专利名称：：用于堆焊制造热轧卷取机助卷辊的药芯焊丝及堆焊方法
技术领域：
：本发明涉及一种用于堆焊制造热轧巻取机助巻辊的药芯焊丝及堆焊方法，属于堆焊
技术领域：
。
背景技术：
：由于堆焊复合冶金轧辊的制造方法，是目前国内外复合轧辊生产中较为先进的方法之一，可替代传统的轧辊制造方法。堆焊复合轧辊在性能上较其它方法制造的轧辊有较大的优势，产品综合性能好，使用寿命高，而且可反复修复多次，制造成本低。另外，堆焊复合轧辊可解决轧钢行业生产中的断辊问题，可提高轧辊的作业率，降低辊耗，从而能为轧钢企业创造巨大的经济效益。另一方面，由于轧辊辊心的材料的多次反复使用，大大节约了金属合金材料，充分合理利用了资源，符合国家要求的再制造工程理念，具有较好的社会效益。同时，随着堆焊材料(堆焊金属)性能以及堆焊技术的不断改善及提高，轧辊的堆焊修复和制造已绝不仅仅限于普通钢质轧辊。国内外科技人员已在堆焊材料方面进行了大量的研究工作，并取得了较大的进步。焊材从过去单一的实心焊丝扩展到焊带、预合金粉、药芯焊丝等多种形式。但要使得堆焊材料(堆焊金属)既要满足轧辊十分恶劣的工况条件，又要具备良好的焊接工艺性能，加之轧辊的种类繁多，性能要求差异很大，使得这项研究工作和实际应用过程进展比预期的要慢。特别是一些高硬度要求的硬面辊，如热轧地下巻取机的重要部件，助巻辊的堆焊制造，依然面临冶金行业亟待解决的重大攻关难题。助巻辊的主要作用是牵引已轧制好的薄板入巻和收巻。根据其工况条件，要求具有很高的耐高温性、热疲劳性和耐磨损性能，且要求在使用过程中辊身表面不粘钢。国内外一些轧辊制造厂家在堆焊制造助巻辊或修复助巻辊时，主要采用制备辊心一探伤检验一焊前预热一保温堆焊过渡层一保温堆焊工作层一焊后热处理一焊后机加工一成品检测一成品涂油、包装的复杂工艺流程，并采用马氏体堆焊合金材料堆焊助巻辊表面工作层，在堆焊过程及焊后热处理过程中，碳化物能够在基体组织上弥散析出，形成二次硬化，最终使该表面工作层的金相组织为马氏体+碳化物，硬度可达HRc52以上；经此堆焊制造的助巻辊，能基本满足其耐高温及耐磨损性能的使用技术要求，但是在使用过程中一直存在粘钢现象，这对板材质量产生影响。钢铁企业在使用过程中，每遇助巻辊发生粘钢现象，为确保板材表面质量，则必须停机修磨或将辊子下线整体磨削之后再重新上机使用，严重时还导致助巻辊失效报废，使用寿命短，通常为5-6个月。所以，粘钢是助巻辊的最主要失效形式。同时，由于该工艺过程中的预热和保温堆焊工序均在专用加热罩或专用加热炉内进行，温度要求控制在马氏体开始转变温度(Ms点)以上20-5(TC，通常在300-40(TC，甚至更高的温度上进行连续堆焊，致使工人的操作环境差，给堆焊操作和质量控制带来很大不便，且不利于保证堆焊制造质量。因此，如何正确选用一种新的堆焊材料，采用一种新的堆焊工艺，采用工序流程简单、操作方便、易于观测和控制质量的新方法，在一种强韧性满足要求的低碳低合金或中碳结构锻钢制造的辊心表面或利用已使用到期的而辊心完好的旧轧辊表面上，堆焊一层新的耐高温性、热疲劳性和耐磨损性能更好且在使用过程中辊身表面不粘钢的合金层，并成倍提高使用寿命，便成为技术人员的一个重要研究课题。
