用于水泥行业辊压机的挤压辊及其制造方法与流程

本发明属于废旧辊再制造工程技术领域，具体涉及一种用于水泥行业辊压机的挤压辊及其制造方法。

背景技术：

现阶段，中国经济的持续高速发展以及重工业化趋势，使得中国相对缺乏的自然资源正在承受巨大的压力。在此背景下，追求建设减量化(Reduce)、再利用(Reuse)、再循环(Recycle)和再制造(Remanufacture)的“4R”循环经济发展模式，进而改变长期以来单纯追求规模和速度的发展理念，不仅是一种政策导向，而且正在被越来越多的业界人士所认同。

再制造工程是一个发展迅速的新兴研究领域和新兴产业。我国从1999年开始将再制造工程作为一门学科体系加以全面研究并推广。再制造工程是以产品全寿命周期理论为指导，以废旧产品实现再生利用为目标，以优质、高效、节能、节材、环保为准则，以先进技术和产业化生产为手段，进行修复、改造废旧产品的一系列技术措施或工程活动的总称。简言之，再制造工程是废旧产品高科技维修的产业化。再制造工程的研究对象既可以是整机、系统、设施，也可以是其零部件等。

2011年，我国钢铁行业的生产继续保持较快增长。从累计产量来看，粗钢产量累计达到6.83亿吨，同比增长8.89％，钢材累计产量达到8.81亿吨，同比增长12.3％。继续保持世界钢铁产量第一的位置，约占全世界的50％。

钢铁冶金行业是国家的基础行业，也是国家的重工业，其生产设备零件繁多，大部分是在高(交变)应力、高热应力的恶劣环境下工作，如连铸辊、校直辊、槽型辊、半钢辊、支撑辊、助卷辊、夹送辊、输送辊、铸管辊、热(冷)轧工作辊等。由于摩擦、磨损等各种原因的存在，要维持设备的正常运转，每年将消耗大量的备用备件。在这些设备中，各种轧辊无疑是其中最关键的设备零件，其消耗量大，价格昂贵。

现阶段的钢铁企业的大型轧辊使用到达寿命后首先采用更换位置的方式处理，最后以废铁的方式处理。有的大型轧辊重量达30吨以上，新品购买价格超过100万，这类大型轧辊本身蕴含的附加值非常大。传统的处理方式造成了资源的巨大浪费。

因此，目前存在的问题是需要研究开发一种处理大型废旧轧辊的工艺来避免或减少资源浪费。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种水泥行业辊压机的挤压辊及其制备方法。将钢铁行业废旧辊通过再制造方法制得水泥行业辊压机的挤压辊，不仅解决了目前钢铁行业大量废旧辊采用传统回炉方式造成的附加值浪费问题，降低了传统回炉工艺带来的环境污染问题，而且能够大大降低水泥行业辊压机挤压辊的制造成本，同时制造的水泥行业辊压机的挤压辊性能稳定，能够满足实际应用要求。

为此，本发明第一方面提供了一种用于水泥行业辊压机的挤压辊，其以钢铁行业废旧辊为原料，通过在去除了疲劳层的废旧辊的表面直接堆焊形成梯度堆焊层或镶嵌复合辊套制得挤压辊粗品，然后再在挤压辊粗品表面制备硬化层或者对挤压辊粗品表面进行磨光处理制得。

根据本发明，所述梯度堆焊层沿挤压辊粗品径向由内到外依次包括止裂层、过渡层和硬面层；其中，所述止裂层以重量计含有以下元素：Ni 0.3％-2％、Cr4％-9％、Si 0.3％-1％、Mn 0.3％-1.5％、Co 0.1％-0.5％以及余量的Fe；所述过渡层以重量计含有以下元素：Cr 23％-28％、Si 0.3％-1％、Mn 0.3％-1.5％、C 3％-4％、Mo 1％-2％以及余量的Fe；所述硬面层以重量计含有以下元素：Cr 26％-30％、Si0.3％-1％、Mn 0.3％-1.5％、C 3％-5％、Mo 1％-2％、Nb 5％-8％以及余量的Fe。

在本发明的一些实施例中，在所述梯度堆焊层中，所述止裂层的厚度为6-10mm；所述过度层的厚度≤35mm，优选所述过度层的厚度为35-42mm；所述硬面层的厚度为12-15mm。

