CN114799412B

CN114799412B - 一种连铸辊的堆焊方法

Info

Publication number: CN114799412B
Application number: CN202210623643.6A
Authority: CN
Inventors: 陈国光; 谢蕊; 田小锋
Original assignee: Changzhou Baoling Heavy and Industrial Machinery Co Ltd
Current assignee: Changzhou Baoling Heavy and Industrial Machinery Co Ltd
Priority date: 2022-06-02
Filing date: 2022-06-02
Publication date: 2023-08-29
Anticipated expiration: 2042-06-02
Also published as: CN114799412A

Abstract

本发明公开了一种连铸辊的堆焊方法，包括以下步骤：S1，堆焊前将连铸辊车削至Φ‑Xmm；S2，将步骤S1车削加工后的连铸辊预热至200‑250℃；S3，埋弧焊打底堆焊一层：采用430焊丝焊接，堆焊至Φ‑Ymm，熔敷后的Cr含量为9.5‑11.5％；S4，明弧焊盖面堆焊一层：采用414N‑0焊丝焊接，堆焊至Φ+Zmm，熔敷后的Cr含量为12.5‑13.5％。本发明具有降低成本的优点。

Description

一种连铸辊的堆焊方法

技术领域

本发明涉及堆焊技术领域，具体涉及一种连铸辊的堆焊方法。

背景技术

连铸辊是连铸机主要零部件，连铸辊使用工况极其恶劣，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。

湛江1650连铸，该项目连铸机是奥钢联PT技术，辊子结构形式为辊套式，要求采用414N-O明弧焊技术，堆焊厚度为4mm。技术文件编号为：C_VWB0_CB-M1000_SWV003(TSC4-TSNo.03/94/EN)。

该技术文件要求堆焊工艺如下：

1、堆焊前辊子车削至Φ-8mm，长度方向+20mm；

2、辊子预热至150-200℃；

3、采用明弧焊，Φ2.4mm焊丝，摆弧式焊接：

3.1、第一层：430-O，堆焊至Φ-3(即单边堆焊2.5mm)；

3.2、第二层：414N-0，堆焊至Φ+4mm(即单边堆焊3.5mm)

4、最后机加工至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。

公开号为CN112191990A公开了一种连铸辊的堆焊方法，其堆焊的过程如下：

S1，堆焊前将连铸辊车削至Φ-Xmm，X为9，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，A为6mm。

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，B为3mm。

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，Y为3-5mm。

虽然，上述堆焊工艺使整体堆焊层中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，满足了技术文件的要求。但是由于上述堆焊工艺需要堆焊三层，不但堆焊时间长，而且堆焊成本高。

发明内容

本发明提供一种用于降低成本的连铸辊的堆焊方法。

一种连铸辊的堆焊方法，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，埋弧焊打底堆焊一层：采用430焊丝焊接，堆焊至Φ-Ymm，熔敷后的Cr含量为9.5-11.5％；

S4，明弧焊盖面堆焊一层：采用414N-0焊丝焊接，堆焊至Φ+Zmm，熔敷后的Cr含量为12.5-13.5％；

其中，414N-0焊丝的成分为：

C：0.03-0.1％；N：0.05-0.12％；Ni：5-6.5％；Mn：0.8-1.8％；Cr：13-14.5％；Mo：0.3-1.2％；Si：0.5-1％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。

本发明的工艺思路为：

1)本发明无论是相对背景技术中的项目要求的堆焊工艺，还是相对在先公开的专利而言，均减小了打底层的厚度，降低了打底层的影响；

2)针对熔覆金属的稀释比例，设计现有414N-O面丝主要金属含量的比例，确保熔覆后得到技术评定目标。

本发明的主要创新如下：

1、采用了埋弧和明弧相结合的堆焊技术；

2、采用减少打底层厚度的方式降低了打底层Cr含量太低对盖面层特别是检验区的成分的影响；同步减少了堆焊层厚度，降低了生产成本。

3、收紧了面丝414N-O主要Cr元素的成分范围，确保评定区间内(辊子成品至成品面以下1.5mm范围)熔敷金属中Cr的含量更均匀，满足12.5-13.5％。采用了提高面丝414N-0主要Cr元素的含量的方式，确保评定要求：Cr：12.5-13.5％。

4、采用了合理堆焊工艺参数，稳定了面丝堆焊层的元素含量，从而使得表面层熔敷金属为含有0-9％铁素体的马氏体组织，降低开裂风险的前提下确保了辊子成品表面硬度。进而确保了辊子堆焊表面硬度。

与背景技术中的CN112191990A公开的两底一面的方法相比，采用本发明的方法堆焊的每连铸辊可以节省100-160元，一台连铸机机按42根连铸辊计算，每台连铸机可以至少降低4000元的成本。本公司每年按销售350台连铸机计算，每年可以降低成本为140万元以上。因此，采用本发明可以取得显著的经济效果。

