环锻轧机轴向轧辊和主轧辊长寿命堆焊修复及复合制造方法技术

本发明专利技术提供一环锻轧机轴向轧辊和主轧辊长寿命堆焊修复及复合制造方法。该方法为在轴向轧辊或主轧辊辊坯上依次埋弧堆焊打底层、缓冲层和工作层。打底层为超低碳低合金贝氏体合金体系，打底层的堆焊厚度为2.0mm～2.5mm；缓冲层为Cr17铁素体不锈钢合金体系，缓冲层的堆焊厚度为2.0mm～2.5mm；工作层为Co

【技术实现步骤摘要】
环锻轧机轴向轧辊和主轧辊长寿命堆焊修复及复合制造方法


[0001]本专利技术涉及一种环锻轧机轴向轧辊和主轧辊长寿命堆焊修复及复合制造方法，属于材料加工的表面工程领域。

技术介绍

[0002]环件产品，如轴承、阀门、火车轮毂等，在电力、汽车、船舶、石化、航空航天等领域的应用十分广泛。环件产品的传统制造方法为机械加工或锻造，生产效率低且材料浪费严重。环件产品多在高温、高压、腐蚀等各种苛刻环境下服役，对其组织性能、尺寸稳定性要求十分严格，随着我国工业技术的发展，对环件产品的质量要求越来越高，传统的制造工艺难以满足环件产品日益苛刻的工况要求，采用先进的制造技术成为发展趋势。环件轧制技术是利用环锻轧机使环件产品连续局部塑性变形，实现壁厚减小、直径扩大和截面轮廓成形的塑性加工工艺，可制造出性能优异的环件产品，是环件产品制造技术发展的必然方向。
[0003]环锻轧辊(包括轴向轧辊和主轧辊)是环锻轧机的关键零部件，其成分、性能及使用寿命对环件产品质量影响显著。轧制中，上、下轴向轧辊向环件坯料施加轴向轧制力，主轧辊向坯料施加环向拘束力，实现环件产品的塑性成形。由于环件产品的轧制温度通常为800℃～900℃，因此服役中轴向轧辊和主轧辊要承受反复轧制坯料引起的疲劳载荷、与高温坯料之间的高温磨损以及坯料轧制节奏带来的冷热疲劳，其使用寿命较短。主轧辊的使用寿命通常为5～6个月，因环锻轧机的轴向轧制力较大，轴向轧辊的工况比主轧辊更恶劣，其使用寿命仅为3～4个月。轧辊频繁的损坏和下线严重降低了环件产品的生产效率和产品质量，增加了生产成本，且轧辊下线后通常采用机加工改小尺寸或报废处理，材料浪费严重，因此迫切需要采用堆焊复合制造(或堆焊修复)技术改善环锻轧辊性能进而提高其使用寿命。通过分析环锻轧辊的工况发现，轧辊的辊面材料要具有较高的硬度、优异的耐疲劳性能和高温耐磨性能，同时与辊坯材料冶金相容。
[0004]本专利技术提供了一种环锻轧机轴向轧辊和主轧辊长寿命堆焊修复及复合制造方法。在辊坯表面分别埋弧堆焊打底层、缓冲层和工作层，并控制堆焊层间温度和焊后热处理，环锻轧辊的硬度达到HRC53～HRC57。使用本专利技术制造的轴向轧辊的上机寿命超过6个月，主轧辊的上机寿命超过10个月，达到原新辊的1.5～2.0倍，解决了环锻轧辊疲劳寿命低、易产生疲劳裂纹以及高温耐磨损能力低的难题。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种环锻轧机轴向轧辊和主轧辊长寿命堆焊修复及复合制造方法，在轧辊辊坯表面分别埋弧堆焊打底层、缓冲层和工作层，其中打底层为超低碳低合金贝氏体合金体系，堆焊厚度为2.0mm～2.5mm；缓冲层为Cr17铁素体不锈钢合金体系，堆焊厚度为2.0mm～2.5mm；工作层为Co
‑
Cr
‑
Mo
‑
Cu
‑
W
‑
Nb
‑
V
‑
N复合强化特殊耐高温马氏体不锈钢合金体系，堆焊厚度为8.0mm～10.0mm。埋弧堆焊过程中，层间温度控制在250℃～300℃之间，堆焊后的环锻轧辊进行630℃
±
10℃高温回火处理，回火后环锻轧辊的硬度为HRC53～HRC57。使
用本专利技术制造的环锻轧机轴向轧辊和主轧辊，上机寿命分别超过6个月和10个月，达到原新辊的1.5～2.0倍，解决了环锻轧辊疲劳寿命低、易产生疲劳裂纹以及高温耐磨损能力低的难题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]在环锻轧辊辊坯上分别埋弧堆焊打底层、缓冲层和工作层，并包括以下步骤：
[0008](1)在辊坯上埋弧堆焊打底层，打底层为超低碳低合金贝氏体合金体系，其成分范围为C：0.01％～0.03％，Mn：1.00％～1.50％，Si：≤0.70％，Ni：2.50％～3.00％，Mo：0.40％～0.80％，Ti：0.03％～0.08％，打底层的堆焊厚度为2.0mm～2.5mm。
[0009](2)在打底层上堆焊缓冲层，缓冲层为Cr17铁素体不锈钢合金体系，其成分范围为C：0.04％～0.08％，Mn：1.00％～1.50％，Si：≤0.50％，Cr：16.50％～18.00％，缓冲层的堆焊厚度为2.0mm～2.5mm。