发明内容本发明所要解决的技术问题是针对目前堆焊工艺制造的助巻辊易粘钢的问题，提供一种新的焊丝及堆焊制造热轧巻取机助巻辊的方法。本发明的技术方案本发明焊丝外皮为镍，药芯组分如下低碳锰铁4.006.00wt%，铬32.0036.00wt%，钼30.0034.00wt%，钒0.300.50wt%，硅铁3.005.00wt%，铁6.0012.00wt%，鸭7.0010.00wt%，钴粉2.503.00wt%，萤石6.0010.00wt%。本发明焊丝是由以下方法制备而成以镍带为焊丝的外皮原料，以低碳锰铁，金属铬，金属钼，金属钒，硅铁，铁粉，钨粉，钴粉，萤石粉和铁合金作为药芯组分，经过镍带裁带、去油烘干、药芯配料烘干，轧制成药芯焊丝。锰铁包括金属锰、低碳、中碳、高碳锰铁，本发明选低碳锰铁，加入适量锰主要是为了脱硫。焊丝断面有O型、E型等。优选O型。将镍带轧制成"U"型并向"U"型内装填焊药，再将镍带轧制成"0"型，然后拉拔成断面为"0"型的药芯焊丝。本发明堆焊制造热轧巻取机助巻辊的方法的工艺流程由如下工序构成，辊心预处理一探伤检验一堆焊工作层一焊后机加工一探伤一成品涂油、包装。1、辊心预处理新的辊心可采作一种强韧性满足要求的低碳低合金或中碳结构锻钢制造。堆焊前，将堆焊辊面直径车削加工至(D-6)mm，公差为士O.15mm，D为助巻辊成品辊身直径(以下同)对于采用旧辊为辊心，将旧辊辊身的表面疲劳层和表面缺陷车削干净，辊面直径车削加工至(D-6)mm，公差为士O.15mm。对于旧辊辊身表面，经车削表面疲劳层和表面缺陷后，若尺寸达不到这要求时，要将其尺寸进行焊补恢复至这一尺寸。通过上述车削和尺寸恢复后，以保证轧辊堆焊后，轧辊成品的单边有效使用厚度至少达3mm。2、探伤检验新制辊心和旧辊，粗车后都必须进行探伤检验，探伤方法采用磁粉探伤、超声波探伤，磁粉探伤检査其轧辊表面缺陷，超声波探伤检査轧辊内部缺陷，以确保轧辊堆焊前基体表面和轧辊内部没有影响使用和辊子表面堆焊的缺陷。如果探伤出制备辊心或旧辊辊心(包括辊径和辊面)严重内伤，则不允许再进行堆焊制造工作。3、堆焊工作层堆焊前要将堆焊表面的污物清理、清洁干净。堆焊方法采用埋弧自动焊，操作简单方便，不需在保温箱内进行堆焊，操作过程易于观察，易于控制质量。堆焊工序选用本发明焊丝配熔炼焊剂(如HJ107)或烧结焊剂(如SJ601)作为堆焊材料:使其堆焊后的堆焊层(工作层)组分达(质量分数)(％):C《0.1，14.5《Cr《16.5，15《Mo《17，4.0《Fe《7.0，Co《2.5，0.1《V《0.2，3.0《W《4.5，Si《l.C)，P《0.04，S《0.03，Ni余量。焊剂的消耗通常为焊丝消耗的l.2倍左右。可根据操作工实际操作情况和堆焊工艺参数适当调整。4、焊后机加工包括车削加工和旋压加工，旋压加工目的在于进一步提高堆焊层硬度。采用本发明镍基焊丝配l.2倍的焊剂作为热轧地下巻取机助巻辊的堆焊材料，堆焊工作层金属的金相组织主要为奥氏体，并含有金属间化合物。在堆焊过程中，Cr、W、Mo、Co等元素在镍基上一方面提高堆焊金属原子间结合力，产生点阵畸变，降低堆垛层错能，阻止位错运动，提高再结晶温度来强化固溶体；另一方面，Co与碳结合，在组织中会出现碳化物(M7C3或M6C)的硬化相，能够提高堆焊层的硬度和高温耐磨性；但是，堆焊后的金属层硬度还是较低，便于车削加工；车削加工后再通过旋压加工来进一步提高堆焊金属层的硬度，可达HRc52-55。而采用现有的马氏体堆焊合金材料堆焊制造的助巻辊，堆焊工作层金属的金相组织为马氏体+碳化物，并要求工作层硬度达HRc52以上，它是通过在堆焊过程及焊后热处理达到这一目的，具体使碳化物能够在基体组织上弥散析出，形成二次硬化，以提高轧辊堆焊工作层的硬度和耐磨性。