CN112570980A - 一种310乙字钢轧辊的修复强化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种310乙字钢轧辊的修复强化方法，包括以下步骤：S1.焊前处理：对于轧辊的需堆焊部位进行车削，然后进行探伤检验，探伤合格后再进行预热处理；其中，轧辊为尺寸大于有效使用尺寸的轧辊或尺寸小于有效使用尺寸的轧辊；对于尺寸大于有效使用尺寸的轧辊直接进行焊前处理；对于尺寸小于有效使用尺寸的轧辊使用与其匹配的焊接材料焊接至至大于有效使用尺寸，然后再进行焊前处理；S2.对经S1处理后的轧辊进行堆焊以形成堆焊层作为辊面工作层，该过程预留车削加工余量；S3.对经S2处理后的轧辊进行焊后热处理，冷却后车削，即可。本发明有效降低辊耗，提高单次轧制量，减少换辊次数，大幅降低吨钢成本。
Description
技术领域
本发明属于轧辊修复强化技术领域，尤其涉及一种310乙字钢轧辊的修复强化方法。
背景技术
310乙字钢属于异型型钢，主要用于制造铁路车辆，该产品断面复杂，因“乙”字形状而得名，由长腿、短腿和腰组成，特点是长腿长而薄、短腿短而厚、腰薄而高，三部分差异巨大，在轧制过程中不均匀变形极其严重，是较难开发的型钢产品，轧制难度也大；同时，对孔型设计的要求也高。
国内钢厂在轧制310乙字钢时，不仅辊耗高、成本高，而且单次轧制量低，换辊频繁。以二架轧机的BD2轧辊为例，材质为60CrMnMo的锻钢，有三个孔型。一套新辊的不含税价约76万元，从最大直径用至最小直径重车可用7次，单边的有效厚度75mm，从上限尺寸用至下线尺寸时报废，不能再上机使用；为提高单次轧制量，有的钢厂每重车一次，就对过钢部位进行激光相变强化一次，每次处理的不含税价约3万元，这样可用12次，单次上机轧制量为1500吨，其吨钢成本约62.22元/吨(不含税价)。因轧辊的红硬性差、耐磨性差，每次上机的轧制量不高，钢厂仍需要购买大量的新辊，资金压力巨大。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述现有技术中存在的问题，提供一种310乙字钢轧辊的修复强化方法。
本发明采用的技术方案如下：
一种310乙字钢轧辊的修复强化方法，包括以下步骤：
S1.焊前处理：对于轧辊的需堆焊部位的疲劳层车削并清理干净，然后进行探伤检验，探伤合格后再进行预热处理；
其中，轧辊为尺寸大于有效使用尺寸上限的轧辊或尺寸小于有效使用尺寸下限的轧辊；对于尺寸大于有效使用尺寸下限的轧辊直接进行焊前处理；对于尺寸小于有效使用尺寸下限的轧辊使用与其匹配的焊接材料焊接至大于有效使用尺寸下限，然后再进行焊前处理；
S2.对经S1处理后的轧辊进行堆焊以形成堆焊层作为辊面工作层，该过程预留车削加工余量；
S3.对经S2处理后的轧辊进行焊后热处理，冷却后车削，即可。
本发明通过将310乙字钢轧辊采用堆焊技术对其进行修复强化，每次修复后的有效工作层厚度为9mm；在使用时上机共三次；在第一次上机结束后，经修磨后重新上机；在第二次上机结束后，又修磨一次，之后再上机一次。第三次上机结束后，进行下一次的修复强化。这是对于该轧辊在其有效尺寸范围内的轧辊的方法。而对于原使用至报废尺寸(即最小使用尺寸)以下的，则要通过焊接至尺寸恢复至报废尺寸以上后，再按前述方法进行修复强化。
进一步地，焊前车削具体为：对于未达到尺寸要求的，在成品孔型尺寸的基础上，沿过钢部位的垂直方向平移8.5-9mm，让出工作层的堆焊成型厚度，以作为堆焊辊面的工作层；对已达到尺寸要求的，将疲劳层车削并清理干净。
进一步地，对于尺寸大于有效使用尺寸下限的轧辊，预热按照≤50℃/h的升温速度升温至340-360℃，保温12h。
进一步地，对于尺寸小于有效使用尺寸下限的轧辊，预热按照≤50℃/h的升温速度升温至300-350℃，保温12h。
进一步地，轧辊为BD2轧辊，材质为60CrMnMo的锻钢；焊接材料为Multipass108焊丝和焊剂HJ260。
进一步地，堆焊材料熔敷金属包括C：0.3-0.4wt％，Mn：1.5-2.2wt％，Si：0.6-1.3wt％，Cr：5.0-6.2wt％，Mo：0.9-1.5wt％，Ni：0.5-1.2wt％，V：0.1-0.5wt％，W:2.5-3.5wt％，Re:2.5wt％，余量为Fe。
