CN111001992A - 一种将轨梁开坯辊堆焊复合成半高速钢轧辊的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种将轨梁开坯辊堆焊复合成半高速钢轧辊的方法，属于堆焊技术领域，提供一种可以将轨梁开坯辊堆焊复合成半高速钢轧辊的方法；具体包括如下步骤：(一)焊前车削处理；(二)探伤检验；(三)预热处理；(四)堆焊处理；(五)堆焊后热处理；(六)成品车削。通过采用本发明的方法，可实现将轨梁开坯辊堆焊复合成半高速钢轧辊，一方面可一稿堆焊修复后轧辊的表面耐磨性，另一方面也可实现对轨梁开坯机的轧辊的重复利用，节约资源，降低生产成本。

Description

一种将轨梁开坯辊堆焊复合成半高速钢轧辊的方法

技术领域

本发明涉及堆焊技术领域，尤其涉及一种将轨梁开坯辊堆焊复合成半高速钢轧辊的方法。

背景技术

轨梁开坯机，如万能生产线BD1轧机，950生产线￠950轧机，均为二辊可逆式牌坊轧机，其所用的轧辊称为BD1轧辊、950轧辊，材质为60CrNiMo或60CrMnMo的锻钢或铸钢，且均为多个孔槽，可轧制钢轨，又可轧制H型钢及其他型材。该类轧辊不仅单支重量大，通常为20余吨，价格高，而且制造周期长。

经统计，轨梁开坯机新辊的平均轧制量在7000～8000t/次。为提高单次轧制量，有的钢厂对其进行激光表面强化处理，平均轧制量可达12000～15000t/次，以此来降低辊耗、生产成本、提高轧件质量。因轧制量不高，钢厂仍需要购买大量的新辊，资金压力巨大。为努力降低轧制辊耗，钢厂都采用对报废轧辊进行堆焊修复的方法来降低辊耗。

传统的堆焊修复是将已使用至其最小直径才考虑对其进行修复，由最小使用直径堆焊至材料、工艺、设备能达到的允许厚度。本质上讲，这只是对轧辊进行简单的尺寸恢复，达不到强化修复的目标，即增寿型的目的。而国内外一些轧辊堆焊企业，由于在堆焊所用的材料、堆焊方式上的差别，轧辊堆焊修复后的效果千差万别，同类轧辊的轧制量只能达到原新辊过钢量的80％～100％，最高的也小于15000吨/次，根本达不到用方对高耐磨性、高轧制量的要求。

据资料显示，高速钢轧辊是目前热轧生产中应用效果较好的轧辊材质之一，在国内外都有很好的应用。高速钢轧辊利用硬度高、红硬性、耐磨性和淬透性好高碳高速钢作为轧辊工作层，用锻钢、铸钢或铸铁作为轧辊心部材料，把工作层和心部以冶金或套装方式结合起来的高性能轧辊。高速钢的合金含量很高，通常大于15％，因有较高的耐磨性和红硬性，已在很多钢厂得到应用；为节约合金元素而尝试减少高速钢中的合金元素含量，并使其仍然保持足够的二次硬化效果，在大致相同的热处理工艺下，可以得到与高速钢相同的硬度，从而可以代替高速钢使用，这是半高速钢的由来，半高速钢的合金含量为8-15％。

因此若能将轨梁开坯机的轧辊采用堆焊的方法，将其堆焊复合制造成半高速钢轧辊，即利用轨梁开坯机的旧辊作为基体，堆焊修复后轧辊的工作层金属为半高速钢合金成分，则可实现重复利用报废的轨梁开坯机的轧辊生产半高速钢轧辊，进而能够有效的降低成本。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种可以将轨梁开坯辊堆焊复合成半高速钢轧辊的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种将轨梁开坯辊堆焊复合成半高速钢轧辊的方法，包括如下步骤：

(一)焊前车削处理

将轨梁开坯辊作为堆焊基体轧辊，将轧辊的需堆焊部位的疲劳层车削并清理干净，车削时在轧制成品孔型尺寸的基础上整体平移5-7mm进行车削，以为堆焊所形成的辊面工作层让出成型空间；

