RU2083342C1

RU2083342C1 - Method of repair by welding

Info

Publication number: RU2083342C1
Application number: RU94042031A
Authority: RU
Inventors: В.В. Ветер; Г.А. Белкин; А.Н. Корышев
Original assignee: Акционерное общество "Новолипецкий металлургический комбинат"; Научно-производственное предприятие "Валок"
Priority date: 1994-11-23
Filing date: 1994-11-23
Publication date: 1997-07-10
Also published as: RU94042031A

Abstract

FIELD: mechanical engineering; repair and reconditioning of parts exposed to cyclic thermomechanical loads. SUBSTANCE: welded on section consists of two layers in height: inner donor layer made of high alloyed steel and outer, wear-resistant layer made of alloyed steel. Summary content of alloying elements in donor layer exceeds summary content of alloying elements in wear-resistant layer in 1.97-16.70 times and thickness of outer wear-resistant layer is 0.3-4.3 of inner donor layer. EFFECT: increased strength of reconditioned parts owing to increased wear resistance. 2 cl, 32 dwg, 3 tbl

Description

Изобретение относится к ремонту сваркой и может быть использовано при восстановлении деталей, преимущественно металлургического производства. The invention relates to repair by welding and can be used in the restoration of parts, mainly metallurgical production.

Известен способ ремонта прокатных валков, включающий удаление дефектов, наплавку износостойкого слоя с последующей термической и механической обработками бочки валка [1] Основным недостатком известного способа является низкая стойкость восстановленного валка вследствие того, что наплавленные слои выполнены одним и тем же материалом по всей высоте (ПП-3Х2В8, ПП-15Х4В3Ф и др.). A known method of repair of rolling rolls, including the removal of defects, surfacing of a wear-resistant layer with subsequent thermal and mechanical treatments of the roll barrel [1] The main disadvantage of this method is the low resistance of the restored roll due to the fact that the deposited layers are made of the same material over the entire height (PP -3X2V8, PP-15X4V3F, etc.).

Известен способ ремонта, включающий механическое удаление дефектов, электродуговую наплавку бандажа с применением легирующего флюса ЖСН-5 и низколегированных сварочных проволок Св-08А, Св-08ГА, Нп-30ХГСА с последующей термической и механической обработками бочки валка [2] В известном техническом решении поставлена цель с помощью сварки и последующей термической обработки валка повысить его долговечность. Причем подслой выполняется из Св-08А под обыкновенным флюсом (АН-348А), а последующие слои по высоте бандажа выполнены низколегированными проволоками под легирующим флюсом ЖСН-5. A known repair method, including mechanical removal of defects, electric arc welding of the bandage using alloying flux ZhSN-5 and low-alloyed welding wires Sv-08A, Sv-08GA, Np-30KhGSA with subsequent thermal and mechanical processing of the roll barrel [2] In a well-known technical solution delivered the goal of welding and subsequent heat treatment of the roll to increase its durability. Moreover, the sublayer is made of Sv-08A under an ordinary flux (AN-348A), and the subsequent layers along the height of the band are made of low-alloy wires under the alloying flux ZhSN-5.

Основным недостатком указанного технического решения являются низкая эксплуатационная долговечность валка из-за повышенного износа бандажа, что приводит к частым перевалкам, вынужденным простоям стана и снижению его производительности. The main disadvantage of this technical solution is the low operational durability of the roll due to increased wear of the bandage, which leads to frequent transshipments, forced downtime of the mill and a decrease in its productivity.

Известен способ восстановления прокатных валков, включающий механическое удаление дефектного слоя, многослойную наплавку и последующие термические и механические обработки [3] Указанный способ наиболее близок к предложенному по технической сущности и достигаемому результату. Недостатком известного способа является невысокая стойкость восстановленных по данной технологии деталей. A known method of restoring rolling rolls, including mechanical removal of the defective layer, multilayer surfacing and subsequent thermal and mechanical treatments [3] This method is closest to the proposed technical essence and the achieved result. The disadvantage of this method is the low durability of the parts restored by this technology.

