CN112191990B - 连铸辊的堆焊方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种连铸辊的堆焊方法，S1，堆焊前将连铸辊车削至Φ‑Xmm，其中Φ为连铸辊车削加工前的直径。S2，将步骤S1车削加工后的连铸辊预热至200～250℃；S3，采用430含Cr17％的铁素体型堆焊药芯焊丝螺旋式焊接：在连铸辊的周面上进行埋弧堆焊形成第一堆焊层，使堆焊层的Cr含量为9.5‑11.5％；在第一堆焊层的周面上进行埋弧堆焊形成第二堆焊层后，使整体堆焊层的Cr元素含量为12‑13％；S4，采用含氮马氏体型堆焊药芯焊丝在第二打底层的周面上明弧堆焊形成第三堆焊层后，使整体堆焊层的Cr含量为12.5～13.5％。本发明具有使堆焊检验区内稳定化学成分和铁素体含量的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种连铸辊的堆焊方法。
背景技术
连铸辊是连铸机核心零部件，其使用工况极其恶劣，经常出现表面磨损和疲劳裂纹等缺陷，因此辊子的堆焊质量是确保连铸机能够连续运行的关键因素。
印度JSW DOLVI连铸项目是由奥钢联PT公司设计的，其中辊子结构形式为辊套式，要求采用430-0含Cr17％的铁素体型堆焊药芯焊丝和414N-0含氮马氏体型堆焊药芯焊丝进行明弧堆焊。其技术文件编号为：C_VWB0_CB-M1000_SWV003。
该技术文件要求堆焊工艺如下：
1、堆焊前先对辊子车削，车削前的辊子外径为Φ，车削后辊子的外径为Φ-8mm；
2、辊子进炉预热至200-250℃；
3、采用明弧焊，Φ2.4mm焊丝，摆弧式焊接：
3.1、第一层：采用430-O，含Cr17％的铁素体型堆焊药芯焊丝，堆焊后辊子外径为Φ-3mm(即单边堆焊2.5mm)；
3.2、第二层：采用含氮马氏体型堆焊药芯焊丝，堆焊至Φ+4mm(即单边堆焊3.5mm)；
4、最后机加工至辊子成品尺寸Φ。
根据技术文件的要求，评判堆焊辊子合格的依据如下：
1、堆焊辊成品表面至1.5mm处(检验区)，Cr含量：12.5–13.5％；
2、堆焊辊成品表面至1.5mm处δ-铁素体含量：0-9％；
3、堆焊辊表面硬度：44-50HRC。
然而，上述堆焊工艺存在如下问题：
1、由于焊丝成份的波动，打底层与母材的成分稀释，以及焊接过程中的烧损，技术要求堆焊辊子检验区内，Cr含量在12.5–13.5％范围内，由于该设计值相对比较窄，上述工艺难以将Cr的含量控制在12.5–13.5％范围内；
2、化学元素成分不稳定直接造成Cr当量和Ni当量难以合理控制，δ-铁素体含量往往超出0-9％的范围；
3、因为化学元素成分的不稳定造成检验区的马氏体组织含量不均匀稳定，表面硬度常会出现低于要求值44-50HRC。
因此，按照技术文件的工艺进行堆焊，盖面层熔敷金属是用含氮马氏体型堆焊药芯焊丝(Cr含量13％左右)经与打底层(Cr含量10-11％左右)熔合稀释以及堆焊过程中的烧损后形成，无法满足且能稳定在12.5％-13.5％的范围内，造成堆焊后的辊子不合格。
发明内容
本发明提供一种使堆焊检验区内稳定化学成分和铁素体含量的连铸辊的堆焊方法。
连铸辊的堆焊方法，包括以下步骤：
S1，堆焊前将连铸辊车削至Φ-Xmm，其中Φ为连铸辊车削加工前的直径。
S2，将步骤S1车削加工后的连铸辊预热至200～250℃；
S3，埋弧焊，采用430含Cr17％的铁素体型堆焊药芯焊丝，螺旋式焊接：
在连铸辊的周面上进行埋弧堆焊形成第一堆焊层，使堆焊层的Cr含量为9.5-11.5％，第一堆焊层的外径为Φ-Amm；
在第一堆焊层的周面上进行埋弧堆焊形成第二堆焊层后，使整体堆焊层的Cr元素含量为12-13％，第二堆焊层的外径为Φ-Bmm；
S4，采用含氮马氏体型堆焊药芯焊丝在第二打底层的周面上明弧堆焊形成第三堆焊层后，使整体堆焊层的Cr含量为12.5～13.5％，第三堆焊层的外径为Φ+Ymm。
本发明的优点为：
1、采用了两层430含Cr17％的铁素体型堆焊药芯焊丝并结合埋弧堆放焊打底的工艺，为行业首创并取得满意的试验结论；
2、通过堆焊两层Cr17％的铁素体型堆焊药芯焊丝底丝的工艺，很好地控制了母材对堆焊层成分的稀释影响；