进一步地，堆焊采用YD-609焊丝和高碱度的惰性焊剂SJ-800-1，不需堆焊过渡层。
进一步地，对于尺寸大于有效使用尺寸下限的轧辊，焊后热处理以≤30℃/h升温速度升温并均温至555-565℃温度，保温16h。
进一步地，对于尺寸小于有效使用尺寸下限的轧辊，焊后热处理以≤30℃/h升温速度升温并均温至520-530℃温度，保温12h。
进一步地，辊面工作层的单边有效厚度为8.5-9mm。
进一步地，堆焊采用埋弧自动堆焊。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明中的堆焊修复强化方式采用埋弧自动焊，操作人员易掌握，堆焊效率高；
2、按照本发明堆焊修复强化的310乙字钢轧辊，堆焊工作层金属具有不粘氧化皮、起肌瘤时间晚且肌瘤小、修磨量少、轧制量高等优点；
3、按照本发明堆焊修复强化的310乙字钢轧辊，工作层可直接在基体轧辊上进行堆焊；且堆焊工作层只需保证8.5-9mm的厚度，整体堆焊量少，所用的堆焊材料少，且修复时间短，节省了大量的能源费用；对于在报废尺寸以下的且基体良好的轧辊可用对应匹配的材料进行尺寸恢复，之后进行修复强化处理；每修复强化一次，上机使用三次，即实现“修一用三”。
4、按照本发明堆焊修复强化的310乙字钢轧辊，其单次上机轧制量达3000吨及以上，较原轧制量提高了一倍，同比换辊次数减少一次；也节省了换辊所消耗的备品备件、辅助物资和人工；
5、按照本发明堆焊修复强化的310乙字钢轧辊，可在有效工作尺寸内的对任一辊径进行修复，每次下机后，只需进行相应的车削去除疲劳层，即可按原工艺进行堆焊修复；基体轧辊可重复多次修复强化，使用基体良好的旧辊，大大减少新辊的购买，大大降低辊耗成本；
6、本发明由于堆焊修复强化方式相对简单、便捷、工期短，因此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修复强化，只要有需要即可进行修复强化，有效提高轧制效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为310乙字钢BD2轧辊孔型示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
一种310乙字钢轧辊的修复强化方法，是将在有效尺寸在工作范围内的310乙字钢轧辊，通过对其按所选堆焊材料进行堆焊强化后上机使用；而对于使用至报废尺寸以下的轧辊先进行尺寸恢复，使其最小使用尺寸满足在轧辊的有效尺寸范围内，再进行修复强化，从而实现轧辊进行重复利用。不失一般性，以二架轧机的BD2轧辊为例，BD2轧辊的材质通常为60CrMnMo的锻钢；具体步骤如下：
(一)焊前车削处理
将310乙字钢BD2轧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9mm进行车削；
通过对需堆焊部位的疲劳层进行车削清理，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9mm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9mm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；
确保用于堆焊的基体轧辊自身没有影响轧辊使用的缺陷，以确保堆焊后的产品的质量。
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；
该步骤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材料的有效附着，进而确保堆焊后的结合强度，保证堆焊效果。
对于预热的具体处理可将轧辊放入电炉里进行。
(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，然后进行堆焊以进行尺寸补焊或者是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，车削加工余量可预留单边4-7mm，这是基于腰部尺寸大，为斜面，加大车削余量防止因堆焊不平整产生局部缺肉而影响成品尺寸，这与堆焊操作的技能和经验有关。
