CN109604858A - 用于修复连铸空心足辊辊套的药芯焊丝及其熔覆工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于连铸空心足辊辊套的药芯焊丝及其熔覆工艺，所述药芯焊丝包括自熔性合金粉末和颗粒变质剂，自熔性合金粉末包括碳、铬、镍、硅、硼、钼、钴、铌和钽的混合物及余量的铁；所述熔覆方法包括：步骤1：采用机械加工的方式把所述辊套基体表面车光；步骤2：将药芯焊丝熔覆在所述连铸空心足辊辊套基体的外表面上；步骤3：对熔覆层进行磨光处理，使熔覆层外表面的粗糙度达到6.3。本发明通过同轴侧方送粉的方法，在板坯连铸空心足辊辊套表面形成冶金结合的合金涂层，本发明的涂层选用自熔性合金粉末和颗粒增强变质剂氮化铬制成的铁基药芯焊丝，熔敷后使得涂层中含有氮化物，使连铸辊的整体高温疲劳、抗冲击磨损、耐腐蚀性能得到改善。

Description

用于修复连铸空心足辊辊套的药芯焊丝及其熔覆工艺
技术领域
本发明涉及连铸空心足辊辊套修复材料技术领域，具体涉及一种用于修复连铸空心足辊辊套的药芯焊丝及其熔覆工艺。
背景技术
连铸空心足辊是连续铸钢过程中结晶器设备的重要部件，其工况条件一般在800℃以上，辊面经常受到高温、挤压、磨损、气蚀等作用，因此，对足辊辊面的硬度和强度提出了更高的要求。足辊辊套由于其直径小，壁薄，轴向尺寸较长，采用传统修复方法难度较大，现有技术中一般采用明弧堆焊方式连续焊接，上述焊接方式容易使轴身部位产生弯曲变形，两端轴向收缩减少至10～20mm，需要加延长段才能解决，费时费力；也有的修复技术采用热喷涂、化学镀等方法，由于与基体不属于冶金结合，在工作过程中容易开裂掉块影响生产。
例如中国发明专利申请号为201710546846.9的专利申请文件公开了一种结晶器足辊表面堆焊工艺方法，其特征在于以埋弧自动焊方法在结晶器足辊表面实施堆焊作业，其特征包含以下步骤：a、焊前加工，选用直径为D1的圆钢原料，进行车削加工，得到外径为D2，内径为d的套管工件，并在工件两端留出长度尺寸为L的导槽；b、工件装夹：将工件两端装夹在堆焊设备的卡盘上；C、过渡层分段堆焊：将工件分成A、B、C、D四段，采用过渡层专用焊丝从工件中间部位向两端堆焊，首先进行工件B、C段的堆焊操作，并用红外线测温仪进行温度测量，超出设定的层间温度范围时，停止此段堆焊，在工件B、C段堆焊完成后，按同样方法进行工件A、D段堆焊操作，由此完成过渡层的堆焊；d、工件冷却：将完成过渡层堆焊的工件放入保温箱缓慢冷却至室温；e、第一遍耐磨层堆焊：采用耐磨层专用焊丝，按照步骤C的顺序，完成第一遍耐磨层的堆焊；f、第二遍耐磨层堆焊：重复步骤e，完成第二遍耐磨层的堆焊；g、焊后热处理：将工件缓慢冷却至50℃以下，再进行焊后热处理，热处理温度为550±10℃，保温时间为10小时，此后按照图纸要求进行焊后加工过程。
上述现有技术即采用堆焊的技术手段，虽然减少了工件弯曲变形、改善工件表面硬度均匀性，但是还是存在工件变形的技术问题，而且增加热处理工艺提高了成本，基于现有技术存在的技术问题，本发明提出一种用于修复连铸空心足辊辊套的药芯焊丝及其熔覆工艺。
发明内容
本发明采用激光半导体光纤耦合宽带熔覆技术，通过同轴侧方送丝的方法，在板坯连铸空心足辊辊套表面形成冶金结合的合金涂层，本发明的涂层材料选用铁基药芯焊丝，药芯焊丝含有自熔性合金粉末和增强变质剂氮化铬合金，熔敷后使得涂层中含有氮化物，使连铸辊的整体高温疲劳、抗冲击磨损、耐腐蚀性能得到改善。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于修复连铸空心足辊辊套的药芯焊丝，包括自熔性合金粉末和颗粒变质剂，所述自熔性合金粉末包括0.08～0.12％的碳、16～18％的铬、4～6％的镍、1.5～2.5％的硅、0.5～2％的硼、1～3％的钼、2～4％的钴、0.15～0.45％的铌和钽的混合物及余量的铁；上述各材料均按质量计；