(二)探伤检验

对上步骤中车削处理后的轧辊进行探伤检验，探伤检验合格的产品进入后续步骤处理；

(三)预热处理

将上步骤中探伤合格的轧辊进行预热处理；

(四)堆焊处理

在完成预热后，将轧辊吊装至堆焊装置上安装好，然后进行堆焊以形成堆焊层作为辊面工作层，并且在辊面工作层的堆焊过程中预留车削加工余量；其中，堆焊所用的金属材料为半高速钢，并且所述半高速钢按照质量百分比的组分组成如下表所示：

C	Mn	Si	Cr	Ni	Mo
						0.5～0.66	1.2～1.9	0.8～1.2	5.7～7	0.6～1.2	1～1.5
V	Nb	Re	P	S	Fe
						0.1～0.5	2.5～4	2～3	≤0.019	≤0.01	余量

(五)堆焊后热处理

将堆焊处理后的轧辊进行热处理，以使堆焊层经热处理后的硬度为53-55HRC；

(六)成品车削

将热处理后的轧辊进行车削加工，以使堆焊层处对应的尺寸加工至设计尺寸，最终成为半高速钢轧辊成品。

进一步的是：在步骤二中，探伤检验采用着色探伤和/或超声波探伤。

进一步的是：在步骤三中，将轧辊放入电炉里进行预热处理，预热按≤50℃/h升温速度升至400±10℃温度后，恒温保温12h。

进一步的是：在步骤四中，堆焊处理在保温罩内进行。

进一步的是：所述轨梁开坯辊的材质为60CrNiMo或60CrMnMo的锻钢或铸钢。

进一步的是：在步骤四中，堆焊处理采用埋弧自动堆焊。

进一步的是：堆焊采用RQ-608牌号的焊丝配高碱度的惰性焊剂SJ-800。

进一步的是：在步骤五中，堆焊后热处理采用如下处理过程：按≤50℃/h升温速度升至 450±5℃温度后，恒温保温3h；然后再以≤30℃/h升温速度升至510±5℃温度后，恒温保温4h；然后再以≤20℃/h升温速度升至530±5℃温度后，恒温保温16h；最后以≤20℃/h降温速度将至室温。

进一步的是：在步骤五中，堆焊后热处理在台车式回火炉中进行。

进一步的是：辊面工作层的厚度设置为5-7mm。

本发明的有益效果是：

A、本发明中的堆焊方式采用为埋弧自动焊，属于通用的焊接方法，操作人员易掌握，堆焊效率高。

B、按照本发明堆焊修复的轨梁开坯辊，保证辊面工作层的单边有效厚度5-7mm即可，至少5.0mm的有效厚度即可使使用寿命成倍提高；而且堆焊所用的金属材料为半高速钢，具有不粘氧化皮、金属越用越亮以及基本不修磨等优点。

C、按照本发明堆焊修复的轨梁开坯辊，不需要堆焊过渡层，而直接在基体轧辊上进行堆焊；且堆焊工作层只需保证5.0mm的厚度，整体堆焊量少，较传统按功能性修复所用的堆焊材料更少，且修复时间短，节省了大量的能源费用。

D、按照本发明堆焊修复的轨梁开坯辊，由于辊面工作层采用了半高速钢金属材料堆焊而成，因此其轧制量高，可达40000吨/次及以上，因此复合成的半高速钢轧辊的换辊次数少；减少了频繁换辊过程中消耗的备品备件、辅助物资、人工等。

E、按照本发明堆焊修复的轨梁开坯辊，可在有效工作尺寸内的任一辊径进行修复，每次下机后，只需进行相应的车削去除疲劳层，即可进行堆焊修复；基体轧辊可重复多次修复，只要有足够的旧辊，可不需买新辊，大大降低辊耗成本。

F、本发明由于堆焊修复方式相对简单、便捷，因此可以在轧辊使用过程中无需使用至其允许使用的最小直径时才进行堆焊修复，而是磨损至低于最佳辊径时即可进行修复，这样一来即可使得轧辊始终运行在最佳辊径状态的附近，使得轧机运行数据最为正常，电机负荷也处于最佳状态，保持了较大辊径，同时过钢量也最好，这才是轧制的理想状态，可有效提高轧制效果。

附图说明

图1为预热处理过程中温度与时间的关系示意图；

图2为堆焊后热处理过程中温度与时间的关系示意图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

本发明所述的一种将轨梁开坯辊堆焊复合成半高速钢轧辊的方法，为将轨梁开坯辊，尤其是使用磨损后的轧辊进行重复利用，如将报废的轨梁开坯辊进行堆焊修复，以形成轧辊基体部分为轨梁开坯辊的金属材料，而辊面工作层为半高速钢金属材料的一种复合半高速钢轧辊；不失一般性，轨梁开坯辊的材质通常为60CrNiMo或60CrMnMo的锻钢或铸钢；具体的，本发明所述方法包括如下步骤：