但在其使用中虽能保证其耐高温、耐磨损性能使用要求，但在使用中一直存在粘钢现象，粘钢问题未能从根本上得到解决。同时，工作层硬度达HRc52以上，机加工困难。总之，采用本发明堆焊材料和现有的马氏体堆焊合金材料堆焊制造的助巻辊，二者的金相组织、工作原理大不相同，彻底改变了传统的选材方法。本发明的优点在于一、采用本发明焊丝应用于热轧地下巻取机助巻辊堆焊后，堆焊金属具有优良的耐高温性、热疲劳性和耐磨损性能，且在使用过程中辊身表面不粘钢，使用寿命能超过原新辊水平的4-5倍以上，由原来的5-6月提高至2年以上，最高可达3年。二、采用本发明焊丝省去了焊前预热、保温堆焊过渡层、焊后热处理等工艺流程，从而大大减化了堆焊工序；同时堆焊量减少，大大节约了焊丝、焊剂等堆焊材料，縮短了修复制造时间，极大改善了工人的堆焊操作环境。三、堆焊金属硬度低，机加工性能好；在其完成成品粗加工后，可在专用旋压加设备上进行旋压加工，提高表面硬度至上机使用硬度要求。四、本发明堆焊工艺过程易于掌握、操作简便、修复制造的助巻辊质量好。以下通过具体实施方式对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。具体实施例方式实施例l本发明药芯焊丝的制备以厚度为O.3-0.8mm、宽度为8.0-16.Omm的镍带为药芯焊丝的外皮原料，以金属粉和铁合金作为主要药芯焊药，经过镍带裁带、去油烘干、药芯配料烘干，镍带轧制成"U"型并向"U"型内装填焊药，再轧制成"0"型，然后拉拔成直径为2.0-4.Omm的断面为"O"型药芯焊丝，其药芯的成分件表l:<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>实施例2堆焊制造热轧巻取机助巻辊1、辊心的预处理辊心制备可采作一种强韧性满足要求的低碳低合金或中碳结构锻钢制造，新辊心通常由专业机械厂按设计图纸制作。堆焊前，将堆焊辊面直径车削加工至(D-6)mm，公差为±0.15mm，D为助巻辊成品辊身直径。对于采用旧辊为辊心，将旧辊辊身的表面疲劳层和表面缺陷车削干净，辊面直径车削加工至(D-6)mm，公差为士O.15mm。对于旧辊辊身表面，经车削表面疲劳层和表面缺陷后，若尺寸达不到这要求时，要将其尺寸进行焊补恢复至这一尺寸。通过上述车削和尺寸恢复后，以保证轧辊堆焊后，轧辊成品的单边有效使用厚度至少达3mm。2、探伤检验新制辊心和旧辊，粗车后都必须进行探伤检验，探伤方法采用磁粉探伤、超声波探伤，磁粉探伤检査其轧辊表面缺陷，超声波探伤检査轧辊内部缺陷，以确保轧辊堆焊前基体表面和轧辊内部没有影响使用和辊子表面堆焊的缺陷。如果探伤出制备辊心或旧辊辊心(包括辊径和辊面)严重内伤，则不允许再进行堆焊制造工作。3、堆焊工作层堆焊前要将堆焊表面的污物清理、清洁干净，其方法取决于被清理物质的种类。车间污物、油脂可用蒸汽或用丙酮及其它无毒液去除。对不溶于脱脂剂的漆和其它杂物，可用碱或其它专用合成剂清洗。之后，待其干燥后等待堆焊。堆焊方法采用埋弧自动焊，操作简单方便，不需在保温箱内进行堆焊，操作过程易于观察，易于控制质量。