Цель изобретения состоит в повышении стойкости восстановленных деталей за счет повышения износостойкости. The purpose of the invention is to increase the durability of the restored parts by increasing wear resistance.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе наплавленный участок по своей высоте состоит из двух слоев внутреннего донорского, выполненного из высоколегированной стали, и наружного износостойкого, выполненного из легированной стали, причем суммарное содержание легирующих элементов донорского слоя превышает суммарное содержание легирующих элементов износостойкого слоя в 1,97 16,70 раз. При этом толщина наружного износостойкого слоя составляет 0,3 4,3 внутреннего донорского слоя. Многие детали металлургического оборудования работают в условиях циклического термомеханического нагружения, например рабочие валки станов горячей прокатки, тянущие и формирующие ролики моталок, транспортирующие ролики рольгангов, ролики машин непрерывного литья заготовок и другие. В процессе работы поверхность этих деталей подвергается частным нагревам и охлаждениям, а также износу и быстро выходят из строя. Результаты многочисленных исследований поверхности валков и роликов позволило выявить влияние воздействия нагрузок и нагрева на изменение свойств поверхностных рабочих слоев детали. This goal is achieved by the fact that in the proposed method, the deposited section in its height consists of two layers of the internal donor made of high alloy steel and the external wear-resistant made of alloy steel, and the total content of alloying elements of the donor layer exceeds the total content of alloying elements of the wear-resistant layer in 1.97 16.70 times. The thickness of the outer wear-resistant layer is 0.3 to 4.3 of the inner donor layer. Many details of metallurgical equipment operate under cyclic thermomechanical loading, for example, work rolls of hot rolling mills, pulling and forming rolls of coilers, transporting rollers of roller tables, rollers of continuous casting machines and others. In the process, the surface of these parts is subjected to private heating and cooling, as well as wear and tear and quickly fail. The results of numerous studies of the surface of the rolls and rollers made it possible to identify the effect of the effects of loads and heating on the change in the properties of the surface working layers of the part.

На фиг. 1 представлены результаты исследований распределения микротвердости по глубине бандажа отработанного рабочего валка из стали 9ХФ (из графика видно, что на поверхности наблюдается незначительное повышение твердости вследствие воздействия нагрузок (наклеп), затем резкое падение микротвердости, которая выходит на исходное значение лишь на глубине 10 12 мм); на фиг. 2 результаты по исследованию содержания углерода и хрома в поверхностном слое бандажа из 9ХФ методом локального химического анализа, следовательно, в рабочем слое рабочего прокатного валка, поверхность которого нагревается до температуры 550 650^oC, происходит обезуглеративание, удаление легирующих элементов, в результате чего поверхностный слой размягчается, снижается твердость, протекает пластическая деформация, снижаются механические свойства, в результате чего наблюдается повышенный износ и увеличивается склонность к образованию разгарных трещин.In FIG. Figure 1 presents the results of studies of the distribution of microhardness along the depth of the bandage of an exhausted work roll made of 9KhF steel (the graph shows that on the surface there is a slight increase in hardness due to stress (hardening), then a sharp drop in microhardness, which returns to its original value only at a depth of 10 12 mm ); in FIG. 2 results on the study of the carbon and chromium content in the surface layer of the bandage from 9HF by the method of local chemical analysis, therefore, in the working layer of the working roll, the surface of which is heated to a temperature of 550 650 ^o C, decarburization, removal of alloying elements occurs, resulting in a surface layer softens, hardness decreases, plastic deformation proceeds, mechanical properties decrease, as a result of which increased wear is observed and the tendency to form igneous cracks.

Основой классической физико-математической теории диффузии являются дифференциальные уравнения Фика, описывающие процессы диффузионного переноса вещества:

,
где I диффузный поток элементов вещества; N концентрация диффузионных частиц; D коэффициент диффузии.The basis of the classical physical and mathematical theory of diffusion are Fick's differential equations describing the processes of diffusion transport of matter:

,
where I is the diffuse flow of elements of the substance; N is the concentration of diffusion particles; D is the diffusion coefficient.

