專(zhuān)利名稱(chēng)：冷軋支撐輥蓋面埋弧堆焊方法及堆焊焊絲材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及軋鋼軋輥的復(fù)合制造技術(shù)領(lǐng)域，是一種冷軋支撐輥蓋面埋弧堆焊方法 及堆焊材料。
背景技術(shù)：
近幾年我國(guó)鋼產(chǎn)量不斷增加，根據(jù)國(guó)際鋼鐵協(xié)會(huì)(IISI)統(tǒng)計(jì)，2008年中國(guó)粗鋼產(chǎn) 量超過(guò)5億噸，作為軋鋼生產(chǎn)中主要備件的大型冶金支承輥的年需求量約為10萬(wàn)噸，將耗 資近百億元。大型冶金支承輥尺寸、重量大且性能要求高、制造周期長(zhǎng)。傳統(tǒng)制造工藝需歷 經(jīng)電爐冶煉、爐外精煉、鑄造、鍛造、多次熱處理和機(jī)加工等繁雜工序，需要消耗大量能源， 而且要排出大量的廢水、廢氣和廢渣。而且大型冶金支承輥服役條件惡劣，工作過(guò)程中磨損 嚴(yán)重，易出現(xiàn)裂紋、剝落等表面缺陷，造成過(guò)早的報(bào)廢，通常軋輥報(bào)廢時(shí)其金屬損耗僅為總 重的15%左右。目前國(guó)內(nèi)大部分報(bào)廢支承輥當(dāng)作原料回爐冶煉，造成資源和能源的巨大浪 費(fèi)。支撐輥堆焊材料分成熱軋支撐輥堆焊材料和冷軋支撐輥堆焊材料兩大類(lèi)。冷軋支 撐輥又分成冷軋?zhí)间撝屋伜屠滠埐讳P鋼支撐輥兩大類(lèi)。冷軋支撐輥的軋制力大都大于 2000噸，特別是冷軋不銹鋼支撐輥，軋制對(duì)象為不銹鋼，材質(zhì)的變形阻力大，軋制工況條件 較惡劣，支撐輥輥面經(jīng)常出現(xiàn)各種缺陷，而不能繼續(xù)應(yīng)用。堆焊再制造是焊接領(lǐng)域中的一個(gè)重要分支，是一種表面技術(shù)處理工藝方法，它是 采用焊接方式在零件表面堆敷一層具有一定性能材料的工藝過(guò)程。對(duì)廢舊大型支承輥進(jìn)行 再制造工程處理，可挖掘出巨大的剩余價(jià)值，再制造新品的成本約為原品的50%，而使用壽 命能達(dá)到甚至超過(guò)原品，且能降低能耗60%以上，節(jié)約材料70%以上。因此堆焊再制造大 型冶金支承輥可以大幅度減排、節(jié)能和降耗，具有明顯的資源、環(huán)保和社會(huì)效益，具有可持 續(xù)發(fā)展前景。國(guó)內(nèi)外在軋輥的復(fù)合制造過(guò)程中，軋輥表面材料(軸向)采用單一堆焊材料，但由 于各軋輥受力狀態(tài)不一致，軋輥兩端和中間的失效形式往往不同，如冷軋支撐輥輥面剝落 的三種形態(tài)為復(fù)合層剝落、輥面剝落、端剝落。其中端部剝落是由于支撐輥不是整個(gè)輥身 與工作輥接觸，而僅僅是兩端端部的局部接觸，因此輥身兩端部位容易出現(xiàn)剝落。所以，根 據(jù)上述剝落原因，兩端可通過(guò)優(yōu)化和凈化堆焊合金元素，提高材料的強(qiáng)韌性和抗接觸疲勞 強(qiáng)度等力學(xué)性能可最大范圍的避免復(fù)合層的剝落。而中間材料要有足夠的輥面硬度以抵抗 高硬度耐磨材料工作輥對(duì)其造成的磨損，同時(shí)還應(yīng)具有一定的抗熱沖擊性能等力學(xué)性能。 所以單一材料不能滿(mǎn)足工況應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是公開(kāi)一種冷軋支撐輥蓋面埋弧堆焊方法及堆焊焊絲材料，以節(jié)約 鋼材料，減排、節(jié)能和降耗，并提高資源、環(huán)保和社會(huì)效益。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是
