻取6个焊孔，选用直径4.0mm的焊条进行焊接，焊接电流120A，电弧电压25V，焊接速度160mm/min，焊接的层间温度控制在160℃，将封板5焊接在辊体1上，封板和辊体1之间形成焊缝6，其中焊条的化学成分及含量为C:0.15％，Mn：2.5％，Si：1.0％，Cr：25.0％，Ni：14.0％，Mo：3.0％，Co：10％，Al：1.0％，Fe余量；
S8：修正端面；
S9：打磨辊体1外缘，形成高抗拉强度304不锈钢轧辊。
对试样进行SEM表征，焊缝6中的金相组织为树枝晶组织，其中铁素体呈骨架状。
实施例3
本发明提供一种高抗拉强度304不锈钢轧辊，包括辊体1，所述辊体1内部设为空心腔体，所述辊体1沿轴向穿透一辊轴2，还包括堵头3，堵头3与辊体1内壁及辊轴2外壁之间均固定连接,所述堵头3由可锻铸铁制备而成。
作为本发明的进一步改进，辊体1内部设置有阶梯台4，堵头3通过封板5固定在阶梯台4与封板5之间，封板5与辊体1采用焊条焊接，封板和辊体1之间形成焊缝6。
本发明还提供一种高抗拉强度304不锈钢轧辊的加工工艺，包括以下步骤：
S1：选取不锈钢管锯断，固定长度，打磨抛光制备成轧辊的辊体1；
S2：同样，定长、锯断，制备出与轧辊机相匹配的不锈钢辊轴2；
S3：镗削加工辊体1不锈钢管内部，镗削出阶梯台4；
S4：按照重量比为C：0.013％，Si：0.09％，Mn：1.8％，P：0.04％，S：0.0025％，Cr：17％，Co：0.2％，Ni：10％，Mo：3.0％，Al：0.6％，Fe余量，准备铸造材料，各组分置于中频感应炉内熔炼，熔炼温度为500℃，熔炼时间为30分钟，冶炼至化学成分范围符合要求,浇铸形成封板5板材，根据辊体1的内径车裁出相配合的封板5；
S5：浇铸制备堵头3；
S6：将堵头3与辊体1装配，使堵头3与辊体1内壁及辊轴2外壁之间均过盈配合固定连接，封板5封端；
S7：在封板5与辊体1结合处钻取6个焊孔，选用直径3.5mm的焊条进行焊接，焊接电流100A，电弧电压24V，焊接速度155mm/min，焊接的层间温度控制在155℃，将封板5焊接在辊体1上，封板和辊体1之间形成焊缝6，其中焊条的化学成分及含量为C:0.13％，Mn：1.5％，Si：0.9％，Cr：23.0％，Ni：13.0％，Mo：2.5％，Co：9％，Al：0.9％，Fe余量；
S8：修正端面；
S9：打磨辊体1外缘，形成高抗拉强度304不锈钢轧辊。
对试样进行SEM表征，焊缝6中的金相组织为树枝晶组织，其中铁素体呈骨架状。
本发明实施例1-3加工工艺下制备的高抗拉强度304不锈钢轧辊外观平滑光亮，美观无缺陷，产品符合国家标准中的相关要求。
对实施例1-实施例3中高抗拉强度304不锈钢轧辊制备测试试样，其力学性能见下表1。
表1高抗拉强度304不锈钢轧辊的力学性能
本发明制备下的轧辊的硬度大，辊身普遍均超过61HSD，因为辊体1与辊轴2之间设置有堵头3，堵头3的材质为灰铁，灰铁与304不锈钢材料相比强度更高，而且堵头3与辊体1内壁及辊轴2外壁之间均通过过盈配合，不存在现有技术中法兰盘与轧辊之间的空腔结构，堵头3与轧辊的接触面积更大，可有效提高轧辊的强度，避免轧辊弯曲传递至端部产生不可逆形变。