3、根据埋弧焊和明弧焊的特点，设计成品堆焊厚度单边增加0.5mm，使得检验区域都落在面丝的熔敷层内，检验区的成分更趋稳定；
4、采用了两底一面堆焊技术，很好地稳定了检验区间内各元素的含量，使得检验区内δ铁素体的含量和辊子成品表面硬度都完美地达到技术要求的规定。
5、通过上述方法使整体堆焊层中Cr的含量控制在12.5～13.5％，同时也使堆焊层化学元素稳定以及Ni当量难得到合理控制，使检验区的马氏体组织含量均匀稳定，δ-铁素体含量在0-9％的范围，表面硬度达到44-50HRC，从而满足技术文件的要求。
附图说明
图1为堆焊有两底一面的连铸辊的示意图。
具体实施方式
本发明的连铸辊的堆焊方法，包括以下步骤：
S1，堆焊前将连铸辊车削至Φ-Xmm，其中Φ为连铸辊车削加工前的直径。X1的值优先采用9，例如，连铸辊的直径为200mm，即Φ为200，堆焊前将连铸辊车削，使连铸辊的直径为191mm。连铸辊的材质为42CrMo。
S2，将步骤S1车削加工后的连铸辊预热至200～250℃，预热的温度可以为210～250℃，预热温度优先采用250℃。
S3，埋弧焊，采用430含Cr17％的铁素体型堆焊药芯焊丝螺旋式焊接：
在连铸辊的周面上进行埋弧堆焊形成第一堆焊层1，使堆焊层的Cr含量为9.5-11.5％，第一堆焊层1的外径为Φ-Amm，A的值优先采用6。上述Φ值为200，第一堆焊层1完成后，第一堆焊层1的外径为194mm，相对车削后的连铸辊而言，外径增加了3mm，因此，单边焊接的厚度为1.5mm。
在第一堆焊层1的周面上进行埋弧堆焊形成第二堆焊层2后，使整体堆焊层的Cr元素含量为12-13％，第二堆焊层的外径为Φ-Bmm，B的值优先采用3。上述Φ值为200，第二堆焊层2完成后，第二堆焊层2的直径为197mm，相对堆完第一堆焊层1而言，外径增加了3mm，因此，单边焊接的厚度为1.5mm。
上述埋弧焊优先采用直径为3.2mm的焊丝。
实践证明，母材对打底层熔敷金属稀释率过高，影响到堆焊层成分、组织和硬度的达标，打底焊丝堆焊一层并不能达到理想的阻止母材金属影响堆焊层金属成分的目的，故考虑在此基础上再堆焊一层底丝，即堆焊第二堆焊层2。
检验区间的主要元素含量在满足技术要求的同时应尽量靠近的公称含量，因此考虑通过工艺设计将检验区间完全落在含氮马氏体型堆焊药芯焊丝堆焊区间内。
针对堆焊层数的要求，故设计成品的堆焊厚度与现有技术相比增加单边0.5mm，430焊丝也均采用堆焊厚度仅为1.5mm/层的埋弧焊，通过二层铁素体型堆焊药芯焊丝底丝结合埋弧堆焊技术，使Cr含量得到适度提升，接近或达到产品Cr含量的评定目标范围，以达到稳定检验区间各元素成分的目的。
上述两层埋弧焊采用的430含Cr17％的铁素体型堆焊药芯焊丝的成份如表1：
表1：(焊丝中含有除下表元素外，其余为Fe；各元素按质量百分比计算)
采用表1所列的焊丝完成两层堆焊后，经检验，对每次形成的整体堆焊层与42CrMo母材(连铸辊)熔覆后各元素及含量如表2。
表2：第一堆焊层以及第二堆焊层与42CrMo母材熔覆后成份表(厚度的单位为：mm)。
| 焊丝供方 | C | Mn | Si | Mo | Cr | Ni | 堆焊层数说明 |
| 甲 | 0.23 | 0.91 | 0.42 | 0.12 | 10.44 | 0.07 | 第一堆焊层，厚度1.5 |
| 甲 | 0.21 | 0.97 | 0.51 | 0.12 | 11.49 | 0.08 | 第一堆焊层，厚度1.5 |
| 乙 | 0.22 | 1.12 | 0.5 | 0.55 | 11.5 | 0.06 | 第一堆焊层，厚度1.5 |
| 乙 | 0.2 | 1.04 | 0.6 | 0.45 | 10.9 | 0.09 | 第一堆焊层，厚度1.5 |
| 丙 | 0.21 | 1.15 | 0.34 | 0.13 | 10.49 | 0.08 | 第一堆焊层，厚度1.5 |
| 丙 | 0.19 | 1.2 | 0.45 | 0.15 | 9.92 | 0.075 | 第一堆焊层，厚度1.5 |
| 甲 | 0.102 | 0.9 | 0.69 | 0.09 | 12.76 | 0.11 | 第二堆焊层，厚度1.5 |
| 甲 | 0.096 | 0.85 | 0.59 | 0.1 | 12.51 | 0.11 | 第二堆焊层，厚度1.5 |