一種冷軋支撐輥蓋面埋弧堆焊方法，其在埋弧堆焊復(fù)合制造或修復(fù)的過(guò)程中，在 軸向上，分兩端和中間兩部分進(jìn)行蓋面堆焊工藝；a)兩端對(duì)稱(chēng)相等，總長(zhǎng)度占總輥長(zhǎng)度的20% 40%，其余為中間部位；b)兩端堆焊熔敷金屬材料具有良好的強(qiáng)韌性及抗疲勞性能、塑性的力學(xué)性能，焊 態(tài)硬度45 50HRC，回火硬度46 52HRC ；c)中間堆焊熔敷金屬材料具有良好的硬度及熱疲勞、熱沖擊的性能，焊態(tài)硬度 48 52HRC，回火硬度49 53HRC ；d)堆焊工作層時(shí)，逐層堆焊；單層堆焊時(shí)，先堆焊兩端，兩端堆焊完再堆焊中間部 位層；兩端堆焊的蓋面長(zhǎng)度采用逐漸減少法，直至最上層約占總輥長(zhǎng)度的20% 40%，即 兩端堆焊的蓋面軸向剖面為梯形結(jié)構(gòu)；如此往復(fù)式逐層堆焊至所需厚度。一種所述的方法使用的蓋面埋弧堆焊焊絲材料，其冷軋支撐輥兩端金相組織以貝 氏體為主，馬氏體為輔，同時(shí)堆焊材料的強(qiáng)韌性為Rm> 1200MP，HV2 > IOJ ；而中間部位金相 組織以馬氏體為主，貝氏體為輔，堆焊材料硬度較高，耐磨、耐疲勞，其Rm > 1300MP，HV2 > 8J ；兩者堆焊時(shí)可溶性好，硬度落差為AHRC < 3。所述的蓋面埋弧堆焊焊絲材料，其所述兩端的堆焊熔敷金屬材料按堆焊熔敷金屬質(zhì)量百分比計(jì)算，包括碳C :0. 1 0.沈、鉻Cr :3. 0 5. 0、錳 Mn :1. 0 2. 8、硅 Si 0. 2 0. 5、硫 S :< 0. 08、磷 P < 0. 015、鎳 Ni :1. 0 3. 0、鉬 Mo 1. 0 3. 0、釩 V :0. 2 1. 0、鎢 W :0 1. 2、鈮 Nb 0 1. 0、鐵 Fe 余量。所述的蓋面埋弧堆焊焊絲材料，其所述中間的堆焊熔敷金屬材料按堆焊熔敷金屬質(zhì)量百分比計(jì)算，包括碳C 0. 16 0. 3、鉻Cr :4. 0 8. 0、錳 Mn :1. 0 3. 0、硅 Si 0. 2 0. 5、硫 S :< 0. 08、磷 P < 0. 015、鎳 Ni :1. 0 3. 0、鉬 Mo 1. 0 3. 0、釩 V :0. 2 1. 0、鎢 W :0 1. 2、鈮 Nb 0 1. 0、鐵 Fe 余量。本發(fā)明可大量節(jié)約鋼材料，減排、節(jié)能和降耗，大大提高了資源、環(huán)保和社會(huì)效益。
具體實(shí)施例方式1、本發(fā)明的一種大型冷軋支撐輥蓋面埋弧堆焊方法采用埋弧藥芯焊絲堆焊復(fù)合制造大型冷軋支撐輥。堆焊復(fù)合制造過(guò)程中，根據(jù)受 力情況及失效形式，堆焊復(fù)合制造(或修復(fù))過(guò)程中在軸向上，分兩端和中間兩部分，兩端 對(duì)稱(chēng)相等，總長(zhǎng)度占總輥長(zhǎng)度的20% 40%。采用兩種堆焊材料，兩端堆焊熔敷金屬具有 良好的強(qiáng)韌性及抗疲勞性能、塑性等力學(xué)性能；中間堆焊熔敷金屬材料具有良好的硬度及 熱疲勞、熱沖擊等性能；兩端焊態(tài)硬度45 50HRC，回火硬度46 52HRC ；中間焊態(tài)硬度 48 52HRC，回火硬度49 53HRC。2、大型冷軋支承輥埋弧堆焊復(fù)合制造蓋面的材料，即所用藥芯焊絲中的焊絲材 料。堆焊再制造大型的熱軋支撐輥主要技術(shù)指標(biāo)應(yīng)達(dá)到輥身表面硬度HS60-70，其 偏差為士3HS ；輥身表面硬化層深度> 45mm ；軋輥輥面各部位不允許存在裂紋或夾渣等堆 焊缺陷；上機(jī)考核使用壽命要滿(mǎn)足軋鋼需求。鑒于冷軋支撐輥堆焊蓋面材料硬度高，堆焊厚，而且承受的軋制力大，易產(chǎn)生端部 剝落等特點(diǎn)，所以埋弧堆焊焊絲材料必須考慮以下幾個(gè)方面
(1)可通過(guò)優(yōu)化和凈化堆焊合金元素，即減少或消除非金屬夾雜物(S、P、0、N、H) 等雜質(zhì)，特別是S、P含量要低于0. 020%，優(yōu)化合金體系及元素，提高材料的強(qiáng)韌性和抗接 觸疲勞強(qiáng)度。(2)針對(duì)大型冷軋支撐輥的主要失效形式——端部剝落，在選用堆焊材料時(shí)，輥面 材料應(yīng)采用不同力學(xué)性能的材料。支撐輥兩端選擇金相組織以貝氏體為主，馬氏體為輔，同 時(shí)堆焊材料的強(qiáng)韌性要好(Rm > 1200MP，HV2 > 10J)；而中間部位應(yīng)選擇硬度較高，耐磨、 耐疲勞等綜合性能優(yōu)良，以馬氏體為主，貝氏體為輔的堆焊合金體系(Rm > 1300MP, HV2 > 8J)。兩者堆焊時(shí)可溶性要好，硬度落差小(AHRCC 3)，最大范圍地避免復(fù)合層的剝落。即 堆焊支撐輥時(shí)既要有軸向的硬度落差，又要有徑向的硬度落差。表1埋弧堆焊焊絲材料的化學(xué)成分及硬度
