CN110640408A - 一种管轧机生产线用复合导板的增材制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种管轧机生产线用复合导板的增材制作方法，包括以下步骤：S1：采用铸造性能高的材料铸造成型管轧机导板机体；S2：对S1中的成型管轧机导板机体先进行清理，然后进行性能热处理；S3：在经过S2处理的成型管轧机导板机体基础上，增材堆焊高合金钢工作层，进而形成复合导板；S4：对S3中的复合导板进行消应热处理；S5：在经过S4处理的复合导板基础上，打磨其高合金钢工作层直至符合探伤要求的光洁度。本发明制造的复合导板保证工作层具有高的硬度和在高温条件下具有高的红硬性和耐磨性，极好的符合了导板工作条件质量要求，能以较低的成本，较高的合格率批量生产复合导板，具有可观的经济效益和社会效益。
Description
技术领域
本发明属于铸造和增材堆焊技术领域，具体涉及一种管轧机生产线用复合导板的增材制作方法。
背景技术
目前在各无缝管生产线中，轧管机导板均由高铬镍合金钢铸造而成。导板工作表面硬度要求HRC35～45，化学成分由Cr32％～35％Ni6％～7％Mo0.15～0.2V0.25％～0.3％等组成。
由于高铬镍合金钢铸造工艺性很差，铸件内部晶粒粗大、组织疏松、极易在厚大部位产生缩孔和缩松。其制造成本高，在使用过程中内部热应力大，在高温热疲劳的使用过程中及易出现磨损快、表面龟裂甚至掉块和断裂，严重影响轧管过程的进行。时有因为开裂而必须在轧管过程中更换导板，由此带来的不利结果是生产线停滞，影响轧管质量和效率，同时增加工人劳动强度和工作量。因此，改进导板的制造工艺，克服上述问题十分必要，所以急切需要一种管轧机生产线用复合导板的增材制作方法来解决上述问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种管轧机生产线用复合导板的增材制作方法，用于解决现有技术轧管机导板制造成本高，在使用过程中内部热应力大，在高温热疲劳的使用过程中及易出现磨损快、表面龟裂甚至掉块和断裂，严重影响轧管过程进行的问题。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种管轧机生产线用复合导板的增材制作方法，包括以下步骤：
S1：采用铸造性能优良的材料铸造成型管轧机导板机体；基体需有足够的强度、韧性及抗热疲劳性，同时可以起到相应的支撑作用；
S2：对S1中的成型管轧机导板机体先进行清理，然后进行性能热处理；以改善基体内部组织和力学性能；
S3：在经过S2处理的成型管轧机导板机体基础上，增材堆焊高合金钢工作层，进而形成复合导板；工作层需达到一定厚度，保证使用效果；工既要满足高温使用要求和耐磨性，同时满足焊接工艺要求，增材堆焊高合金钢工作层厚度根据导板磨损至失效的磨损量而定；
S4：对S3中的复合导板进行消应热处理；
S5：在经过S4处理的复合导板基础上，打磨其高合金钢工作层直至符合探伤要求的光洁度；使工作层表面无裂纹、飞溅、黑皮、夹杂等。
通过上述方案，改进了传统无缝管生产线用管轧机导板高合金钢的整体铸造方法，掌握了导板的复合材料成型制造，且产品性能质量较优，具有非常可观的经济效益及社会效益；其中，工作层的成本较高，而机体的成本相对较低，即使导板在使用过程中出现磨损快、表面龟裂甚至掉块和断裂的情况，造成的损失也被降到最低；并且，这种复合导板的工作层磨损完可以继续在剩下的机体上堆焊新的工作层，实现资源重复利用。
优选的，步骤S1中铸造性能高的材料包括低碳钢、中碳钢和低合金钢中的一种或多种。
通过上述方案，低碳钢、中碳钢或低合金钢等铸造工艺性良好的材料铸造成型导板基体，基体须具备足够的强度、韧性及抗热疲劳性和必要的支持作用，同时需满足相应低碳钢、中碳钢或低合金钢牌号的机械行业标准要求。
优选的，步骤S3中增材堆焊时采用铬镍高合金耐磨焊丝。
考虑到工作层既要满足高温使用要求和耐磨性，同时满足焊接工艺要求，所以采用铬镍高合金耐磨焊丝。
优选的，所述高合金钢工作层边缘区域厚度为12～15mm，中部区域厚度为40～45mm。
通过上述方案，增材堆焊高合金钢工作层厚度根据导板磨损至失效的磨损量而定，工作层既要满足高温使用要求和耐磨性，同时满足焊接工艺要求。
优选的，步骤S4的具体步骤为：对S3中的复合导板以小于50℃/h的速度加热至540℃～560℃的消应处理。