| 乙 | 0.098 | 0.86 | 0.62 | 0.3 | 12.91 | 0.08 | 第二堆焊层，厚度1.5 |
| 乙 | 0.104 | 0.8 | 0.65 | 0.25 | 12.16 | 0.07 | 第二堆焊层，厚度1.5 |
| 丙 | 0.101 | 0.8 | 0.67 | 0.12 | 12.59 | 0.12 | 第二堆焊层，厚度1.5 |
| 丙 | 0.09 | 0.81 | 0.62 | 0.1 | 12.11 | 0.13 | 第二堆焊层，厚度1.5 |
表3成品表面光谱成分检测结果
| 序 | C | Si | Mn | Ni | Cr | Mo | N | Nb | Ti |
| 1 | 0.057 | 0.87 | 1.57 | 3.37 | 13.49 | 0.42 | 0.056 | 0.03 | 0.11 |
| 2 | 0.04 | 0.87 | 1.64 | 4.06 | 13.16 | 0.47 | 0.06 | 0.043 | 0.13 |
| 3 | 0.05 | 0.84 | 1.53 | 3.75 | 13.07 | 0.42 | 0.05 | 0.036 | 0.13 |
| 4 | 0.062 | 0.84 | 1.59 | 3.36 | 13.14 | 0.43 | 0.053 | 0.038 | 0.15 |
| 5 | 0.061 | 0.86 | 1.67 | 3.64 | 13.49 | 0.43 | 0.054 | 0.03 | 0.11 |
| 6 | 0.066 | 0.84 | 1.56 | 3.56 | 13.25 | 0.41 | 0.062 | 0.035 | 0.12 |
| 7 | 0.65 | 0.82 | 1.54 | 3.28 | 12.74 | 0.56 | 0.047 | 0.038 | 0.13 |
| 8 | 0.063 | 0.86 | 1.61 | 3.85 | 12.94 | 0.52 | 0.055 | 0.042 | 0.15 |
根据表3的检测结果，表面Cr、Ni当量及δ铁素体约值计算式如下：
Ni-equivalent＝％Ni+30×(％C+％N)+0.5×％Mn；
Cr-equivalent＝％Cr+％Mo+1.5×％Si+0.5×％Nb+2.0×％Ti；
Ni-equivalent表示Ni当量，Cr-equivalent表示Cr当量。
计算结果如表4
表4(表面Cr、Ni当量及δ铁素体约值)
| 序 | Cr当量 | Ni当量 | δ铁素体约值 |
| 1 | 15.45 | 7.55 | 3.9％ |
| 2 | 15.22 | 8.06 | 2.4％ |
| 3 | 15.03 | 7.52 | 4.8％ |
| 4 | 15.15 | 7.61 | 4.9％ |
| 5 | 15.45 | 7.93 | 4.5％ |
| 6 | 15.18 | 8.18 | 0％ |
| 7 | 14.81 | 7.41 | 5％ |
| 8 | 15.07 | 8.20 | 0％ |
S4，采用含氮马氏体型堆焊药芯焊丝在第二堆焊层的周面上明弧堆焊形成第三堆焊层3后，使整体堆焊层的Cr含量为12.5～13.5％，第三堆焊层3的外径为Φ+Ymm；Y的值优先采用4。上述Φ值为200，第三堆焊层3完成后，第三堆焊层3的直径为204mm，相对堆完的第二堆焊层3而言，外径增加了4mm，因此，单边堆焊的厚度为3.5mm。
上述明弧焊优先采用直径为2.4mm的焊丝。
在二层铁素体型堆焊药芯焊丝的基础上，进行含氮马氏体型堆焊药芯焊丝结合明弧堆焊，实现Cr稳定在12.5％-13.5％的范围。
S5，最后将第三堆焊层3切削加工至外径为Φ。
本发明的工艺改进的原理和思路：经生产实践证明，明弧焊的理想堆焊厚度为单边2.5-3.5mm；埋弧焊堆焊最合适的厚度为单边1.5-2.0mm左右。原工艺打底层熔敷金属是底丝430-0铁素体型堆焊药芯焊丝(Cr含量17％左右)熔化后与熔融母材42CrMo(Cr含量仅为1％左右)的混合物，Cr成分经稀释与烧损后含量从17％(焊丝)左右降至9.5-11.5％左右；414N-0含氮马氏体型堆焊药芯焊丝的Cr公称含量仅为13％左右；堆焊层在三层以内时，堆焊层的熔敷金属成分由于焊材本身制作的波动，各相邻层之间成分交互影响。而δ铁素体组织的含量直接受化学元素的影响，表面硬度由熔敷金属组织决定，因此控制检验区熔敷金属的主要元素含量为本次工艺改进的关键。