(一)焊前车削处理

将轨梁开坯辊作为堆焊基体轧辊，将轧辊的需堆焊部位的疲劳层车削并清理干净，车削时在轧制成品孔型尺寸的基础上整体平移5-7mm进行车削；通过对需堆焊部位的疲劳层进行车削清理，可确保后续堆焊后形成的辊面工作层与基体轧辊部分的结合强度；而整体平移 5-7mm进行车削，其中平移指的是与过钢面的垂直方向，即是通过多车削掉5-7mm的材料厚度，以为堆焊所形成的辊面工作层让出成型空间，确保堆焊附着辊面工作层后轧辊的相应辊径尺寸满足轧制成品孔型尺寸的要求。

(二)探伤检验

对上步骤中车削处理后的轧辊进行探伤检验，探伤检验合格的产品进入后续步骤处理；探伤检验的目的是为了确保用于堆焊的基体轧辊自身没有明显的缺陷，以确保堆焊后的产品的质量；具体的，探伤检验可采用常规的着色探伤或超声波探伤，必要时可以同时进行着色探伤或超声波探伤。

(三)预热处理

将上步骤中探伤合格的轧辊进行预热处理；预热处理的目的是为了使得基体轧辊升温至相对较高的温度，以为后续进行堆焊处理时堆焊金属擦料的有效附着，进而确保堆焊后的结合强度，保证堆焊效果；同时也是实现直接在基体轧辊上堆焊半高速钢金属材料的保障。更具体的，本发明中对于预热的具体处理可将轧辊放入电炉里进行预热处理，并且具体的预热处理工艺参数为：预热按≤50℃/h升温速度升至400±10℃温度后，恒温保温12h；具体可参照附图1中所示。

(四)堆焊处理

在完成预热后，将轧辊吊装至堆焊装置上安装好，然后进行堆焊以形成堆焊层作为辊面工作层，并且在辊面工作层的堆焊过程中预留车削加工余量，以便于后续步骤中进行车铣削加工，不失一般性，车削加工余量大致可预留单边3.5-6mm；其中，本发明中的堆焊所用的金属材料为半高速钢，并且所述半高速钢按照质量百分比的组分组成如下表所示：

C	Mn	Si	Cr	Ni	Mo
						0.5～0.66	1.2～1.9	0.8～1.2	5.7～7	0.6～1.2	1～1.5
V	Nb	Re	P	S	Fe
						0.1～0.5	2.5～4	2～3	≤0.019	≤0.01	余量

通过采用上述堆焊金属材料进行堆焊所形成的堆焊层，为半高速钢，其有很好的红硬性、耐磨性、抗冲击能力强等优点，可有效地提高轧辊的使用寿命。

(五)堆焊后热处理

将堆焊处理后的轧辊进行热处理，以使堆焊层经热处理后的硬度为53-55HRC；更具体的，本发明中可优选采用如下处理过程：堆焊后热处理采用如下处理过程：按≤50℃/h升温速度升至450±5℃温度后，恒温保温3h；然后再以≤30℃/h升温速度升至510±5℃温度后，恒温保温 4h；然后再以≤20℃/h升温速度升至530±5℃温度后，恒温保温16h；最后以≤20℃/h降温速度将至室温。具体可参照附图2中所示。更具体的，堆焊后的热处理可在相应的台车式回火炉中进行。

(六)成品车削

最后，将热处理后的轧辊进行车削加工，以使堆焊层处对应的尺寸加工至设计尺寸，最终成为半高速钢轧辊成品。当然，为了确保成品的半高速钢轧辊的质量，在成品车削加工后还可进行必要的质量检验，以确保成品质量符合产品使用要求。

另外，本发明步骤四中，堆焊处理的具体方式可采用埋弧自动堆焊，其属于通用的焊接方法，操作人员易掌握，堆焊效率高。而且，在采用埋弧自动堆焊，为了确保直接在基体轧辊上堆焊半高速钢金属材料以及确保堆焊后的复合质量，本发明中优选堆焊采用RQ-608牌号的焊丝，该种焊丝可从邯郸市韧强焊接材料科技有限公司获得；以及采用高碱度的惰性焊剂SJ-800，该焊剂可从山东泰山阳光焊接材料有限公司获得。