优选的，所述高合金钢工作层通过粒子强化剂对工作层母液强化获得：以质量百分比计，其工作层母液组成为：C:0.06％～0.08％，Si：≤1.00％，Mn：≤0.60％，P、S：≤0.03％， Cr:25.00％～27.00，Ni:19.00％～21.00％，Mo:1.00％～1.50％，Al:0.20％～0.50％，Nb:0.10％～0.15％， Zr:0.08％～0.12％，其余为Fe。
优选的，所述成型管轧机导板机体，以质量百分比计，其组成为：C:0.08％～0.12％，Si： 1.00％～1.50％，Mn:≤0.60％，P、S：≤0.03％；Cr:8.00％～10.00％，Ni:1.00％～3.00％， Al:0.20％～0.50％，Nb:0.10％～0.15％，Zr:0.08％～0.12％，其余为Fe。
通过上述方案，制成的工作层面强度约为HRC42.3，轧制同样规格普碳钢钢管的使用寿命是低棵高铭铸铁穿孔机导板的3倍，是G-X50NiCrW4828铸造高保导板1.5倍。制造本复合导板每吨可比G-X50NiCrW4828铸造高保导板节省约17lkg金属铬、435kg镍、50kg钨。进一步保证了满足产品使用要求、低成本的目的。
优选的，所述的粒子强化剂包括强化粒子和活性湿润剂，强化粒子与活性湿润剂的质量比为1:1，强化粒子的加入量为导板工作层设计重量的10～15％。
优选的，所述的强化粒子为碳化钨，碳化钛和碳化硼中的至少一种，当同时采用强化粒子碳化钨，碳化钛和碳化硼的二种或三种时，按相同重量加入。
通过上述方案，将碳化钨粉末、碳化钛粉末、碳化硼粉末和保粉充分混合，压制成直径为5mm左右的小块待用，使用时可对铸件进行有效强化。
本发明的有益技术效果是：1、制造的复合导板不仅可以得到高的强度、韧性以及抗热疲劳性基体，而且增材堆焊高合金工作层晶粒细小、组织致密又能保证工作层具有高的硬度和在高温条件下具有高的红硬性和耐磨性，极好的符合了导板工作条件质量要求，能以较低的成本，较高的合格率批量生产复合导板，具有可观的经济效益和社会效益。
2、改进了传统无缝管生产线用管轧机导板高合金钢的整体铸造方法，掌握了导板的复合材料成型制造，且产品性能质量较优，具有非常可观的经济效益及社会效益；其中，工作层的成本较高，而机体的成本相对较低，即使导板在使用过程中出现磨损快、表面龟裂甚至掉块和断裂的情况，造成的损失也被降到最低；并且，这种复合导板的工作层磨损完可以继续在剩下的机体上堆焊新的工作层，实现资源重复利用。
附图说明
图1显示为本发明的实施例1的步骤流程示意图。
图2显示为本发明的实施例2的结构示意图。
其中，高合金钢工作层1、成型管轧机导板机体2。
具体实施方式
下面结合本发明的附图1-2，对本发明实施例中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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
实施例1：
如图1所示，一种管轧机生产线用复合导板的增材制作方法，包括以下步骤：
S1：采用铸造性能优良的材料铸造成型管轧机导板机体；基体需有足够的强度、韧性及抗疲劳性，同时可以起到相应的支撑作用；
S2：对S1中的成型管轧机导板机体先进行清理，然后进行性能热处理；以改善基体内部组织和力学性能；
S3：在经过S2处理的成型管轧机导板机体基础上，增材堆焊高合金钢工作层，进而形成复合导板；工作层需达到一定厚度，保证使用效果；工既要满足高温使用要求和耐磨性，同时满足焊接工艺要求，增材堆焊高合金钢工作层厚度根据导板磨损至失效的磨损量而定；
S4：对S3中的复合导板进行消应热处理；
S5：在经过S4处理的复合导板基础上，打磨其高合金钢工作层直至符合探伤要求的光洁度；使工作层表面无裂纹、飞溅、黑皮、夹杂等。
通过上述方案，改进了传统无缝管生产线用管轧机导板高合金钢的整体铸造方法，掌握了导板的复合材料成型制造，且产品性能质量较优，具有非常可观的经济效益及社会效益；其中，工作层的成本较高，而机体的成本相对较低，即使导板在使用过程中出现磨损快、表面龟裂甚至掉块和断裂的情况，造成的损失也被降到最低；并且，这种复合导板的工作层磨损完可以继续在剩下的机体上堆焊新的工作层，实现资源重复利用。
优选的，步骤S1中铸造性能高的材料包括低碳钢、中碳钢和低合金钢中的一种或多种。
