CN102837116A - 一种不锈钢冷轧支承辊堆焊修复技术 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种不锈钢冷轧支承辊堆焊修复技术，属于金属加工领域。依据窄带不锈钢冷轧支承辊使用工况，选择了YJ012-S堆焊过渡层和YJ243-S药芯焊丝作为堆焊工作层并辅以焊前预热和焊后回火热处理的自动埋弧堆焊工艺对冷轧支承辊进行堆焊修复。堆焊修复后的冷轧支承辊，其强韧性和耐磨性优于原9Cr2Mo辊面金属。修复后的冷轧支承辊在实际生产线上进行运行考核，相对原辊，寿命提高了1倍，满足了冷轧支承辊的使用要求。其主要工艺流程包括焊前加工及检测、预热、堆焊、焊后去应力回火。
Description
技术领域
本发明涉及一种不锈钢冷轧支承辊堆焊修复技术，属于金属加工领域。
背景技术
冷轧辊是在冷态下通过挤压的方式将金属加工成型的工作部件。由于其工作条件恶劣，工作应力极大，在工作过程中表面常产生剥离、掉块、磨损等形式的失效，因此要求其表面具备相当高的硬度、耐磨性和抗裂性。轧制过程中，因轧辊大面积剥落而造成轧辊报废。工作辊淬硬层深度为8～12mm，支承辊淬硬层深度为20mm左右，而剥落深度一般达15mm，裂纹延伸至30mm。如果轧辊出现大面积剥落，则很少会通过再加工继续使用。
目前，国内外的冷轧支承辊大多采用碳和合金元素含量较高的诸如9Cr2Mo、86CrMoV7等材料整体锻造和调质，然后通过表面淬火等热处理手段来提高硬度和耐磨性。因此，轧辊制造成本高，而冷轧支承辊的堆焊修复制造技术是降低成本，提高性能的有效方法。
发明内容
依据窄带不锈钢冷轧支承辊使用工况，选择了YJ012-S堆焊过渡层和YJ243-S药芯焊丝作为堆焊工作层并辅以焊前预热和焊后回火热处理的自动埋弧堆焊工艺对冷轧支承辊进行堆焊修复。堆焊修复后的冷轧支承辊，其强韧性和耐磨性优于原9Cr2Mo辊面金属。修复后的冷轧支承辊在实际生产线上进行运行考核，相对原辊，寿命提高了1倍，满足了冷轧支承辊的使用要求。
依据冷轧支承辊的工作条件和失效形式，对冷轧支承辊进行堆焊修复，通常具有以下2点要求：
(1)堆焊工作层有足够的强度和韧性以承受高轧制压力和冲击力，以提高支承辊抗裂纹和剥落的能力。
(2)成品冷轧支承辊辊身(堆焊层)必须具有高而均匀的硬度以及良好的耐磨性，以此保证冷轧带材的尺寸精度和良好的表面质量。
1堆焊材料的选择
针对四辊轧机冷轧支承辊轧制的特性要求以及其失效形式，并结合窄带不锈钢冷轧支承辊的具体技术要求，本发明选用热稳定性好的Cr-Ni-Mo-V(或Cr-Ni-Mo-W-V)低中碳热工具钢成分的埋弧堆焊药芯焊丝材料作为辊身堆焊工作层。
采用埋弧焊作为冷轧支承辊的堆焊修复方法。为了使冷轧支承辊表面获得高强度、高韧性的耐磨工作层，以适合冷轧支承辊在使用过程中的工作条件，选用了中冶集团建筑研究总院焊接研究所研制生产的YJ243-S焊丝作为冷轧支承辊工作层，YJ012-S焊丝作为过渡层，选用SJ600烧结焊剂作为堆焊焊剂。
由于9Cr2Mo母材的碳当量较高，堆焊时母材热影响区的淬硬倾向及焊接裂纹敏感性较大，可堆焊性较差。同时，一般支承辊的尺寸较大，堆焊层厚度一般均在15mm以上，堆焊时的焊接应力较高。为确保母材和堆焊金属之间的良好冶金结合，即保证二者具有强韧性俱佳的结合性能，推荐在工作层材料堆焊前，先使用低碳抗压强度较高的焊丝材料进行过渡层堆焊，进一步降低母材和堆焊层界面的脆化以避免支承辊使用过程中产生局部剥落。因此，要完全避免裂纹的产生除提高预热温度和层间温度外，还要堆焊过渡层，经过实际堆焊试验验证，文中选用YJ012-S焊丝配合SJ600焊剂堆焊过渡层。
2堆焊修复工艺
2.1焊前加工及检测
为了保证冷轧支承辊有效工作层，堆焊层的有效厚度最少在10mm以上，因此，冷轧支承辊堆焊前必须先加工，除去旧疲劳层和裂纹。另外，为保证堆焊质量，须对冷轧支承辊进行如下检测：
(1)辊颈探伤
在辊面加工前，对辊颈进行超声波和渗透探伤，若发现有严重缺陷(特别是辊身与辊颈过渡区内)，则终止对该辊的后道加工。
(2)辊面车削加工
将辊面疲劳层完全去除，并车削至保证堆焊层厚度要求。
(3)局部缺陷焊补
对于局部缺陷，首先要确保缺陷完全清除，车削较深之处，可采用打底和过渡层焊材进行焊补，使之平整。
(4)辊面探伤
对已车削辊面进行检测，检查疲劳层是否车削净及辊身是否存在裂纹等缺陷，若仍有缺陷，则需继续车削，消除隐患。如果超声探伤出辊面有严重内伤，则不允许再进行该辊坯的堆焊修复工作。
2.2预热温度和层间温度的确定