其中，上述各材料均为粉末状，粒度为60～320目。
进一步地，所述颗粒变质剂为4.5～5.5％的氮化铬，所述氮化铬的粒度为60～320目，上述材料按质量计。
进一步地，所述自熔性合金粉末中，碳来自于68#微碳铬铁；铬来自于68#微碳铬铁或金属铬；硅来自于45#硅铁或65#硅铁的一种；钼来自于60#钼铁或钼粉的一种；硼来自20#硼铁合金；镍、钴、铌和钽均为单质金属粉末。
进一步地，铌和钽的混合物中铌和钽的质量比为6:4。
本发明还提供一种药芯焊丝熔覆工艺，包括如下步骤：
步骤1：选取待修复的连铸空心足辊辊套基体，采用机械加工的方式把所述辊套基体表面车光，采用丙酮洗净油污；
步骤2：通过送丝机系统，采用激光同轴侧方送丝的方式将所述药芯焊丝熔覆在所述连铸空心足辊辊套基体的外表面上，至完成熔覆工作，其中，熔覆层的厚度为1.8～2.2mm；
步骤3：待熔覆工作完成，熔覆层稳定的附着在所述连铸空心足辊辊套基体的外表面上，对熔覆层进行磨光处理，使熔覆层外表面的粗糙度达到6.3。
优选地，步骤2中，通过调节送丝速度和连铸空心辊套基体的旋转速度以使熔覆层厚度为1.8～2.2mm。
优选地，步骤2中，激光熔覆加工采用的激光功率为3～6KW，搭接率30％～50％，矩形光斑尺寸20mm×1.5mm。
进一步地，步骤2中，所述送丝机的送丝速率调节范围为480～720mm/min。
进一步地，步骤2中，所述连铸结晶器足辊辊套基体的旋转的线速度为350～500mm/min。
与现有技术相比，本发明的优越效果在于：
1、本发明所述的用于修复连铸空心足辊辊套的药芯焊丝，通过调整药芯焊丝中自熔性合金粉末和颗粒变质剂的合理配比，使熔覆后的涂层中含有氮化物，以氮代碳，碳含量极低，可以防止碳化物沿晶界析出，避免点状腐蚀和晶界裂纹产生，而且此涂层材料属于超低碳系列焊丝，无碳化物沿晶界析出，从本质上克服了像Crl3系铁素体/马氏体型焊丝所特有的而且很难避免的缺陷，点状腐蚀和裂纹消失。
2、由于氮化铬属于稳定的氮化物，并以弥散状细小质点均匀分布涂层中，因而有利于细化晶粒、提高强度和改善韧性。氮化物的沉淀析出还有利于二次硬化，提高熔敷层的抗回火稳定性。采用氮化铬作为颗粒变质剂，可提高辊套表面抗高温红硬性，促使连铸辊整体高温疲劳、抗冲击磨损提高，进而改善辊面耐腐蚀性能。
3、本药芯焊丝可以使空心足辊的整体高温疲劳、抗冲击磨损、耐腐蚀性能得到提高，上线使用寿命是堆焊辊寿命的2～3倍；
4、本发明所述的药芯焊丝及其熔覆工艺采用激光熔覆加工技术，使空心足辊辊套轴向不收缩，辊身不弯曲变形，熔敷粉末量相对堆焊量少，节约成本。
5、本发明所述的药芯焊丝及其熔覆工艺采用激光熔覆加工技术，使熔敷金属与基体属于冶金结合，性能稳定，使用过程不会产生脱落掉块等现象。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
一种用于修复连铸空心足辊辊套的药芯焊丝，其特征在于，药芯焊丝包含自熔性合金粉末和颗粒变质剂，所述自熔性合金粉末包括0.08～0.12％的碳、16～18％的铬、4～6％的镍、1.5～2.5％的硅、0.5～2％的硼、1～3％的钼、2～4％的钴、0.15～0.45％的铌和钽的混合物及余量的铁；上述各材料均按质量计；
其中，上述各材料均为粉末状，粒度为60～320目。