Но уравнение Фика справедливо лишь в случае постоянства температуры и перенос элементов вещества определяется лишь градиентом концентрации и временем. В случае непостоянства температуры и большого градиента температур диффузия элементов усложняется и уравнения Фика не могут описать этого процесса. Однако известно, что, если на диффундирующее вещество действует в процессе диффузии какая-то "внешняя" сила, то на поток вещества (значение I, см. уравнение (1)) накладывается поток частиц, вызванный действием внешнего силового поля. Этот вынужденный поток равен
I_V N • V (2),
где V направленная скорость вещества, приобретаемая под влиянием поля.But the Fick equation is valid only in the case of constant temperature and the transport of elements of a substance is determined only by the concentration gradient and time. In the case of temperature inconsistency and a large temperature gradient, the diffusion of elements is complicated and the Fick equations cannot describe this process. However, it is known that, if some “external” force acts on the diffusing substance during diffusion, then a particle flow caused by the action of an external force field is superimposed on the substance flow (value I, see equation (1)). This forced flow equals
I _V N • V (2),
where V is the directional velocity of the substance acquired under the influence of the field.

В этом случае суммарный поток равен

.In this case, the total flow is

.

Одной из разновидностей вынужденной диффузии в поле внешних сил является термодиффузия диффузия элементов под действием градиента температур. При появлении градиента температур на атомы действует сила, пропорциональная градиенту

,
где L кинематический коэффициент Онгадера.One of the varieties of forced diffusion in the field of external forces is the thermal diffusion of the diffusion of elements under the influence of a temperature gradient. When a temperature gradient appears, a force proportional to the gradient acts on the atoms

,
where L is the kinematic coefficient of Ongader.

В связи с этим скорость дрейфа атомов возрастает на

.In this regard, the atomic drift velocity increases by

.

Подставляя (5) в (3), получают уравнение диффузии с учетом действия градиента температур

.Substituting (5) into (3), we obtain the diffusion equation taking into account the action of the temperature gradient

.

Как следует из уравнения (6) общий поток диффузирующих элементов зависит от разности концентрации диффузирующих элементов и градиента температур. As follows from equation (6), the total flow of diffusing elements depends on the difference in the concentration of diffusing elements and the temperature gradient.

Причем поток диффузионных частиц, вызванный градиентом температуры, направлен навстречу тепловому потоку, если температура плавления диффундирующего элемента выше температуры плавления растворителя. Moreover, the flow of diffusion particles caused by the temperature gradient is directed towards the heat flux if the melting temperature of the diffusing element is higher than the melting temperature of the solvent.

Таким образом, в предлагаемом способе ремонта из подслоя, содержащего повышенное количество легирующих элементов, они будут перемещаться в наружный рабочий слой вследствие действия закона Фика, а также навстречу тепловому потоку под действием градиента температур, причем оба диффундирующих потока накладываются и взаимно усиливают друг друга. Следовательно, по мере того, как в поверхностном активном слое происходит обезуглераживание, окисление и удаление легирующих элементов, идет их компенсация за счет внутреннего донорского слоя, что повышает стойкость отремонтированного изделия. Thus, in the proposed method of repair from a sublayer containing an increased number of alloying elements, they will move to the outer working layer due to the Fick law, as well as towards the heat flux under the influence of a temperature gradient, both diffusing fluxes overlap and mutually reinforce each other. Therefore, as decarburization, oxidation and removal of alloying elements occurs in the surface active layer, they are compensated by the internal donor layer, which increases the resistance of the repaired product.