其中堆焊工序实施例l制作的镍基药芯焊丝(焊丝直径可制作02.5mm-O4.0mm规格)配HJ107焊剂堆焊材料，使其堆焊后的堆焊层(工作层)金属的化学成分(质量分数)(%)如下C《0.1，14.5《Cr《16.5，15《Mo《17，4.0《Fe《7.0，Co《2.5，0.1《V《0.2，3.0《W《4.5，Si《l.C)，P《0.04，S《0.03，Ni余量。采用本发明堆焊方法焊前不预热。焊前预热是采用马氏体堆焊合金材料堆焊制造轧辊的必要工序，预热的主要目的是降低堆焊过程中堆焊金属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。采用本发明堆焊方法不需堆焊过渡层。堆焊过渡层是采用马氏体堆焊合金材料堆焊制造轧辊的必要工序，其目的是为了改善母材熔合区的韧性以防止轧辊断裂或耐磨层剥落。采用本发明堆焊方法堆焊过程不需保温。采用马氏体堆焊合金材料堆焊制造轧辊，要求控制预热和层间温度要高于其马氏体开始转变温度(Ms点)以上20-5(TC，避免堆焊金属发生马氏体相变及淬火效应，应使整个堆焊层焊完之后在热处理电阻炉同时进行马氏体转变，只有这样才能保证堆焊屋的组织、硬度均匀性。由于控制预热和层间温度，通常在300-400'C范围内，这给工人的工作环境及堆焊操作带来很大不便，不利于保证堆焊制作的质量。而且，一旦出现质量问题，就会导致返工和制作成本的增加。采用本发明方法堆焊量少，堆焊厚度只需堆焊一至二层，所用堆焊材料少，保证其成品表面工作有效尺寸厚度(单边)达3.0mm即可。采用马氏体堆焊合金材料堆焊轧辊，为保证其工作性能及化学成份要求，通常要堆焊至少三层以上才能达到所需要的化学成分要求，要保证其成品表面工作层有效厚度，通常要堆焊5-6层。因此，该技术方案的堆焊时间短，节约了大量合金焊接材料及堆焊用电和煤气等能源。采用此技术不做焊后热处理。采用马氏体堆焊合金材料堆焊的轧辊，焊完之后必须做焊后热处理。焊后热处理在专用的热处理电炉中进行，主要目的是为改善焊后组织和消除焊接应力。同时使碳化物能够在基体组织上弥散析出，从而形成二次硬化，进一步提高轧辊堆焊工作层的硬度和耐磨性。4、焊后机加工4.l车削加工当堆焊的助巻辊冷至室温后，先上车床按图纸尺寸进行车削粗加工，辊面加工至0+(0.60.8)mm，即在成品直径尺寸的基础上预留的加工余量，其余部们按图纸加工。4.2旋压加工将上述车削加工后的助巻辊安装在专用旋压加工设备上，对辊面进行旋转挤压加工，其目的是提高辊面的表面硬度，待表面硬度达到HRC52及以上时为止。4.3磨削加工将上述旋压加工合格的辊子安装在磨床上，按图纸技术要求进行磨削加工，磨削至图纸成品尺寸，表面粗糙度达图纸要求。5、磁粉探伤、硬度检査对经成品加工合格的热轧巻取机助巻辊进行磁粉探伤检验，质量标准为无夹渣、未熔合、未焊透、裂纹等焊接缺陷，合格之后进行涂油、包装等待上机使用。以下以攀钢热轧巻取机助巻辊堆焊为例，其辊面规格为0380mmxl450mm(辊面直径x辊身长度)通过具体焊丝直径为①2.5mm、。3.0mm、。4.0mm三个规格对本发明进一步详述。试验例l选用规格为02.5mm药芯焊丝进行堆焊，制造热轧巻取机助巻辊将堆焊辊面直径车削加工至(D-6)mm后经过探伤，没有影响使用和辊子表面堆焊的缺陷，采用实施例1制作的镍基焊丝试样1配HJl07焊剂进行堆焊。电源极性直流反接；焊接电流220300A;焊接电压2832V;焊接速度200250mm/min;焊丝干伸长2528mm;偏心距2528mm;搭接量相邻焊道搭接50-60%;堆焊层数12层，在具体堆焊时堆焊厚度要保证成品尺寸加工，保证轧辊成品的单边有效使用厚度达3mm。