本发明根据焊丝制作工艺能力和熔覆稀释率，设定面丝Cr含量略高于产品技术评定要求，实现熔覆后稳定的目标值；该工艺可稳定实现奥钢联PT明弧焊堆焊标准型4mm和增厚型5mm(通过堆焊二层含氮马氏体型堆焊药芯焊丝，评定目标在表面及表面下2.5mm)、增厚型6mm(通过堆焊二层含氮马氏体型堆焊药芯焊丝，评定目标在表面及表面下3.5mm)的评定目标。
对多支成品进行检测，结果是，Cr的含量分别为：13.49％，13.16％，13.07％，13.14％，13.49％，13.25％，12.74％，12.94％，表面硬度分别为：44.7HRC，45.3HRC，45.2HRC，45.5HRC，44.9HRC，45HRC，46.8HRC，47HRC；δ-铁素体分别为：3.9％，2.9％，4.8％，4.9％，4.8％，0％，5％，0％。通过该检测结果可以得出，Cr的含量满足文件要求的范围，即12.5％-13.5％；表面硬度在44-50HRC的要求范围内，δ-铁素体含量也在0-9％的要求范围，满足技术文件的要求。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用于限定本发明的范围，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下做出的等同变化与修改，均应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.连铸辊的堆焊方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，堆焊前将连铸辊车削至Φ-Xmm，其中Φ为连铸辊车削加工前的直径；
S2，将步骤S1车削加工后的连铸辊预热至200～250℃；
S3，埋弧焊，采用430含Cr17%的铁素体型堆焊药芯焊丝螺旋式焊接：
在连铸辊的周面上进行埋弧堆焊形成第一堆焊层，使堆焊层的Cr含量为9.5-11.5%，第一堆焊层的外径为Φ- Amm；所述焊丝的成分按质量百分比计算为：C：0.02-0.08%，Mn：0.7-1.5%，Si：0.2-0.8，Mo：0-0.8，Cr：16.5-19，其余为Fe；
在第一堆焊层的周面上进行埋弧堆焊形成第二堆焊层后，使整体堆焊层的Cr元素含量为12-13%，第二堆焊层的外径为Φ- Bmm；
S4，采用含氮马氏体型堆焊药芯焊丝在第二打底层的周面上明弧堆焊形成第三堆焊层后，使整体堆焊层的Cr含量为12.5～13.5%，第三堆焊层的外径为Φ+Ymm。
2.根据权利要求1所述的连铸辊的堆焊方法，其特征在于，所述的堆焊方法在完成第一堆焊层后，使堆焊层中的以下元素的含量为：
C：0.15～0.25%；
Mn：0.8～1.2%；
Si：0.3～0.6%；
Mo：0.1～0.6%；
Ni：0.05～0.15%。
3.根据权利要求1所述的连铸辊的堆焊方法，其特征在于，所述的堆焊方法在完成第二堆焊层后，使整体堆焊层中的以下元素的含量为：
C：0.08～0.15%；
Mn：0.8～1.2%；
Si：0.3～0.8%；
Mo：0.1～0.6%；
Ni：0.05～0.2%。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的连铸辊的堆焊方法，其特征在于，堆焊第一堆焊层和第二堆焊层的焊丝中包含的元素及含量为：
C：0.02～0.08%；
Mn：0.7～1.5%；
Si：0.2～0.8%；
Mo：0～0.8%；
Cr：16.5～19%；
其余为Fe。
5.根据权利要求1至3任意一项所述的连铸辊的堆焊方法，其特征在于，所述X的值为9，A的值为6，B的值为3。
6.根据权利要求1至3任意一项所述的连铸辊的堆焊方法，其特征在于，所述Y的值为4。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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