而且辊体1内部设置有阶梯台4，堵头3通过封板5固定在阶梯台4与封板5之间，封板5与辊体1焊接，通过这种结构进一步的限制堵头3在轧辊轴2向的运动，在堵头3为灰铁高强度材质的作用下协同进一步地增加堵头3对轧辊端部的支持作用，增加轧辊端部的强度，因此辊体1的硬度大，并且这种结构能减小端部发生弯曲扭矩的概率，以避免焊缝6因为弯曲扭矩剥离轧辊，所以辊身的抗拉强度得到显著提升；辊颈的硬度也均超过42HSD，辊颈的抗拉强度最低为452.3Mpa，这不仅是由于堵头3能增加辊颈的抗拉强度，还归功于三方面原因：1、在使用本焊条焊接时，Co、Ni和Al元素配合进入焊缝6中，能有效协同提高焊缝6的韧性，避免轧辊弯曲，焊缝6韧性和结合力不够使焊缝6剥离；2、焊条具有良好的抗裂性能和焊接性，并且可以有效控制铬和镍等合金元素的稀释和碳元素的扩散，提高焊缝6的韧性和与钢材的结合力，避免轧辊弯曲，焊缝6韧性和结合力不够使焊缝6剥离；3、本发明化学成分的封板具有优异的韧性和耐腐蚀性能，焊条中的Al元素与封板中原本Al元素形成的Al4C3相互强化，协同提高焊缝6的韧性。采用本发明的加工工艺能显著增加辊颈的韧性，提高辊颈中辊肩上焊缝的结合力，能增大焊缝的韧性，有效避免焊缝剥离辊体。
以上对本发明所提供的一种高抗拉强度304不锈钢轧辊及加工工艺进行了详细介绍。本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种高抗拉强度304不锈钢轧辊，包括辊体(1)，所述辊体(1)内部设为空心腔体，所述辊体(1)沿轴向穿透一辊轴(2)，其特征在于：还包括堵头(3)，堵头(3)与辊体(1)内壁及辊轴(2)外壁之间均固定连接,所述堵头(3)由可锻铸铁制备而成。
2.根据权利要求1所述的一种高抗拉强度304不锈钢轧辊，其特征在于：辊体(1)内部设置有阶梯台(4)，堵头(3)固定在阶梯台(4)与封板(5)之间，封板(5)与辊体(1)采用焊条焊接，封板(5)和辊体(1)之间形成焊缝(6)。
3.根据权利要求1所述的一种高抗拉强度304不锈钢轧辊，其特征在于：所述堵头(3)与辊体(1)内壁及辊轴(2)外壁之间均过盈配合固定连接。
4.根据权利要求2所述的一种高抗拉强度304不锈钢轧辊，其特征在于：所述封板(5)的化学成分及含量为C：0.012％-0.015％，Si：0.08％-0.1％，Mn：1.5％-2.0％，P：0.03％-0.045％，S：0.002％-0.003％，Cr：16％-18％，Co：0.1％-0.3％，Ni：8％-12％，Mo：2.0％-3.5％，Al：0.5％-0.7％，Fe余量。
5.根据权利要求2所述的一种高抗拉强度304不锈钢轧辊，其特征在于：所述焊条的化学成分及含量为C:0.10％-0.15％，Mn：0.5％-2.5％，Si：0.8％-1.0％，Cr：22.0％-25.0％，Ni：12.0％-14.0％，Mo：2.0％-3.0％，Co：8.0％-10％，Al：0.8％-1.0％，Fe余量。
6.根据权利要求2、4或5任一所述的一种高抗拉强度304不锈钢轧辊，其特征在于：所述焊接的具体参数为：选用直径3.2-4.0mm的焊条进行焊接，封板(5)和辊体(1)之间形成焊缝(6)，焊接电流90-120A，电弧电压23-25V，焊接速度150-160mm/min，焊接的层间温度控制在150℃-160℃。
7.一种根据权利要求1-5任一所述的高抗拉强度304不锈钢轧辊的加工工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1：选取不锈钢管锯断，固定长度，打磨抛光制备成辊体(1)；
S2：制备出与轧辊机相匹配的不锈钢辊轴(2)；
S3：镗削加工辊体(1)不锈钢管，制备出阶梯台(4)；
S4：浇铸形成封板(5)板材，根据辊体(1)的内径车裁出相配合的封板(5)；
S5：浇铸制备堵头(3)；
S6：将堵头(3)与辊体(1)装配，封板(5)封端；
S7：在封板(5)与辊体(1)结合处钻取6个焊孔，将封板(5)焊接在辊体(1)上；
S8：修正端面；
S9：打磨辊体(1)外缘，形成高抗拉强度304不锈钢轧辊。
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