堆焊前辊面直径为^374mm，堆焊后辊面直径为0384mm，所用焊丝为76kg，焊剂为92kg。经过焊后机加工等后续处理后，表面硬度可达HRc52.6，使用过程中不粘钢，使用18个月后未见损坏痕迹。而采用原有方法堆焊制造同样规格的助巻辊时，堆焊前辊面直径需车削至0364mm，堆焊时要先堆焊一层过渡层，之后再堆焊工作层，辊面直径堆焊至0+(46)mm。当堆焊后辊面直径为^384mm，所用焊丝为149kg，焊剂为178kg。同比，采用本发明方法，焊材消耗节约焊丝为73kg，节约焊剂为86kg。试验例2选用规格为03.0mm药芯焊丝进行堆焊，制造热轧巻取机助巻辊将堆焊辊面直径车削加工至(D-6)mm后经过探伤，没有影响使用和辊子表面堆焊的缺陷，采用实施例1制作的药芯焊丝试样2配HJ107焊剂进行堆焊。电源极性直流反接；焊接电流300400A;焊接电压2832V;焊接速度300350mm/min;干伸长2830mm;偏心距2830mm;搭接量相邻焊道搭接50-60%;堆焊层数12层，在具体堆焊时堆焊厚度要保证成品尺寸加工，保证轧辊成品的单边有效使用厚度达3mm。经上堆焊工艺参数堆焊后，辊身直径可达0+(46)mm，之后待辊子表面温度降至室温后进行成品加工。堆焊前辊面直径为^374mm，堆焊后辊面直径为0385mm，所用焊丝为85kg，焊剂为102kg。经过焊后机加工等后续处理后，表面硬度可达HRc53，使用过程中不粘钢，使用26个月后未见损坏痕迹。而采用原有方法堆焊制造同样规格的助巻辊时，堆焊前辊面直径需车削至0364mm，堆焊时要先堆焊一层过渡层，之后再堆焊工作层，辊面直径堆焊至0+(46)mm。当堆焊后辊面直径为^385mm，所用焊丝为159kg，焊剂为190kg。同比，采用本工艺方案，焊材消耗节约焊丝为74kg，节约焊剂为88kg。试验例3选用规格为04.0mm药芯焊丝进行堆焊，制造热轧带钢巻取机助巻辊将堆焊辊面直径车削加工至(D-6)mm后经过探伤，没有影响使用和辊子表面堆焊的缺陷，采用实施例制作的药芯焊丝试样3配HJ107焊剂进行堆焊。电源极性直流反接；焊接电流350450A;焊接电压2933V;焊接速度350450mm/min;焊丝干伸长3035mm;偏心距3035mm;搭接量相邻焊道搭接5060%;堆焊层数l-2层，在具体堆焊时堆焊厚度要保证成品尺寸加工，保证轧辊成品的单边有效使用厚度达3.0mm。堆焊前辊面直径为^374mm，堆焊后辊面直径为0386mm，所用焊丝为91.5kg，焊剂为110kg。采用此堆焊工艺参数堆焊的助巻辊，辊身直径可达0+(46)mm。经过焊后机加工等后续处理后，表面硬度可达HRc53.5，使用过程中不粘钢，使用18个月后未见损坏痕迹。而采用原有方法堆焊制造同样规格的助巻辊时，堆焊前辊面直径需车削至0364mm，堆焊时要先堆焊一层过渡层，之后再堆焊工作层，辊面直径堆焊至0+(46)mm。当堆焊后辊面直径为^386mm，所用焊丝为166kg，焊剂为200kg。同比，采用本工艺方案，焊材消耗节约焊丝为74.5kg，节约焊剂为90kg。总之，采用本发明方法，焊前不预热，不需堆焊过渡层，不需保温，且堆焊量少，堆焊厚度只需堆焊一至二层，不做焊后热处理，工序简单，縮短了生产时间、改善了工人的工作环境、节约了能源，且易于保证修复制作的质量。