CN103111469A - 等离子喷焊复合轧辊、复合辊环及其制造方法 - Google Patents

等离子喷焊复合轧辊、复合辊环及其制造方法 Download PDF

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Abstract

一种等离子喷焊复合轧辊、复合辊环及其制造方法。通过等离子喷焊的方法将辊环材料喷焊在中心基轴(环)上，从而得到两者具有良好的冶金结合，利用该方法制成的复合轧辊及复合辊环的工作层性能优异，材料利用率高，且基轴(环)可反复使用，产品成本较低。

Description

等离子喷焊复合轧辊、复合辊环及其制造方法
技术领域
本发明属于钢铁工业的轧钢技术领域，具体涉及一种离子喷焊复合轧辊、复合辊环及其制造方法。
背景技术
钢铁工业是国民经济的重要基础产业，是国家经济水平和综合国力的重要标志。轧钢生产则是整个钢铁生产中的最终成品生产的工序，而轧机中的轧辊则是轧钢的主要关键工具。决定着钢材产品的精度、质量、品种以及成本，且是轧钢生产的最重要消耗工具及主要消耗成本。我国2011年的轧辊消耗量已达到70多万吨，现有轧辊生产厂家近300家。但仍然满足不了我国轧钢工业的高端产品要求，高性能的轧辊还依赖国外进口。随着我国国民经济的快速发展以及国防工业的快速发展，对轧钢行业及复合轧辊提出了会越来越高的技术性能要求和经济成本要求，以及对节能降耗科学持续发展做出贡献。
现有的复合轧辊生产技术主要有离心浇注技术工艺，埋弧堆焊技术工艺、硬质合金辊环技术工艺，以及最近见报的尚在研发中的喷射成型复合轧辊生产技术工艺方法。
离心浇注技术工艺生产复合轧辊是将离心浇注得到的轧辊工作层与中心基轴二次浇铸结合在一起，形成复合轧辊。其优点是工艺简单、技术成熟、批量大。是目前国内外生产复合轧辊的主要技术工艺。其缺点是浇注的轧辊工作层组织偏析、晶粒粗大，合金成分受限制，不易得到耐磨损、强度高的轧辊工作层。轧制的钢材质量精度低，轧辊消耗高即成本高。
埋弧堆焊技术工艺目前主要用于修复轧辊，即将使用磨损后的轧辊进行表面尺寸恢复，它使用专用焊丝(含芯焊丝及不含芯焊丝)通过埋弧焊机将焊丝堆焊在中心基轴表面，形成复合轧辊的工作层。其优点是工艺简单，但缺点是合金成分受限制，合金含量低，辊环性能低。
硬质合金复合轧辊技术，是将采用粉末冶金方法制造出的硬质合金辊环采用镶套工艺将辊环与中心基轴结合在一起形成复合轧辊。该技术的优点是能够得到性能优异的工作层，具有超高耐磨性能。其缺点是辊环尺寸受到限制，不易得到大尺寸直径400mm以上辊环，且工艺复杂，产品使用要求环境条件严格，易断裂，特别是成本太高，难于推广。
另外尚在研发中的喷射成型技术工艺，它是将冶炼好的合金溶液通过雾化喷雾，直接喷到中心基轴表面，形成复合轧辊，其优点生产效率高(据有关报道每分钟工作层喷射量20千克)，金相组织细小、均匀，耐磨性能高。其缺点，工艺复杂，设备复杂，投入大，合金含量受限制，不易得到高性能的工作层辊环，易出现组织疏松。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，提供等离子喷焊复合轧辊、复合辊环及其制造方法；其技术方案如下：
一种等离子喷焊复合轧辊，包括轧辊基轴和合金工作层，其特征是：所述的轧辊基轴为回转体，所述的合金工作层覆盖在回转体的外表面，所述的合金工作层为等离子喷焊复合层。
所述的轧辊基轴为圆柱体，其材质为常用合金钢。
一种等离子喷焊复合辊环，包括辊环的基环和合金工作层，其特征是：所述的基环为回转体，所述的合金工作层覆盖在回转体的外表面，所述的合金工作层为等离子喷焊复合层。
所述的基环为圆环体，其材质为常用合金钢。
一种等离子喷焊复合轧辊及复合辊环的制造方法，具体包括以下步骤：
a：通过机床加工轧辊的基轴或基环，对基轴或基环的外表面进行机加工，以清除表面杂质及尺寸，保证光洁；
b：配制喷焊用的合金粉末组合物，
c：将中心基轴或基环在加热炉中预热至400～450℃，然后装卡在可回转的机床夹具上；
d：将步骤b中烘干的合金组合物装入等离子喷焊机的料盒内；调节合适的工艺参数，调整喷嘴距离击轴或基环表面约10mm，启动喷焊机喷焊形成合金工作层；并保持喷焊过程中中心基轴或基环温度280-350℃；
e：为了防止辊面产生裂纹，将所述成形的复合轧辊放在加热炉中，不少于保温2小时，然后随炉冷却至150℃以下时，出炉。
合金组合物中的各种粉末粒度为100-200目，机械混合均匀，喷焊前在120-150℃环境烘干30分钟。
步骤d中的工艺参数至少包括电流、气压，送粉速度、喷枪摆幅宽度、中心基轴旋转速度，气体流量。
本发明的有益效果
1.采用本发明方法制成的等离子喷焊复合轧辊(辊环)，具有电弧温度高、传热率大、稳定性好，熔深可控性强，通过调节相关的参数，可对焊层的厚度、宽度、硬度在一定范围内自由调整。利用粉末作为喷焊材料，可提高合金设计的选择性，特别是能够顺利喷焊难熔材料，提高工件的耐磨、耐高温、耐腐蚀性。
等离子喷焊温度高、热影响区小、喷焊区有氩气保护，可以很好的适应各种熔点的金属粉末，凝固快，抑制和避免了凝固过程中产生的元素偏析现象。
采用本发明方法制成的等离子喷焊复合轧辊(辊环)，相比离心铸造、埋弧堆焊、硬质合金组合、喷射成型等成形方式，具有工作层辊环合金成分设计方便，易于满足使用要求，且金相组织均匀，晶粒细小，组织致密，耐蚀及耐磨性好，喷焊工作层外观成型美观，尺寸加工量小，材料利用率高；
采用本发明方法制成的等离子喷焊复合轧辊(辊环)，喷焊成型的工作层辊环，硬度不用任何热处理就可直接达到硬度HRC60以上，故不用热处理工序；
4.本发明的等离子喷焊复合轧辊(辊环)，工作层辊环与中心基轴(环)两者结合为冶金结合，强度高，可保证结合层具有很好的结合强度。
5.本发明的等离子喷焊复合轧辊(辊环)的中心基轴(环)，可重复使用、节能减排，降低材料消耗；
6.等离子粉末喷焊具有较高的生产效率，成型面平整美观，喷焊过程易于实现机械化及自动化。
7，设备投入少，无环境污染。
附图说明
图1为该等离子喷焊复合轧辊的结构示意图；
图2为该等离子喷焊复合辊环的结构示意图；
图3为该等离子喷焊复合轧辊制造方法的喷焊状态图：
图中1.机床夹具、2.轧辊基体、3.合金工作层、4.等离子喷枪、5.连接电线、6.专用电源、其中4.1.保护气体、4.2.工作层粉料、4.3.等离子气体、4.4.电极。
具体实施方式
实施例一：参见图1，一种等离子喷焊复合轧辊，包括轧辊基轴和合金工作层，其特征是：所述的轧辊基轴为回转体，所述的合金工作层覆盖在回转体的外表面，所述的合金工作层为等离子喷焊复合层。所述的轧辊基轴为圆柱体，其材质为常用合金钢。
实施例二：参见图2，一种等离子喷焊复合辊环，包括辊环的基环和合金工作层，其特征是：所述的基环为回转体，所述的合金工作层覆盖在回转体的外表面，所述的合金工作层为等离子喷焊复合层。所述的基环为圆环体，其材质为常用合金钢。
实施例三：参见图3，一种等离子喷焊复合轧辊及复合辊环的制造方法，具体包括以下步骤：
a：通过机床加工轧辊的基轴或基环，对基轴或基环的外表面进行机加工，以清除表面杂质及尺寸，保证光洁；
b：配制喷焊用的合金粉末组合物，
c：将中心基轴或基环在加热炉中预热至400～450℃，然后装卡在可回转的机床夹具上；
d：将步骤b中烘干的合金粉末组合物装入等离子喷焊机的料盒内；调节合适的工艺参数，调整喷嘴距离击轴或基环表面约10mm，启动喷焊机喷焊形成合金工作层；并保持喷焊过程中中心基轴或基环温度280-350℃；
e：为了防止辊面产生裂纹，将所述成形的复合轧辊放在加热炉中，不少于保温2小时，然后随炉冷却至150℃以下时，出炉。
合金组合物中的各种粉末粒度为100-200目，机械混合均匀，喷焊前在120-150℃环境烘干30分钟。
步骤d中的工艺参数至少包括电流、气压，送粉速度、喷枪摆幅宽度、中心基轴旋转速度，气体流量。