[0010](3)在缓冲层上堆焊工作层，工作层为Co
‑
Cr
‑
Mo
‑
Cu
‑
W
‑
Nb
‑
V
‑
N复合强化特殊耐高温马氏体不锈钢合金体系，其成分范围为C：0.10％～0.20％，Mn：0.20％～0.60％，Si：≤0.50％，Cr：12.00％～15.00％，Mo：2.00％～4.00％，Co：13.00％～15.00％，Nb：0.10％～0.30％，V：0.20％～0.50％，W：1.00％～3.00％，Cu：2.00％～4.00％，N：0.05％～0.15％，工作层的堆焊厚度为8.0mm～10.0mm。
[0011]如上所述的环锻轧机轴向轧辊和主轧辊长寿命堆焊修复及复合制造方法，其特征在于：埋弧堆焊过程的层间温度控制在250℃～300℃之间。
[0012]如上所述的环锻轧机轴向轧辊和主轧辊长寿命堆焊修复及复合制造方法，其特征在于：环锻轧辊堆焊后进行630℃
±
10℃高温回火处理，回火后环锻轧辊的硬度为HRC53～HRC57。
[0013]基于对环锻轧机轧辊的工况分析，轧辊的辊面材料应具有较高的硬度、优异的耐疲劳性能和高温耐磨性能。马氏体不锈钢合金体系是较为适宜的合金体系，但传统的堆焊用马氏体不锈钢合金体系多为0Cr13、0Cr13Ni4Mo合金成分，其熔敷金属硬度较低，通常在HRC40左右，且高温耐磨性难以满足环锻轧辊工况的要求。CN113894465A在0Cr13Ni4Mo合金系的基础上采用钼、铌、铜复合沉淀强化，显微组织为低碳马氏体基体上分布金属间化合物强化相，用于连铸足辊、零段辊的堆焊修复取得良好的效果，但将其用于环锻轧辊的堆焊，仍存在高温性能不足的问题，导致环锻轧辊使用寿命无显著提高。本专利在综合分析环锻轧辊工况的基础上进行了大量试验研究，创新性地专利技术了环锻轧辊工作层用Co
‑
Cr
‑
Mo
‑
Cu
‑
W
‑
Nb
‑
V
‑
N复合强化特殊耐高温马氏体不锈钢合金体系，该体系采用多元素复合强化，解决了传统马氏体不锈钢合金体系高温性能难以有效提高的难题。传统的马氏体不锈钢强化方式采用单一元素(如Cr元素)或少量几种元素(如Cr、Mo或Cr、Mo、Nb等)强化，显微组织中存在析出相尺寸过大的问题，导致堆焊材料塑韧性不足，会降低其耐磨性能，特别是对高温耐磨性更为不利。本专利技术采用多元素(八元素)复合强化，在保留马氏体不锈钢耐冷热疲劳性能的基础上，复合使用多种碳化物形成元素和抗高温元素，并控制合金本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.环锻轧机轴向轧辊和主轧辊长寿命堆焊修复及复合制造方法，其特征在于，在轴向轧辊或主轧辊辊坯上分别埋弧堆焊打底层、缓冲层和工作层，所述打底层、缓冲层和工作层堆焊用药芯焊丝的制备方法分别为：(1)将规格为0.6mm
×
14mm的超低碳钢带轧制成U形，并向其中添加药粉，药粉占焊丝的总重量为30
±
0.3％，药粉组成为：金属锰粉4.50％～7.00％，硅铁1.50％～3.00％，镍粉8.00％～10.00％，钼粉1.00％～3.00％，钛铁1.50％～4.50％，萤石10.00％～11.00％，其余为铁粉，将钢带合缝后逐步减径轧制及拉拔，最终得到成品规格为3.2mm的打底层堆焊用药芯焊丝；(2)将规格为0.6mm
×
14mm的铁素体不锈钢带轧制成U形，并向其中添加药粉，药粉占焊丝的总重量为30
±
0.3％，药粉组成为：金属锰粉4.50％～7.00％，硅铁1.00％～2.00％，微碳铬铁27.00％～35.00％，萤石10.00％～11.00％，其余为铁粉，将钢带合缝后逐步减径轧制及拉拔，最终得到成品规格为3.2mm的缓冲层堆焊用药芯焊丝；(3)将规格为0.5mm
×
14mm的铁素体不锈钢带轧制成U形，并向其中添加药粉，药粉占焊丝的总重量为38
±
0.3％，药粉组成为：金属锰粉0.50％～2.00％，钨铁3.50％～10.50％，铌铁0.50％～1.00％，铜粉5.00％～10.00％，钼粉5.00％～10.00％，钴粉35.00％～40.00％，碳化钒0.50％～1.50％，微碳铬铁15.00％～18.00％，高碳铬铁2.00％～3.00％，高氮铬铁1.50％～4.00％，其余为铁粉，将钢带合缝后逐步减径轧制及拉拔，最终得到成品规格为3.2mm的工作层堆焊用药芯焊丝。2.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈风刚，
申请(专利权)人：北京晟鼎新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：