采用本发明堆焊的辊子寿命能达原新辊水平的4-5倍以上，由原来的5-6月提高至2年以上，最高可达3年，且使用过程中不粘钢。权利要求权利要求1用于堆焊制造热轧卷取机助卷辊的药芯焊丝，其特征在于焊丝外皮为镍基，药芯组分如下低碳锰铁4.00～6.00wt％，铬32.00～36.00wt％，钼30.00～34.00wt％，钒0.30～0.50wt％，硅铁3.00～5.00wt％，铁6.00～12.00wt％，钨7.00～10.00wt％，钴粉2.50～3.00wt％，萤石6.00～10.00wt％。2.权利要求l所述用于堆焊制造热轧巻取机助巻辊的药芯焊丝的制备方法，其特征在于以镍带为药芯焊丝的外皮原料，以低碳锰铁，金属铬，金属钼，金属钒，硅铁，铁粉，钨粉，钴粉，萤石粉和铁合金作为药芯组分，制成药芯焊丝。3.根据权利要求2所述的制备用于堆焊制造热轧巻取机助巻辊的药芯焊丝的方法，其特征在于镍带轧制成"U"型并向"U"型内装填焊药，再将镍带轧制成"0"型，然后拉成断面为"0"型的药芯焊丝。4.一种堆焊制造热轧巻取机助巻辊的方法，其特征在包括以下步骤:辊心预处理一探伤检验一堆焊工作层一焊后机加工即得；其中，辊心预处理是指将堆焊辊面直径车削加工至(D-6)mm，公差为士O.15mm，D为助巻辊成品辊身直径；堆焊采用权利要求l所述药芯焊丝配焊剂作为堆焊材料，堆焊方法采用埋弧自动焊，使得堆焊后的工作层的化学成分质量百分数如下C《0.1，14.5《Cr《16.5，15《Mo《17，4.0《Fe《7.0，Co《2.5，0.1《V《0.2，3.0《W《4.5，Si《1.0，P《0.04，S《0.03，Ni余量。5.根据权利要求4所述的堆焊制造热轧巻取机助巻辊的方法，其特征在对于采用旧辊为辊心，将旧辊辊身的表面疲劳层和表面缺陷车削干净，辊面直径车削加工至(D-6)mm，公差为士O.15mm;对于旧辊辊身表面，经车削表面疲劳层和表面缺陷后，若尺寸达不到这要求时，要将其尺寸进行焊补恢复至这一尺寸。6.根据权利要求4所述的堆焊制造热轧巻取机助巻辊的方法，其特征在焊后机加工包括车削加工和旋压加工。7.根据权利要求6所述的堆焊制造热轧巻取机助巻辊的方法，其特征在通过上述车削和尺寸恢复后，以保证轧辊堆焊后，轧辊成品的单边有效使用厚度至少达3mm。全文摘要本发明涉及用于堆焊制造热轧卷取机助卷辊的药芯焊丝及堆焊方法，属于堆焊
技术领域：
。针对目前堆焊工艺制造的助卷辊易粘钢的问题，本发明提供一种堆焊制造热轧卷取机助卷辊的药芯焊丝及堆焊方法。焊丝外皮为镍基，药芯组分低碳锰铁4.00～6.00wt％，铬32.00～36.00wt％，钼30.00～34.00wt％，钒0.30～0.50wt％，硅铁3.00～5.00wt％，铁6.00～12.00wt％，钨7.00～10.00wt％，钴粉2.50～3.00wt％，萤石6.00～10.00wt％。采用该焊丝对助卷辊进行堆焊修复制造，焊前不预热，不需堆焊过渡层，不需保温，且堆焊量减少一倍以上，不需焊后热处理，重要的是堆焊后使用寿命能达原新辊水平的45倍以上，且使用过程中不粘钢。文档编号B23K35/24GK101412158SQ20081030587公开日2009年4月22日申请日期2008年12月1日优先权日2008年12月1日发明者杨建明,邹宏军申请人:攀枝花钢城集团有限公司