堆焊材料熔敷金属包括C：0.3-0.4wt％，Mn：1.5-2.2wt％，Si：0.6-1.3wt％，Cr：5.0-6.2wt％，Mo：0.9-1.5wt％，Ni：0.5-1.2wt％，V：0.1-0.5wt％，W:2.5－3.5wt％，Re:2.5wt％，余量为Fe。
通过采用堆焊，工作层金属有很好的红硬性、耐磨性、抗冲击能力强等优点，可有效地提高轧辊的轧制量，并提高使用寿命。
堆焊处理的过程于设置的专用保温罩中进行，以确保轧辊在堆焊过程的温度满足工艺对层间温度的要求，确保堆焊的质量。不失一般性，且为便于轧辊进出，保温罩设置为可拆卸的结构。
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设置9mm即可，相应的在步骤车削的过程中，需要在轧制成品孔型尺寸的基础上整体平移9mm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。实际堆焊的厚度略大于辊面工作层的设计要求厚度。
(五)堆焊后热处理
堆焊结束后立即吊装入炉，热处理之后炉冷至50℃出炉；之后，车削加工成具有修复强化所要求的成型空间。
焊后热处理的主要目的是消除应力、调整组织和硬度。焊前尺寸恢复的辊面硬度为28-32HRC；堆焊后使用工作层的硬度为55-58HRC。
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
为了确保轧辊的质量，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。
本发明有效降低了辊耗，提高了轧机作业率，提高单次轧制量，减少换辊次数，大幅降低吨钢成本。经本发明方法修复强化后的一对轧辊费用约23.2万元(为新辊费用的30.53％)，每修复一次上机使用三次，重车3次，每次的轧制量高于3190吨，累计超过9500吨，吨钢成本24.42元，降幅达60.75％。经两次修复强化的该轧辊，总轧制量高于原一套新辊加激光相变强化的水平，节省轧辊费用65.6万元(不含税价)，同时每次修复强化使用结束后，可按进行下一次的修复强化，因此只要有足够的在线使用或基体良好的旧辊，可不用购买新辊，直接经济效益和社会效益明显。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本发明较佳的实施例提供一种尺寸小于有效使用尺寸的310乙字钢BD2轧辊的修复强化方法，具体步骤如下：
(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→半成品检验→对合格的半成品进行修复强化，对不合格的进行返修至合格。
(2)堆焊用材料
焊丝：Multipass108(Ф3.2mm)
焊剂：HJ260。
(3)预热工艺参数
将轧辊放入专用电炉里进行预热处理，预热按≤50℃/h升温速度升至325±25℃温度(辊面温度)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
堆焊尺寸要求：按轧制半成品尺寸堆焊，各部位预留4～6mm的加工余量，确保后续半成品车削加工后达其最小有效尺寸以上。
(5)堆焊后热处理工艺参数
堆焊结束后立即吊装入炉，以≤30℃/h升温速度升温并均温至522℃温度后，恒温保温12h；之后炉冷至50℃出炉。
(6)半成品车削加工
对于经补焊后达在有效尺寸范围的310乙字钢BD2轧辊，将其作为堆焊基体轧辊，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9mm进行车削，以为堆焊所形成的辊面工作层让出成型空间。之后作为修复强化轧辊的基体。
(7)半成品检验
对经半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HRC26-32内。
(8)对检验合格的半成品进行按修复修复强化的方法进行处理。
实施例2
本发明较佳的实施例提供一种尺寸大于有效使用尺寸的310乙字钢BD2轧辊的修复强化方法，具体步骤如下：
(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、包装入库或送送修单位待用、上机，对不合格的进行返修至合格。
(2)堆焊用材料