所述颗粒变质剂为4.5～5.5％的氮化铬，所述氮化铬的粒度为60～320目，上述材料按质量计；
在本实施例中，碳来自于68#微碳铬铁；铬来自于68#微碳铬铁或金属铬；硅来自于45#硅铁或65#硅铁的一种；钼来自于60#钼铁；硼来自20#硼铁合金；镍、钴、铌和钽均为单质金属粉末。
所述铌和钽的混合物中铌和钽的质量比为6:4。
其中，上述各材料中，68#的微碳铬铁加入量为23.5％，45#硅铁加入量1.5％，60#钼铁的加入量为2％，20#硼铁加入量4％，镍加入量4％，钴加入量2.5％，铌和钽加入量0.2％。
在本实施例中，将所述自熔性合金粉末和所述颗粒变质剂混合均匀，然后通过焊丝成型系统将混合料制成药芯焊丝。
在本实施例中，采用氮化铬作为颗粒变质剂，可提高辊套表面硬度，促使连铸辊整体高温疲劳、抗冲击磨损提高，进而改善辊面耐腐蚀性能。
在本实施例中，将所述自熔性合金粉末与所述颗粒变质剂通过江阴市宏达粉体设备有限公司生产的型号CW30型的V型混料机进行混合，经机械混合2小时，达到均匀混合状态，形成混合料；
在本实施例中，通过某公司生产的型号CXJ-04的焊丝成型系统将均匀混合好的自熔性合金粉末和颗粒变质剂混合料制成药芯焊丝。
本发明所述的用于修复连铸空心足辊辊套的药芯焊丝的熔覆方法，包括如下步骤：
步骤1：选取待修复的连铸空心足辊辊套基体，采用机械加工的方式把所述辊套基体表面车光，采用丙酮洗净油污；
步骤2：通过送丝机系统，采用激光同轴侧方送丝的方式将所述药芯焊丝熔覆在所述连铸空心足辊辊套基体的外表面上，至完成熔覆工作，其中熔覆层的厚度为1.8～2.2mm；
步骤3：待熔覆工作完成，熔覆层稳定的附着在所述连铸空心足辊辊套基体的外表面上，对熔覆层进行磨光处理，使熔覆层外表面的粗糙度达到6.3。
作为本实施例的一种优选，步骤2中，通过调节送丝速度和连铸结晶器足辊辊套机体的旋转速度以使熔覆层厚度为2mm。
在本实施例中，所述送丝机系统通过伺服控制器控制伺服电机来驱动送丝轮进行送丝，通过调节伺服控制器来调节电机的转速达到所需送丝快慢的目的。
优选地，步骤2中，所述送丝机的送丝速率为500mm/min。
优选地，步骤2中激光熔覆加工采用的激光功率为3KW，搭接率50％，矩形光斑尺寸20mm×1.5mm。
步骤2中，所述连铸空心足辊辊套基体的旋转的线速度为350mm/min。
在本实施例的步骤1中，所述连铸空心足辊辊套基体的材质为锻造42CrMo，在实际的修复过程中，辊套需拆卸以进行离线修复。
在本实施例的步骤2中，所述送丝机系统采用某公司生产的OASS-03送丝机。
实施例2
一种用于修复连铸空心足辊辊套的药芯焊丝，包括自熔性合金粉末和颗粒变质剂，所述自熔性合金粉末包括0.08～0.12％的碳、16～18％的铬、4～6％的镍、1.5～2.5％的硅、0.5～2％的硼、1～3％的钼、2～4％的钴、0.15～0.45％的铌和钽的混合物及余量的铁；上述各材料均按质量计。
在本实施例中，碳来自于68#微碳铬铁；铬来自于68#微碳铬铁或金属铬；硅来自于45#硅铁或65#硅铁的一种；钼来自于60#钼铁；硼来自20#硼铁合金；镍、钴、铌和钽均为单质金属粉末。
其中，上述各材料中，68#的微碳铬铁加入量为26.5％，45#硅铁加入量2.2％，60#钼铁的加入量为3％，20#硼铁加入量5％，镍加入量5％，钴加入量3％，铌和钽加入量0.3％，粒度为60～320目。
所述颗粒变质剂为4.5％的氮化铬；粒度为60～320目；
将所述自熔性合金粉末和所述颗粒变质剂混合均匀，然后通过焊丝成型系统将混合料制成药芯焊丝。