附图说明

图1为堆焊有一底一面的连铸辊的示意图。

附图中的标记：连铸辊1，第一堆焊层2，第二堆焊层3。

具体实施方式

如图1所示，本发明的一种连铸辊的堆焊方法，包括以下步骤：

S1，堆焊前将连铸辊1车削至Φ-Xmm，其中Φ为连铸辊1车削加工前的直径；Φ为连铸辊1的外径，X为5-7mm，本实施例中，堆焊前连铸辊1车削至Φ-6mm，连铸辊1长度方向+20mm。

S2，将步骤S1车削加工后的连铸辊1预热至200-250℃；本实施例中，预热温度优先采用220-250℃。

S3，埋弧焊打底堆焊一层：采用430焊丝螺旋式焊接，堆焊至Φ-Ymm，熔敷后的Cr含量为9.5-11.5％；其中的Y为3-4mm，本实施例中采用埋弧焊打底，采用直径为Φ3.2mm的CY430焊丝，螺旋式焊接获得第一堆焊层2，堆焊至Φ-3mm，即单边堆焊1.5mm，Y的值优先采用3。

S4，明弧焊盖面堆焊一层：采用414N-0焊丝摆动式焊接，堆焊至Φ+Zmm，Z为3-5mm。熔敷后的Cr含量为12.5-13.5％。本实施例中，采用明弧焊，选用直径为Φ2.4mm的414N-0焊丝，摆动式焊接获得第二堆焊层3，堆焊至Φ+4mm，即Z的值优先采用4。将堆焊完之后的连铸辊1通过机加工去除多余的余量，使连铸辊的直径为Φ。

按照技术文件的工艺进行堆焊，盖面层熔敷金属是414N-0焊丝(Cr含量13％左右)经与打底层(Cr含量11％左右)熔合稀释以及堆焊过程中的烧损后形成，达不到要求的成品及表面以下1.5mm处的Cr含量在12.5％-13.5％的范围内。因此，本发明中，为了满足检验要求，从以下两个方面考虑改善检验区间内的化学成分：

(1)，减小了打底层的厚度，降低了打底层的影响；

(2)，针对熔覆金属的稀释比例，设计现有414N-O盖面焊丝主要金属含量的比例，确保熔覆后得到技术评定目标。

根据国标GB/17107，本发明中的连铸辊母材42CrMo成分如表1

表1

C	Si	Mn	Cr	Mo
					0.38-0.45	0.17-0.37	0.5-0.8	0.9-1.2	0.15-0.25

根据技术评定目标，本发明相对现有技术，主要在步骤S3和步骤S4中进行改进，其中：

在步骤S3中，采用将打底层改进为采用埋弧焊工艺，打底层只堆焊一层，即只有一层第一堆焊层2，这样，打底层的单边厚度从2.5mm降低到1.5mm左右；上述埋弧焊采用的430含Cr17％的铁素体型堆焊药芯焊丝(即430焊丝)的各元素质量百分比如表2：

表2

根据供方焊丝稳定性，可以优选Cr：16.5-18范围的品牌，降低过渡层Cr含量的波动范围。

采用表2所列的焊丝完成一层堆焊后，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3。

表3：堆焊层与42CrMo母材熔覆后成份表(厚度的单位为：mm)。

埋弧焊过渡层焊道稀释率按照50％，经过大量试验数据的统计分析与归纳总结，过渡层熔覆金属中Cr含量的计算方式可以参考：

42CrMo母材(0.9，1.2)％×(0.4，0.45)+430焊丝(16.5，18)％×(0.6，0.55)计算，判定430埋弧焊过渡层堆焊1.5mm后，熔覆金属中Cr含量范围为(9.5，11.5)％，即Cr含量为9.5-11.5％。

由于打底层Cr成分经稀释与烧损后含量从17％(焊丝)左右降至11％左右，如果采用标称Cr含量仅为13％左右的414N-0焊丝进行盖面堆，盖面堆焊层为一层时，面丝414N与打底后的430底丝熔敷金属成分均不稳定，无法满足Cr含量：12.5-13.5％。对此，本发明中重要的一个环节为，改进414N-O盖面焊丝，本发明中，采用的414N-0焊丝的成分为：

C：0.03-0.1％；N：0.05-0.12％；Ni：5-6.5％；Mn：0.8-1.8％；Cr：13-14.5％；Mo：0.3-1.2％；Si：0.5-1％。