權(quán)利要求
1.一種冷軋支撐輥蓋面埋弧堆焊方法，其特征在于，在埋弧堆焊復(fù)合制造或修復(fù)的過(guò) 程中，在軸向上，分兩端和中間兩部分進(jìn)行蓋面堆焊工藝a)兩端對(duì)稱(chēng)相等，總長(zhǎng)度占總輥長(zhǎng)度的20% 40%，其余為中間部位；b)兩端堆焊熔敷金屬材料具有良好的強(qiáng)韌性及抗疲勞性能、塑性的力學(xué)性能，焊態(tài)硬 度45 50HRC，回火硬度46 52HRC ；c)中間堆焊熔敷金屬材料具有良好的硬度及熱疲勞、熱沖擊的性能，焊態(tài)硬度48 52HRC,回火硬度49 53HRC ；d)堆焊工作層時(shí)，逐層堆焊；單層堆焊時(shí)，先堆焊兩端，兩端堆焊完再堆焊中間部位 層；兩端堆焊的蓋面長(zhǎng)度采用逐漸減少法，直至最上層約占總輥長(zhǎng)度的20% 40%，即兩 端堆焊的蓋面軸向剖面為梯形結(jié)構(gòu)；如此往復(fù)式逐層堆焊至所需厚度。
2.一種如權(quán)利要求1所述的方法使用的蓋面埋弧堆焊焊絲材料，其特征在于，冷軋支 撐輥兩端金相組織以貝氏體為主，馬氏體為輔，同時(shí)堆焊材料的強(qiáng)韌性為Rm > 1200MP, HV2 > IOJ ；而中間部位金相組織以馬氏體為主，貝氏體為輔，堆焊材料硬度較高，耐磨、耐疲 勞，其Rm > 1300MP, HV2 > 8J ；兩者堆焊時(shí)可溶性好，硬度落差為AHRC < 3。
3.如權(quán)利要求2所述的蓋面埋弧堆焊焊絲材料，其特征在于，所述兩端的堆焊熔敷金 屬材料按堆焊熔敷金屬質(zhì)量百分比計(jì)算，包括碳C :0. 1 0. 26、鉻Cr :3. 0 5. 0、錳Mn 1. 0 2. 8、硅 Si 0. 2 0. 5、硫 S < 0. 08、磷 P < 0. 015、鎳 Ni :1. 0 3. 0、鉬 Mo :1. 0 3. 0、釩 V :0. 2 1. 0、鎢 W :0 1. 2、鈮 Nb 0 1. 0、鐵 Fe 余量。
4.如權(quán)利要求2所述的蓋面埋弧堆焊焊絲材料，其特征在于，所述中間的堆焊熔敷金 屬材料按堆焊熔敷金屬質(zhì)量百分比計(jì)算，包括碳C 0. 16 0. 3、鉻Cr :4. 0 8. 0、錳Mn 1. 0 3. 0、硅 Si 0. 2 0. 5、硫 S < 0. 08、磷 P < 0. 015、鎳 Ni :1. 0 3. 0、銷(xiāo) Mo :1. 0 3. 0、釩 V :0. 2 1. 0、鎢 W :0 1. 2、鈮 Nb 0 1. 0、鐵 Fe 余量。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種冷軋支撐輥蓋面埋弧堆焊方法及堆焊焊絲材料，涉及軋輥制造技術(shù)，該方法在堆焊復(fù)合制造過(guò)程中，根據(jù)冷軋支撐輥使用工況，堆焊復(fù)合制造或修復(fù)過(guò)程中，在軸向上分為兩端和中間兩部分進(jìn)行堆焊工藝，兩端對(duì)稱(chēng)相等，總長(zhǎng)度占總輥長(zhǎng)度的20％～40％，其余為中間部位。冷軋支撐輥兩端和中間兩部分分別采用兩種堆焊焊絲材料，均含有碳、鉻、錳、硅、硫、磷、鎳、鉬、釩、鎢、鈮、鐵，其中，兩端焊態(tài)硬度45～50HRC，回火硬度46～52HRC；中間焊態(tài)硬度48～52HRC，回火硬度49～53HRC。本發(fā)明可大量節(jié)約鋼材料，減排、節(jié)能和降耗，以提高資源、環(huán)保和社會(huì)效益。
文檔編號(hào)B23K9/04GK102049593SQ200910237100
公開(kāi)日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2009年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月4日
發(fā)明者劉景鳳, 寧宇, 張迪, 段斌, 王清寶, 眭向榮, 石立鵬 申請(qǐng)人:中冶建筑研究總院有限公司, 中冶焊接科技有限公司