焊丝：YD-609(Ф3.2mm)
焊剂：SJ-800-1。
(3)预热工艺参数
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350℃温度(辊面温度)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
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：
堆焊结束后立即吊装入炉，以≤30℃/h升温速度升温并均温至560℃温度后，恒温保温16h；之后炉冷至50℃出炉。
(6)成品车削加工
按轧辊轧制成品的孔型图纸进行车削加工。
(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HRC55-58为合格。
(8)对检验合格的成品进行涂油、包装入库(或待用、上机)；对检验不合格的拉回修复车间进行返修。
本发明中堆焊采用YD-609牌号的焊丝，可从四川国鑫机械制造有限公司获得；配高碱度的惰性焊剂SJ-800，可从山东泰山阳光焊接材料有限公司获得。堆焊采用进行尺寸恢复的Multipass108牌号的焊丝可从肯纳司太立金属(上海)有限公司获得；HJ260焊剂可从国内相关焊剂厂获得。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种310乙字钢轧辊的修复强化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.焊前处理：对于轧辊的需堆焊部位的疲劳层车削并清理干净，然后进行探伤检验，探伤合格后再进行预热处理；
其中，轧辊为尺寸大于有效使用尺寸下限的轧辊或尺寸小于有效使用尺寸下限的轧辊；对于尺寸大于有效使用尺寸下限的轧辊直接进行焊前处理；对于尺寸小于有效使用尺寸下限的轧辊使用与其匹配的焊接材料焊接至大于有效使用尺寸下限，然后再进行焊前处理；
S2.对经S1处理后的轧辊进行堆焊以形成堆焊层作为辊面工作层，该过程预留车削加工余量；
S3.对经S2处理后的轧辊进行焊后热处理，冷却后车削，即可。
2.根据权利要求1所述的310乙字钢轧辊的修复强化方法，其特征在于，焊前车削具体为：对于未达到尺寸要求的，在成品孔型尺寸的基础上，沿过钢部位的垂直方向平移8.5-9mm，让出工作层的堆焊成型厚度，以作为堆焊辊面的工作层；对已达到尺寸要求的，将疲劳层车削并清理干净。
3.根据权利要求1所述的310乙字钢轧辊的修复强化方法，其特征在于，对于尺寸大于有效使用尺寸下限的轧辊，预热按照≤50℃/h的升温速度升温至340-360℃，保温12h。
4.根据权利要求1所述的310乙字钢轧辊的修复强化方法，其特征在于，对于尺寸小于有效使用尺寸下限的轧辊，预热按照≤50℃/h的升温速度升温至300-350℃，保温12h。
5.根据权利要求1所述的310乙字钢轧辊的修复强化方法，其特征在于，所述轧辊为BD2轧辊；所述焊接材料为Multipass108焊丝和焊剂HJ260。
6.根据权利要求1所述的310乙字钢轧辊的修复强化方法，其特征在于，所述堆焊材料熔敷金属包括C：0.3-0.4wt％，Mn：1.5-2.2wt％，Si：0.6-1.3wt％，Cr：5.0-6.2wt％，Mo：0.9-1.5wt％，Ni：0.5-1.2wt％，V：0.1-0.5wt％，W:2.5-3.5wt％，Re:2.5wt％，余量为Fe。
7.根据权利要求6所述的310乙字钢轧辊的修复强化方法，其特征在于，堆焊采用YD-609焊丝和高碱度的惰性焊剂SJ-800-1。
8.根据权利要求1所述的310乙字钢轧辊的修复强化方法，其特征在于，对于尺寸大于有效使用尺寸下限的轧辊，焊后热处理以≤30℃/h升温速度升温并均温至555-565℃温度，保温16h。
9.根据权利要求1所述的310乙字钢轧辊的修复强化方法，其特征在于，对于尺寸小于有效使用尺寸下限的轧辊，焊后热处理以≤30℃/h升温速度升温并均温至520-530℃温度，保温12h。
10.根据权利要求1所述的310乙字钢轧辊的修复强化方法，其特征在于，所述辊面工作层的单边有效厚度为8.5-9mm。
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