上述414N-0焊丝成分中的Cr含量计算依据为：明弧焊盖面层焊道稀释率按照30-35％计算，盖面层熔敷金属Cr含量的计算如下：

根据：埋弧焊打底层之后的Cr含量(9.5，11.5)％×(0.3，0.35)+414N-0焊丝(A，B)％×(0.7，0.65)＝(12.5，13.5)；

计算出(A，B)为(13，15.6)％；

上面计算式中，A，B分别为414N-0焊丝中Cr含量的最小和最大值，另外，上式每个括号内的两个数值表示数值范围，例如(0.3，0.35)，表示0.3-0.35。

根据上述计算，表面Cr、Ni当量及δ铁素体约值：

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。

综合Cr当量的要求和焊丝供方产品区间精度，可以确定焊丝Cr成分最佳范围(13-14.5)％之间。

基于上述改进后的414N-0焊丝，本发明中选择了甲乙两个焊丝供应方，由于焊丝的成分本身存在波动问题，因此，每个焊丝供应方采用两种不同的配比，一共是4种配比的414N-0焊丝，具体如表4：

表4：两个焊丝供方4种配比的414N-0焊丝

供方	C	N	Ni	Mn	Cr	Mo	Si	Fe
									甲-1	0.041	0.053	4.75	0.713	13.6	0.43	0.53	Bal.
甲-2	0.063	0.05	4.67	0.9	13.67	0.66	0.69	Bal.
									乙-1	0.041	0.075	4.61	1.54	14.17	0.41	0.86	Bal.
乙-2	0.039	0.078	4.85	1.54	14.31	0.46	0.92	Bal.

上表中各焊丝的配方，余量中还含有不可避免的微量元素，微量元素包括Nb、V、Ti。将上表中的每一种配比的414N-0焊丝分别堆焊5个产品，对每个堆焊完成后的熔敷金属进行成分检测，具体如表5：

表5：成品检验

对采用表4中甲-1配比的414N-0焊丝堆焊后的5个成品及表面以下1.5mm进行检测，从表5中序号1-5体现出Cr含量的最大值为13.46，最小值为12.99，满足成品及表面以下1.5mm处的Cr含量在12.5％-13.5％的范围内。

对采用表4中甲-2配比的414N-0焊丝堆焊后的5个成品及表面以下1.5mm进行检测，从表5中序号6-10体现熔出Cr含量的最大值为13.40，最小值为12.7，满足成品及表面以下1.5mm处的Cr含量在12.5％-13.5％的范围内。

对采用表4中乙-1配比的414N-0焊丝堆焊后的5个成品及表面以下1.5mm进行检测，从表5中序号11-15体现熔出Cr含量的最大值为13.48，最小值为12.71，满足成品及表面以下1.5mm处的Cr含量在12.5％-13.5％的范围内。

对采用表4中乙-1配比的414N-0焊丝堆焊后的5个成品及表面以下1.5mm进行检测，从表5中序号16-20体现熔出Cr含量的最大值为13.21，最小值为12.51，满足成品及表面以下1.5mm处的Cr含量在12.5％-13.5％的范围内。

Claims

1.一种连铸辊的堆焊方法，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，X为5-7mm；

S2，将步骤S1车削加工后的连铸辊预热至200-250℃；

S3，埋弧焊打底堆焊一层：采用430焊丝焊接，堆焊至Φ-Ymm，Y为3-4mm，熔敷后的Cr含量为9.5-11.5%；

S4，明弧焊盖面堆焊一层：采用414N-0焊丝焊接，堆焊至Φ+Zmm，Z为3-5mm，熔敷后的Cr含量为12.5-13.5%；

其中，414N-0焊丝的成分为：

C：0.039-0.063%；N：0.05-0.078%；Ni：4.61-4.85%；Mn：0.713-1.54%；Cr：13.6-14.31%；Mo：0.43-0.66%；Si：0.53-0.92%，余量为Fe以及不可避免的微量元素；

明弧焊盖面层焊道稀释率按照30-35%计算，盖面层熔敷金属Cr含量的计算如下：

根据：埋弧焊打底层之后的Cr含量（9.5，11.5）%×（0.3，0.35）+414N-0焊丝（A，B）%×（0.7，0.65）=（12.5，13.5）；

计算出（A，B）为（13，15.6）%；

上面计算式中，A，B分别为414N-0焊丝中Cr含量的最小和最大值。

2.根据权利要求1所述的一种连铸辊的堆焊方法，其特征在于，414N-0焊丝的成分为：C：0.041%；N：0.053%；Ni：4.75%；Mn：0.713%；Cr：13.6%；Mo：0.43%；Si：0.53%，余量为Fe以及不可避免的微量元素。

3.根据权利要求1所述的一种连铸辊的堆焊方法，其特征在于，414N-0焊丝的成分为：C：0.063%；N：0.05%；Ni：4.67%；Mn：0.9%；Cr：13.67%；Mo：0.66%；Si：0.69%，余量为Fe以及不可避免的微量元素。

4.根据权利要求1所述的一种连铸辊的堆焊方法，其特征在于，414N-0焊丝的成分为：C：0.039%；N：0.078%；Ni：4.85%；Mn：1.54%；Cr：14.31%；Mo：0.46%；Si：0.92%，余量为Fe以及不可避免的微量元素。