另外，在堆焊处理过程中，其堆焊所形成的辊面工作层的单边有效厚度可设置5-7mm即可，相应的在步骤一种进行车削的过程中，需要在轧制成品孔型尺寸的基础上整体平移5-7mm 进行车削；并且焊前车削处理中，在轧制成品孔型尺寸的基础上整体平移的车削量应当与辊面工作层的设计厚度一致。其中，设置辊面工作层为至少5.0mm的有效厚度即可使使用寿命成倍提高，同时设置相对与传统堆焊修复较薄的辊面工作层厚度，可使得整体堆焊量少，较传统按功能性修复所用的堆焊材料更少，且修复时间短，节省了大量的能源费用。当然，不失一般性，考虑到堆焊需要预留必要的车削加工余量，因此实际堆焊的厚度应当大于辊面工作层的设计要求厚度；例如设计的辊面工作层的厚度为6mm时，其堆焊时对应的堆焊层的厚度大约可设置为9.5-12mm，以预留3.5-6mm的车削加工余量。

另外，本发明中在步骤四进行堆焊处理的过程中，可设置有相应的保温罩，以使得堆焊处理在保温罩内进行，以确保轧辊在堆焊过程的温度相对较为温度，确保堆焊的质量。保温罩为将轧辊整体的堆焊面弯曲罩住，以通过设置保温罩进行保温堆焊处理。不失一般性，且保温罩应当为可拆卸的结构。

具体实施例：

实施例一、950轧辊的修复

(1)工艺流程

焊前车削处理→探伤检验→焊前预热处理→保温堆焊处理→堆焊后热处理→成品车削加工→成品检验→对合格成品涂油、包装入库或留轨梁待用、上机，对不合格的进行返修至合格。

(2)堆焊用材料

RQ-608牌号的焊丝，焊丝尺寸Ф3.2mm，配高碱度的惰性焊剂SJ-800。

(3)预热工艺参数

将轧辊放入电炉里进行预热处理，预热按40℃/h升温速度升至395℃温度后，恒温保温12h。

(4)堆焊的主要工艺参数和热处理工艺参数见下表1

表1轧辊堆焊的主要工艺参数(直流反接)

堆焊尺寸要求：按轧制成品尺寸堆焊，各部位预留4～6mm的加工余量，确保后续成品车削加工。

(5)堆焊后热处理工艺参数

在台车式回火炉中进行堆焊后热处理，采用如下处理过程：按40℃/h升温速度升至450℃温度后，恒温保温3h；然后再以30℃/h升温速度升至510℃温度后，恒温保温4h；然后再以 20℃/h升温速度升至528℃温度后，恒温保温16h；最后以20℃/h降温速度将至室温。

(6)成品车削加工

按轧辊轧制成品的图纸进行车削加工。

(7)成品检验

对经成品加工合格的轧辊进行磁粉探伤检验，要求无未熔合、未焊透、裂纹、夹渣、气孔等缺陷，同时硬度检测在HRC53-56内。

(8)对检验合格的成品进行涂油、包装入库(或留轨梁待用、上机)；对检验不合格的拉回修复车间进行返修。

实施例二、BD1轧辊的修复

堆焊工艺如下：

(1)工艺流程

焊前车削处理→探伤检验→焊前预热处理→保温堆焊处理→堆焊后热处理→成品车削加工→成品检验→对合格成品涂油、包装入库或留轨梁待用、上机，对不合格的进行返修至合格。

(2)堆焊用材料

RQ-608牌号的焊丝，焊丝尺寸Ф3.2mm，配高碱度的惰性焊剂SJ-800。

(3)预热工艺参数

将轧辊放入电炉里进行预热处理，预热按25℃/h升温速度升至405℃温度后，恒温保温12h。

(4)堆焊的主要工艺参数和热处理工艺参数见下表2

表2轧辊堆焊的主要工艺参数(直流反接)

堆焊尺寸要求：按成品尺寸堆焊，各部位预留好加工余量，确保后续成品车削加工。

(5)堆焊后热处理工艺参数

在台车式回火炉中进行堆焊后热处理，采用如下处理过程：按30℃/h升温速度升至450℃温度后，恒温保温3h；然后再以20℃/h升温速度升至510℃温度后，恒温保温4h；然后再以 15℃/h升温速度升至532℃温度后，恒温保温16h；最后以15℃/h降温速度将至室温。