预热的主要目的是降低堆焊过程中堆焊金属及热影响区的冷却速度，降低淬硬倾向并减少焊接应力，防止母材和堆焊金属在堆焊过程中发生相变导致裂纹产生。预热温度的确定需依据母材以及堆焊材料的碳含量和合金含量而定。由于冷轧支承辊母材及堆焊材料的合金含量均相对偏高，再加之支承辊的尺寸及堆焊厚度均较大，焊接应力大，故应尽量提高预热和层间温度，又考虑到实际操作上容许程度，将预热温度确定为350～400℃，焊道层间温度控制在300℃以上。
2.3堆焊工艺参数的确定
堆焊工艺参数是指堆焊时所采用的焊接极性、焊丝直径、焊接电流、焊接电压以及堆焊速度等。在研究进行的轧辊堆焊修复中，采用φ3.2mm的药芯焊丝。
2.4焊后去应力回火工艺参数的确定
焊后去应力回火的主要目的是去除在堆焊过程中产生的热应力和组织应力，同时使堆焊组织产生“二次硬化”，进一步提高和改善堆焊金属的耐磨性及耐热疲劳性。依据本发明研制的药芯焊丝堆焊金属以及冷轧支承辊母材的合金成分，回火温度设定在550℃。而保温时间通常要略长一些，一方面能使应力充分释放，另一方面可促进基体组织中细小碳化物的弥散析出，增加堆焊层的耐磨性。
具体实施方式
实施例1张家港浦项不锈钢冷轧一号机组支承辊堆焊修复
1、选用了中冶集团建筑研究总院焊接研究所研制生产的YJ243-S焊丝作为冷轧支承辊工作层，YJ012-S焊丝作为过渡层，选用SJ600烧结焊剂作为堆焊焊剂。
2、加工去除待修复冷轧支承辊的旧疲劳层和裂纹。
3、对辊颈进行超声波和渗透探伤，若发现有严重缺陷(特别是辊身与辊颈过渡区内)，则此辊不适合后续工艺。
4、将辊面疲劳层完全去除，并车削至堆焊层厚度为12mm。
5、车削较深处，采用打底和过渡层焊材进行焊补，使之平整。
6、对已车削辊面进行检测，检查疲劳层是否车削净及辊身是否存在裂纹等缺陷，若仍有缺陷，则需继续车削，消除隐患。如果超声探伤出辊面有严重内伤，则不允许再进行该辊坯的堆焊修复工作。
7、对待修复冷轧支承辊预热，温度确定为350℃，焊道层间温度控制在300℃以上。
8、采用φ3.2mm的药芯焊丝，焊接电流300A，焊接电压25V，焊接速度20M/H，焊后缓冷。
9、焊后去应力回火温度设定在550℃，保温时间略长一些。
实施例2张家港浦项不锈钢冷轧三号机组支承辊堆焊修复
1、选用了中冶集团建筑研究总院焊接研究所研制生产的YJ243-S焊丝作为冷轧支承辊工作层，YJ012-S焊丝作为过渡层，选用SJ600烧结焊剂作为堆焊焊剂。
2、加工去除待修复冷轧支承辊的旧疲劳层和裂纹。
3、对辊颈进行超声波和渗透探伤，若发现有严重缺陷(特别是辊身与辊颈过渡区内)，则此辊不适合后续工艺。
4、将辊面疲劳层完全去除，并车削至堆焊层厚度为15mm。
5、车削较深处，采用打底和过渡层焊材进行焊补，使之平整。
6、对已车削辊面进行检测，检查疲劳层是否车削净及辊身是否存在裂纹等缺陷，若仍有缺陷，则需继续车削，消除隐患。如果超声探伤出辊面有严重内伤，则不允许再进行该辊坯的堆焊修复工作。
7、对待修复冷轧支承辊预热，温度确定为380℃，焊道层间温度控制在330℃。
8、采用φ3.2mm的药芯焊丝，焊接电流400A，焊接电压35V，焊接速度25M/H，焊后缓冷。
9、焊后去应力回火温度设定在565℃，保温时间略长一些。
Claims (1)
1.本发明涉及一种不锈钢冷轧支承辊堆焊修复技术，属于金属加工领域，其特征是：
(1)依据窄带不锈钢冷轧支承辊使用工况，选择了YJ012-S堆焊过渡层和YJ243-S药芯焊丝作为堆焊工作层并辅以焊前预热和焊后回火热处理的自动埋弧堆焊工艺对冷轧支承辊进行堆焊修复。
(2)针对四辊轧机冷轧支承辊轧制的特性要求以及其失效形式，并结合窄带不锈钢冷轧支承辊的具体技术要求，本发明选用热稳定性好的Cr-Ni-Mo-V(或Cr-Ni-Mo-W-V)低中碳热工具钢成分的埋弧堆焊药芯焊丝材料作为辊身堆焊工作层。
(3)为了保证冷轧支承辊有效工作层，堆焊层的有效厚度最少在10mm以上，因此，冷轧支承辊堆焊前必须先加工，除去旧疲劳层和裂纹。另外，为保证堆焊质量，须对冷轧支承辊进行辊颈探伤、辊面车削加工、局部缺陷焊补、辊面探伤。
(4)结合冷轧支承辊的工作条件，通过自行研制的YJ012-S和YJ243-S药芯焊丝，对冷轧支承辊进行堆焊修复。堆焊修复后的冷轧支承辊无缺陷，其强韧性和耐磨性优于原9Cr2Mo辊面金属。
(5)堆焊修复后的冷轧支承辊在生产线上进行了运行考核，相对于原9Cr2Mo辊，使用寿命提高了1倍多，满足其使用性能要求，并大大降低了生产成本。
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