本发明所述的用于修复连铸空心足辊辊套的药芯焊丝的熔覆方法，包括如下步骤：
步骤1：选取待修复的连铸空心足辊辊套基体，采用机械加工的方式把所述连铸空心辊套基体表面车光，采用丙酮洗净油污；
步骤2：通过送丝机系统，采用激光同轴侧方送丝的方式将所述药芯焊丝熔覆在所述连铸空心足辊辊套基体的外表面上，至完成熔覆工作，其中，熔覆层的厚度为2mm；
步骤3：待熔覆工作完成，熔覆层稳定的附着在所述连铸空心足辊辊套基体的外表面上，对熔覆层进行磨光处理，使熔覆层外表面的粗糙度达到6.3。
步骤2中，通过调节送丝速度和连铸空心足辊辊套基体的旋转速度以使熔覆层厚度为2mm。
步骤2中激光熔覆加工采用的激光功率为3.5KW，搭接率45％，矩形光斑尺寸20mm×1.5mm。
步骤2中，所述送丝机的送丝速率为600mm/min。
步骤2中，所述连铸空心足辊辊套基体的旋转的线速度为450mm/min。
本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书界定。

Claims (9)

1.一种用于修复连铸空心足辊辊套的药芯焊丝，其特征在于，药芯焊丝包含自熔性合金粉末和颗粒变质剂，所述自熔性合金粉末包括0.08～0.12％的碳、16～18％的铬、4～6％的镍、1.5～2.5％的硅、0.5～2％的硼、1～3％的钼、2～4％的钴、0.15～0.45％的铌和钽的混合物及余量的铁；上述各材料均按质量计；
其中，上述各材料均为粉末状，粒度为60～320目。
2.根据权利要求1所述的用于连铸空心足辊辊套的药芯焊丝，其特征在于，所述颗粒变质剂为4.5～5.5％的氮化铬，所述氮化铬的粒度为60～320目，上述材料按质量计。
3.根据权利要求1所述的用于连铸空心足辊辊套的药芯焊丝，其特征在于，所述自熔性合金粉末中，碳来自于68#微碳铬铁；铬来自于68#微碳铬铁或金属铬；硅来自于45#硅铁或65#硅铁的一种；钼来自于60#钼铁或钼粉的一种；硼来自20#硼铁合金；镍、钴、铌和钽均为单质金属粉末。
4.根据权利要求1～3任一项所述的用于连铸空心足辊辊套的药芯焊丝，其特征在于，所述铌和钽的混合物中铌和钽的质量比为6:4。
5.根据权利要求1所述药芯焊丝的熔覆方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：选取待修复的连铸空心足辊辊套基体，采用机械加工的方式把所述辊套基体表面车光，采用丙酮洗净油污；
步骤2：通过送丝机系统，采用激光同轴侧方送丝的方式将所述药芯焊丝熔覆在所述连铸空心足辊辊套基体的外表面上，至完成熔覆工作，其中，熔覆层的厚度为1.8～2.2mm；
步骤3：待熔覆工作完成，熔覆层稳定的附着在所述连铸空心足辊辊套基体的外表面上，对熔覆层进行磨光处理，使熔覆层外表面的粗糙度达到6.3。
6.根据权利要求5所述的高温涂层材料的熔覆方法，其特征在于，步骤2中，通过调节送丝速度和连铸空心辊套基体的旋转速度以使熔覆层厚度为1.8～2.2mm。
7.根据权利要求5所述的高温涂层材料的熔覆方法，其特征在于，步骤2中，激光熔覆加工采用的激光功率为3～6KW，搭接率30％～50％，矩形光斑尺寸20mm×1.5mm。
8.根据权利要求5所述的高温涂层材料的熔覆方法，其特征在于，步骤2中，所述送丝机的送丝速率调节范围为480～720mm/min。
9.根据权利要求5所述的高温涂层材料的熔覆方法，其特征在于，步骤2中，所述连铸结晶器足辊辊套基体的旋转的线速度为350～500mm/min。
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