При снижении суммарного содержания легирующих элементов донорского слоя по сравнению с наружным износостойким менее чем в 1,97 раза резко снижается диффузия легирующих элементов и снижается износостойкость наплавленной детали, а при превышении указанного соотношения более чем в 16,70 раза заметного повышения стойкости не наблюдается и значительно возрастает стоимость отремонтированной детали из-за того, что приходится применять стали с очень высоким содержанием легирующих элементов. With a decrease in the total content of alloying elements of the donor layer in comparison with the external wear-resistant less than 1.97 times, the diffusion of alloying elements sharply decreases and the wear resistance of the deposited part decreases, and when this ratio is exceeded by more than 16.70 times, there is no noticeable increase in resistance the cost of the repaired part increases due to the fact that it is necessary to use steel with a very high content of alloying elements.

При наплавке наружного износостойкого слоя толщиной менее чем 0,3 от донорского слоя стоимость восстановленной детали невелика, т. к. износостойкий слой тонкий, быстро изнашивается и обнажается мягкий донорский слой, стойкость которого тоже невелика. При толщине износостойкого слоя по сравнению с донорским более чем в 4,3 раза диффузия замедляется из-за большой толщины наружного слоя и удаленности от поверхности. When surfacing an external wear-resistant layer with a thickness of less than 0.3 from the donor layer, the cost of the reconditioned part is small, because the wear-resistant layer is thin, quickly wears out and the soft donor layer is exposed, the resistance of which is also low. When the thickness of the wear-resistant layer is more than 4.3 times that of the donor layer, diffusion slows down due to the large thickness of the outer layer and the distance from the surface.

В результате снижается стойкость восстановленной детали. As a result, the resistance of the reconditioned part is reduced.

Пример 1. Выбрали партию изношенных валков из стали 9ХФ клети до непрерывного широкополосного стана 2000. Произвели токарную обработку для удаления ржавчины и трещин разгара. Установили на наплавочный стенок, разогрели до температуры 400^oC и произвели наплавку по всей бочке донорского слоя толщиной 3 мм на сторону, а на него износостойкого слоя толщиной 6 мм на сторону. Марки применяемых наплавочных материалов приведены в табл. 1. Режим наплавки: ток 500 А; напряжение 32 В; скорость наплавки 36 м/ч. После наплавки производилась термическая обработка: нагрев до температуры 450^oC, выдержка в течение 2 ч и замедленное охлаждение со скоростью 30^oC/ч. После полного охлаждения производилась токарная обработка бочки валка и завалка в клеть.Example 1. A batch of worn rolls of steel 9HF stands was selected to a continuous broadband mill 2000. Turning was performed to remove rust and crack cracks. They were mounted on the surfacing walls, heated to a temperature of 400 ^o C and surfaced over the entire barrel of the donor layer 3 mm thick on the side, and on it a wear-resistant layer 6 mm thick on the side. The brands of surfacing materials used are given in table. 1. Surfacing mode: current 500 A; voltage 32 V; surfacing speed 36 m / h. After surfacing, heat treatment was carried out: heating to a temperature of 450 ^o C, holding for 2 hours and delayed cooling at a speed of 30 ^o C / h After complete cooling, the roll barrel was turned and the crate was filled.

По аналогичной технологии наплавлялись валки по всей высоте только износостойким и только донорским слоем. By a similar technology, the rolls were fused over the entire height with only a wear-resistant and only a donor layer.

Условия работы всех валков сохранялись одинаковыми. Результаты эксплуатационных данных приведены в табл. 1. The working conditions of all the rolls were kept the same. The results of operational data are given in table. one.

Как видно из табл. 1 оптимальным соотношением суммарного содержания легирующих элементов донорского и износостойкого слоев является 1,97 16,70 (см. NN 2 4). При увеличении или уменьшении указанных значений снижается стойкость отремонтированной детали (см. NN 1, 5). При наплавке по всей высоте бандажа только износостойким слоем (см. N 6) или донорским (см. N 7), стойкость этих валков, а также стойкость нового валка (см. N 8) низкая по сравнению с отремонтированными предлагаемым способом. As can be seen from the table. 1, the optimal ratio of the total content of alloying elements of the donor and wear-resistant layers is 1.97 16.70 (see NN 2 4). When these values increase or decrease, the resistance of the repaired part decreases (see NN 1, 5). When surfacing over the entire height of the bandage only with a wear-resistant layer (see N 6) or a donor layer (see N 7), the resistance of these rolls, as well as the resistance of a new roll (see N 8), is low compared to the repaired by the proposed method.