(6)成品车削加工

按轧辊轧制成品的图纸进行车削加工。

(7)成品检验

对经成品加工合格的轧辊进行磁粉探伤检验，要求无未熔合、未焊透、裂纹、夹渣、气孔等缺陷，同时硬度检测达HRC53-56为合格。

(8)对检验合格的成品进行涂油、包装入库(或留轨梁待用、上机)；对检验不合格的拉回修复车间进行返修。

Claims (10)

1.一种将轨梁开坯辊堆焊复合成半高速钢轧辊的方法，其特征在于：包括如下步骤：

(一)焊前车削处理

将轨梁开坯辊作为堆焊基体轧辊，将轧辊的需堆焊部位的疲劳层车削并清理干净，车削时在轧制成品孔型尺寸的基础上整体平移5-7mm进行车削，以为堆焊所形成的辊面工作层让出成型空间；

(二)探伤检验

对上步骤中车削处理后的轧辊进行探伤检验，探伤检验合格的产品进入后续步骤处理；

(三)预热处理

将上步骤中探伤合格的轧辊进行预热处理；

(四)堆焊处理

在完成预热后，将轧辊吊装至堆焊装置上安装好，然后进行堆焊以形成堆焊层作为辊面工作层，并且在辊面工作层的堆焊过程中预留车削加工余量；其中，堆焊所用的金属材料为半高速钢，并且所述半高速钢按照质量百分比的组分组成如下表所示：

C Mn Si Cr Ni Mo 0.5～0.66 1.2～1.9 0.8～1.2 5.7～7 0.6～1.2 1～1.5 V Nb Re P S Fe 0.1～0.5 2.5～4 2～3 ≤0.019 ≤0.01 余量

(五)堆焊后热处理

将堆焊处理后的轧辊进行热处理，以使堆焊层经热处理后的硬度为53-55HRC；

(六)成品车削

将热处理后的轧辊进行车削加工，以使堆焊层处对应的尺寸加工至设计尺寸，最终成为半高速钢轧辊成品。

2.如权利要求1所述的一种将轨梁开坯辊堆焊复合成半高速钢轧辊的方法，其特征在于：在步骤二中，探伤检验采用着色探伤和/或超声波探伤。

3.如权利要求1所述的一种将轨梁开坯辊堆焊复合成半高速钢轧辊的方法，其特征在于：在步骤三中，将轧辊放入电炉里进行预热处理，预热按≤50℃/h升温速度升至400±10℃温度后，恒温保温12h。

4.如权利要求1所述的一种将轨梁开坯辊堆焊复合成半高速钢轧辊的方法，其特征在于：在步骤四中，堆焊处理在保温罩内进行。

5.如权利要求1所述的一种将轨梁开坯辊堆焊复合成半高速钢轧辊的方法，其特征在于：所述轨梁开坯辊的材质为60CrNiMo或60CrMnMo的锻钢或铸钢。

6.如权利要求1所述的一种将轨梁开坯辊堆焊复合成半高速钢轧辊的方法，其特征在于：在步骤四中，堆焊处理采用埋弧自动堆焊。

7.如权利要求6所述的一种将轨梁开坯辊堆焊复合成半高速钢轧辊的方法，其特征在于：堆焊采用RQ-608牌号的焊丝配高碱度的惰性焊剂SJ-800。

8.如权利要求1所述的一种将轨梁开坯辊堆焊复合成半高速钢轧辊的方法，其特征在于：在步骤五中，堆焊后热处理采用如下处理过程：按≤50℃/h升温速度升至450±5℃温度后，恒温保温3h；然后再以≤30℃/h升温速度升至510±5℃温度后，恒温保温4h；然后再以≤20℃/h升温速度升至530±5℃温度后，恒温保温16h；最后以≤20℃/h降温速度将至室温。

9.如权利要求8所述的一种将轨梁开坯辊堆焊复合成半高速钢轧辊的方法，其特征在于：在步骤五中，堆焊后热处理在台车式回火炉中进行。

10.如权利要求1至9中任意一项所述的一种将轨梁开坯辊堆焊复合成半高速钢轧辊的方法，其特征在于：辊面工作层的厚度设置为5-7mm。

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