通过上述方案，低碳钢、中碳钢或低合金钢等铸造工艺性良好的材料铸造成型导板基体，基体须具备足够的强度、韧性及抗疲劳性和必要的支持作用，同时需满足相应低碳钢、中碳钢或低合金钢牌号的机械行业标准要求。
优选的，步骤S3中增材堆焊时采用铬镍高合金耐磨焊丝。
考虑到工作层既要满足高温使用要求和耐磨性，同时满足焊接工艺要求，所以采用铬镍高合金耐磨焊丝。
优选的，所述高合金钢工作层边缘区域厚度为12～15mm，中部区域厚度为40～45mm。
通过上述方案，增材堆焊高合金钢工作层厚度根据导板磨损至失效的磨损量而定，工作层既要满足高温使用要求和耐磨性，同时满足焊接工艺要求。
优选的，步骤S4的具体步骤为：对S3中的复合导板以小于50℃/h的速度加热至540℃～560℃的消应处理。
优选的，所述高合金钢工作层通过粒子强化剂对工作层母液强化获得：以质量百分比计，其工作层母液组成为：C:0.06％～0.08％，Si：≤1.00％，Mn：≤0.60％，P、S：≤0.03％， Cr:25.00％～27.00，Ni:19.00％～21.00％，Mo:1.00％～1.50％，Al:0.20％～0.50％，Nb:0.10％～0.15％， Zr:0.08％～0.12％，其余为Fe。
优选的，所述成型管轧机导板机体，以质量百分比计，其组成为：C:0.08％～0.12％，Si： 1.00％～1.50％，Mn:≤0.60％，P、S：≤0.03％；Cr:8.00％～10.00％，Ni:1.00％～3.00％， Al:0.20％～0.50％，Nb:0.10％～0.15％，Zr:0.08％～0.12％，其余为Fe。
通过上述方案，制成的工作层面强度约为HRC42.3，轧制同样规格普碳钢钢管的使用寿命是低棵高铭铸铁穿孔机导板的3倍，是G-X50NiCrW4828铸造高保导板1.5倍。制造本复合导板每吨可比G-X50NiCrW4828铸造高保导板节省约17lkg金属铬、435kg镍、50kg钨。进一步保证了满足产品使用要求、低成本的目的。
优选的，所述的粒子强化剂包括强化粒子和活性湿润剂，强化粒子与活性湿润剂的质量比为1:1，强化粒子的加入量为导板工作层设计重量的10～15％。
优选的，所述的强化粒子为碳化钨，碳化钛和碳化硼中的至少一种，当同时采用强化粒子碳化钨，碳化钛和碳化硼的二种或三种时，按相同重量加入。
通过上述方案，将碳化钨粉末、碳化钛粉末、碳化硼粉末和保粉充分混合，压制成直径为5mm左右的小块待用，使用时可对铸件进行有效强化。
实施例2：
一种管轧机生产线用复合导板，包括高合金钢工作层1和成型管轧机导板机体2；
所述高合金钢工作层通过粒子强化剂对工作层母液强化获得：以质量百分比计，其工作层母液组成为：C:0.06％～0.08％，Si：≤1.00％，Mn：≤0.60％，P、S：≤0.03％，Cr:25.00％～27.00，Ni:19.00％～21.00％，Mo:1.00％～1.50％，Al:0.20％～0.50％，Nb:0.10％～0.15％，Zr:0.08％～0.12％，其余为Fe；
所述成型管轧机导板机体，以质量百分比计，其组成为：C:0.08％～0.12％，Si：1.00％～ 1.50％，Mn:≤0.60％，P、S：≤0.03％；Cr:8.00％～10.00％，Ni:1.00％～3.00％，Al:0.20％～0.50％， Nb:0.10％～0.15％，Zr:0.08％～0.12％，其余为Fe；
所述高合金钢工作层和所述成型管轧机导板机体经过增材制造成复合导板，其具体步骤如下：
S1：采用铸造性能高的材料铸造成型管轧机导板机体；基体需有足够的强度、韧性及抗疲劳性，同时可以起到相应的支撑作用；
S2：对S1中的成型管轧机导板机体先进行清理，然后进行性能热处理；以改善基体内部组织和力学性能；
S3：在经过S2处理的成型管轧机导板机体基础上，增材堆焊高合金钢工作层，进而形成复合导板；工作层需达到一定厚度，保证使用效果；工既要满足高温使用要求和耐磨性，同时满足焊接工艺要求，增材堆焊高合金钢工作层厚度根据导板磨损至失效的磨损量而定；
S4：对S3中的复合导板进行消应热处理；
S5：在经过S4处理的复合导板基础上，打磨其高合金钢工作层直至符合探伤要求的光洁度；使工作层表面无裂纹、飞溅、黑皮、夹杂等。
通过上述方案，改进了传统无缝管生产线用管轧机导板高合金钢的整体铸造方法，掌握了导板的复合材料成型制造，且产品性能质量较优，具有非常可观的经济效益及社会效益；其中，工作层的成本较高，而机体的成本相对较低，即使导板在使用过程中出现磨损快、表面龟裂甚至掉块和断裂的情况，造成的损失也被降到最低；并且，这种复合导板的工作层磨损完可以继续在剩下的机体上堆焊新的工作层，实现资源重复利用。