Пример 2. Производился ремонт прокатных валков по технологии, описанной в примере 1 материалами Св-12Х13 и нп20ХГСА (см. N 3, табл. 1). Отличие состоит в том, что изменялось соотношение толщин донорского и износостойкого слоя. Результаты эксплуатационных данных приведены в табл. 2. Example 2. The rolls were repaired according to the technology described in Example 1 with materials Sv-12X13 and np20KhGSA (see N 3, table. 1). The difference is that the ratio of the thicknesses of the donor and wear-resistant layer has changed. The results of operational data are given in table. 2.

Как видно из табл. 2, оптимальным отношением толщины износостойкого слоя к донорскому является 0,3 4,3 (см. NN 2 4, табл. 2). As can be seen from the table. 2, the optimal ratio of the thickness of the wear-resistant layer to the donor layer is 0.3 4.3 (see NN 2 4, table. 2).

Пример 3. Производилось восстановление роликов машин непрерывного литья заготовок диаметром 280 мм из стали 25Х1МФ по следующей технологии: токарная обработка поверхности на глубину 2 мм для удаления разгарных трещин, наплавка донорского слоя из стали Св-10Х11НВМФ толщиной 4 мм, наплавка износостойкого слоя проволокой Нп-30ХГСА толщиной 10 мм (режим: ток 400 А; напряжение 30 В; скорость 30 м/ч), термообработка при температуре 500^oC в течение 2 ч и последующая токарная обработка бочки ролика.Example 3. The rollers of continuous casting machines of 280 mm diameter were restored from 25X1MF steel using the following technology: turning the surface to a depth of 2 mm to remove hot cracks, surfacing the donor layer from Sv-10X11NVMF steel 4 mm thick, surfacing the wear-resistant layer with Np- wire 30HGSA with a thickness of 10 mm (mode: current 400 A; voltage 30 V; speed 30 m / h), heat treatment at a temperature of 500 ^o C for 2 hours and subsequent turning of the roller barrel.

По аналогичной технологии наплавлялись ролики по всей высоте только Нп-30ХГСА и Св-10Х11нВМФ. Результаты испытаний представлены в табл. 3. According to a similar technology, rollers were surfaced over the entire height of only Np-30KhGSA and Sv-10Kh11nVMF. The test results are presented in table. 3.

Как видно из табл.3, выгодность ролика МНЛЗ, восстановленного предлагаемым способом (см. N 1), выше нового в 2,1 раза (см. N 4) и выше отремонтированных без донорского слоя в 1,5 и 2,0 раза (см. NN 3 и 4). As can be seen from table 3, the profitability of the CCM roller restored by the proposed method (see N 1) is 2.1 times higher than the new one (see N 4) and 1.5 and 2.0 times higher than those repaired without a donor layer ( see NN 3 and 4).

Использование предлагаемого способа ремонта деталей позволяет значительно повысить стойкость металлургического оборудования, работающего в условиях термического и термоциклического нагружения, уменьшаются простои прокатных станов, машин непрерывного литья заготовок и другого оборудования. Using the proposed method of repairing parts can significantly increase the durability of metallurgical equipment operating under thermal and thermal cyclic loading, downtime of rolling mills, continuous casting machines and other equipment are reduced.

Claims

1. A method of repairing parts, including mechanical removal of defects, multilayer surfacing and subsequent thermal and mechanical processing, characterized in that the surfacing is carried out in two layers of internal donor of high alloy steel and external wear-resistant of alloy steel, and the total content of alloying elements of the donor layer exceeds the total content alloying elements of a wear-resistant layer 1.97 16.7 times.

2. The method according to p. 1, characterized in that the thickness of the outer wear-resistant layer is chosen equal to 0.3 to 4.3 the thickness of the inner donor layer.