根据本发明，所述复合辊套沿其径向由内到外依次包括内层、双金属熔合层和外层；其中，所述内层材料为35CrMo钢；外层材料为20MnCr₅钢；双金属熔合层材料为35CrMo钢/20MnCr₅钢。

在本发明的一些实施例中，所述内层的厚度为300-600mm；所述双金属熔合层的厚度为40-45mm；所述外层的厚度为12-15mm。

在本发明的一些实施例中，所述硬化层的材质为高Cr材质。所述硬化层的厚度为30-60mm。

本发明第二方面提供了一种如本发明第一方面所述挤压辊的制备方法，包括：

步骤B，沿径向去除钢铁行业废旧辊工作面的疲劳层，制得去除了疲劳层的废旧辊；

步骤C，对去除了疲劳层的废旧辊进行表面修复处理，制得挤压辊粗品；

步骤D，对挤压辊粗品进行表面加工处理，制得水泥行业辊压机的挤压辊；

其中，所述表面修复处理包括堆焊处理或镶套处理。

根据本发明，在步骤C中，将去除了疲劳层的废旧辊的工作面外径与水泥行业辊压机的挤压辊的工作面外径进行比较：当二者差值＜150mm时，采用堆焊处理的方式进行表面修复处理；当二者差值≥150mm时，采用镶套处理的方式进行表面修复处理。

在本发明的一些实施例中，所述堆焊处理包括在去除了疲劳层的废旧辊的工作面直接堆焊形成梯度堆焊层；所述梯度堆焊层沿挤压辊粗品径向由内到外依次包括止裂层、过渡层和硬面层。

根据本发明，所述镶套处理包括：

步骤M，以去除了疲劳层的废旧辊为辊芯制备复合辊套；

步骤N，将复合辊套镶嵌于辊芯上，组合形成水泥行业辊压机的挤压辊粗品；

其中，所述复合辊套的内径与辊芯的外径相等。

在本发明的一些实施例中，在步骤D中，所述表面加工处理包括在挤压辊粗品表面制备硬化层或者对挤压辊粗品表面进行磨光处理。

在本发明的另一些实施例中，在步骤B中，在去除钢铁行业废旧辊径向工作面的疲劳层之前先测定钢铁行业废旧辊径向工作面的疲劳层的厚度。

根据本发明方法，所述方法还包括在步骤B之前的步骤A，沿轴向对钢铁行业废旧辊工作面进行机加工处理，使得钢铁行业废旧辊工作面的轴向长度与水泥行业辊压机的挤压辊的轴向长度相同。

附图说明

下面结合附图来对本发明作进一步详细说明。

图1为钢铁行业废旧辊示意图。

图2为采用镶套处理的方式对去除了疲劳层的废旧辊进行表面修复处理的示意图；图中附图标记的含义如下：1疲劳层的废旧辊；2复合辊套；3挤压辊粗品；11内层；12双金属熔合层；13外层。

图3为采用堆焊处理的方式制得的挤压辊示意图；图中附图标记的含义如下：1疲劳层的废旧辊；2′梯度堆焊层；3挤压辊粗品；21止裂层；22过渡层；23硬面层。

具体实施方式

为使本发明容易理解，下面将结合附图来详细说明本发明。

如前所述，现阶段的钢铁企业使用的大型轧辊如图1所示，其本身蕴含的附加值非常大，传统的处理方式造成了资源的巨大浪费；而且，目前由于缺乏相应的材料和技术，采用堆焊技术再制造后直接恢复该类辊的原有功用，存在一定的技术问题，但是发明人研究发现，通过升级再制造将该类城市矿产再制造后用于其它领域将能够最大程度的保留其附加值，实现循环经济。发明人进一步研究发现，将钢铁行业废旧辊表面的疲劳层去除后，再采用堆焊处理或镶套处理的方式对去除了疲劳层的废旧辊表面进行修复处理，可以制得一种水泥行业辊压机的挤压辊，这不仅解决了目前钢铁行业大量废旧辊采用传统回炉方式造成的附加值浪费问题，降低了传统回炉工艺带来的环境污染问题，而且能够大大降低水泥行业辊压机挤压辊的制造成本。