优选的，步骤S1中铸造性能优良的材料包括低碳钢、中碳钢和低合金钢中的一种或多种。
通过上述方案，低碳钢、中碳钢或低合金钢等铸造工艺性良好的材料铸造成型导板基体，基体须具备足够的强度、韧性及抗疲劳性和必要的支持作用，同时需满足相应低碳钢、中碳钢或低合金钢牌号的机械行业标准要求。
优选的，步骤S3中增材堆焊时采用铬镍高合金耐磨焊丝。
考虑到工作层既要满足高温使用要求和耐磨性，同时满足焊接工艺要求，所以采用铬镍高合金耐磨焊丝。
优选的，所述高合金钢工作层边缘区域厚度为12～15mm，中部区域厚度为40～45mm。
通过上述方案，增材堆焊高合金钢工作层厚度根据导板磨损至失效的磨损量而定，工作层既要满足高温使用要求和耐磨性，同时满足焊接工艺要求。
优选的，步骤S4的具体步骤为：对S3中的复合导板以小于50℃/h的速度加热至400℃±10℃，保温10h后缓冷至200℃出炉。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“逆时针”、“顺时针”“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种管轧机生产线用复合导板的增材制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：采用铸造性能优良的材料铸造成型管轧机导板机体；
S2：对S1中的成型管轧机导板机体先进行清理，然后进行性能热处理；
S3：在经过S2处理的成型管轧机导板机体基础上，增材堆焊高合金钢工作层，进而形成复合导板；
S4：对S3中的复合导板进行消应热处理；
S5：在经过S4处理的复合导板基础上，打磨其高合金钢工作层直至符合探伤要求的光洁度。
2.根据权利要求1所述的一种管轧机生产线用复合导板的增材制作方法，其特征在于，步骤S1中铸造性能高的材料包括低碳钢、中碳钢和低合金钢中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种管轧机生产线用复合导板的增材制作方法，其特征在于，步骤S3中增材堆焊时采用铬镍高合金耐磨焊丝。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种管轧机生产线用复合导板的增材制作方法，其特征在于，所述高合金钢工作层边缘区域厚度为12～15mm，中部区域厚度为40～45mm。
5.根据权利要求4所述的一种管轧机生产线用复合导板的增材制作方法，其特征在于，步骤S4的具体步骤为：对S3中的复合导板以小于50℃/h的速度加热至540℃～560℃的消应处理。
6.根据权利要求1所述的一种管轧机生产线用复合导板的增材制作方法，其特征在于，所述高合金钢工作层通过粒子强化剂对工作层母液强化获得：以质量百分比计，其工作层母液组成为：C:0.06％～0.08％，Si：≤1.00％，Mn：≤0.60％，P、S：≤0.03％，Cr:25.00％～27.00，Ni:19.00％～21.00％，Mo:1.00％～1.50％，Al:0.20％～0.50％，Nb:0.10％～0.15％，Zr:0.08％～0.12％，其余为Fe。
7.根据权利要求6所述的一种管轧机生产线用复合导板的增材制作方法，其特征在于，所述成型管轧机导板机体，以质量百分比计，其组成为：C:0.08％～0.12％，Si：1.00％～1.50％，Mn:≤0.60％，P、S：≤0.03％；Cr:8.00％～10.00％，Ni:1.00％～3.00％，Al:0.20％～0.50％，Nb:0.10％～0.15％，Zr:0.08％～0.12％，其余为Fe。
8.根据权利要求7所述的一种管轧机生产线用复合导板的增材制作方法，其特征在于，所述的粒子强化剂包括强化粒子和活性湿润剂，强化粒子与活性湿润剂的质量比为1:1，强化粒子的加入量为导板工作层设计重量的10～15％。
9.根据权利要求8所述的一种管轧机生产线用复合导板的增材制作方法，其特征在于，所述的强化粒子为碳化钨，碳化钛和碳化硼中的至少一种，当同时采用强化粒子碳化钨，碳化钛和碳化硼的二种或三种时，按相同重量加入。
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