Claims (7)

1.一种等离子喷焊复合轧辊，包括轧辊基轴和合金工作层，其特征是：所述的轧辊基轴为回转体，所述的合金工作层覆盖在回转体的外表面，所述的合金工作层为等离子喷焊复合层。
2.根据权利要求1所述的等离子喷焊复合轧辊，其特征是：所述的轧辊基轴为圆柱体，其材质为常用合金钢。
3.一种等离子喷焊复合辊环，包括辊环的基环和合金工作层，其特征是：所述的基环为回转体，所述的合金工作层覆盖在回转体的外表面，所述的合金工作层为等离子喷焊复合层。
4.根据权利要求3所述的等离子喷焊复合辊环，其特征是：所述的基环为圆环体，其材质为常用合金钢。
5.一种等离子喷焊复合轧辊及复合辊环的制造方法，具体包括以下步骤：
a：通过机床加工轧辊的基轴或基环，对基轴或基环的外表面进行机加工，以清除表面杂质及尺寸，保证光洁；
b：配制喷焊用的合金粉末组合物，
c：将中心基轴或基环在加热炉中预热至400～450℃，然后装卡在可回转的机床夹具上；
d：将步骤b中烘干的合金粉末组合物装入等离子喷焊机的料盒内；调节合适的工艺参数，调整喷嘴距离击轴或基环表面约10mm，启动喷焊机喷焊形成合金工作层；并保持喷焊过程中中心基轴或基环温度280-350℃；
e：为了防止辊面产生裂纹，将所述成形的复合轧辊放在加热炉中，不少于保温2小时，然后随炉冷却至150℃以下时，出炉。
6.根据权利要求5等离子喷焊复合轧辊的制造方法，其特征是：合金粉末组合物中的各种粉末粒度为100-200目，机械混合均匀，喷焊前在120-150℃环境烘干30分钟。
7.根据权利要求5等离子喷焊复合轧辊的制造方法，其特征是：步骤d中的工艺参数至少包括电流、气压，送粉速度、喷枪摆幅宽度、中心基轴旋转速度，气体流量。
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