因此，本发明所涉及的挤压辊的制备方法包括：

步骤B，沿径向去除钢铁行业废旧辊工作面的疲劳层，制得去除了疲劳层的废旧辊；

步骤C，对去除了疲劳层的废旧辊进行表面修复处理，制得挤压辊粗品；

步骤D，对挤压辊粗品进行表面加工处理，制得水泥行业辊压机的挤压辊；

其中，所述表面修复处理包括堆焊处理或镶套处理。

根据本发明的一些实施方式，在步骤C中，将去除了疲劳层的废旧辊的工作面外径与水泥行业辊压机的挤压辊的工作面外径进行比较：当二者差值＜150mm时，采用堆焊处理的方式进行表面修复处理；当二者差值≥150mm时，采用镶套处理的方式进行表面修复处理。

在本发明的一些实施例中，如图3所示，所述堆焊处理包括在去除了疲劳层的废旧辊1的工作面直接堆焊形成梯度堆焊层2′，制得挤压辊粗品3；所述梯度堆焊层沿挤压辊粗品径向由内到外依次包括止裂层21、过渡层22和硬面层23。

在本发明的一些进一步的实施例中，所述止裂层以重量计含有以下元素：Ni0.3％-2％、Cr 4％-9％、Si 0.3％-1％、Mn 0.3％-1.5％、Co 0.1％-0.5％以及余量的Fe；所述过渡层以重量计含有以下元素：Cr 23％-28％、Si 0.3％-1％、Mn 0.3％-1.5％、C 3％-4％、Mo 1％-2％以及余量的Fe；所述硬面层以重量计含有以下元素：Cr26％-30％、Si 0.3％-1％、Mn 0.3％-1.5％、C 3％-5％、Mo 1％-2％、Nb 5％-8％以及余量的Fe。

本发明中，所述梯度堆焊层中各层的厚度根据挤压辊和废旧辊的具体尺寸进行设计，例如，止裂层的厚度为6-10mm；过度层的厚度为总的厚度减去止裂层的厚度和硬面层的厚度，通常情况下过度层的厚度≤35mm，优选过度层的厚度为35-42mm；硬面层的厚度为12-15mm。

根据本发明的一些实施方式，如图2所示，所述镶套处理包括：

步骤M，以去除了疲劳层的废旧辊1为辊芯制备复合辊套2；

步骤N，将复合辊套2镶嵌于辊芯1上，组合形成水泥行业辊压机的挤压辊粗品3；

其中，所述复合辊套2的内径与辊芯1的外径相等。

所述复合辊套沿其径向由内到外依次包括内层11、双金属熔合层12和外层13；其中，所述内层材料为35CrMo钢；外层材料为20MnCr₅钢；双金属熔合层材料为35CrMo钢/20MnCr₅钢。

本发明中，所述复合辊套中各层材料的厚度根据挤压辊和废旧辊的具体尺寸进行设计，例如，内层的厚度为300-600mm；双金属熔合层的厚度为40-45mm；外层的厚度为12-15mm。

本发明中，复合辊套可以理解为复合耐磨辊套，其采用双金属离心复合铸造技术制造，复合辊套具有表面硬度高，耐磨损、内层硬度适宜、便于加工镶嵌的特点。

本发明中，通过嵌套处理制成的复合辊套沿其径向由内到外依次所包含的内层、双金属熔合层和外层实际上是在辊芯外表面构成了梯度合金耐磨层；而通过堆焊处理在去除了疲劳层的废旧辊的工作面直接形成的梯度堆焊层也可以理解为去除了疲劳层的废旧辊的工作面表面的梯度合金耐磨层。这样两种表面修复处理工艺制备的表面由梯度合金耐磨层形成的再制造产品性能均能满足辊压机挤压辊的要求。

根据本发明，在步骤D中，所述表面加工处理包括在挤压辊粗品表面制备硬化层或者对挤压辊粗品表面进行磨光处理。

在本发明的一些实施例中，所述硬化层的材质为高Cr材质。所述硬化层的厚度为30-60mm。

根据本发明，在步骤B中，在去除钢铁行业废旧辊径向工作面的疲劳层之前先测定钢铁行业废旧辊径向工作面的疲劳层的厚度。

在本发明的一些实施例中，例如，在去除钢铁行业废旧辊径向工作面的疲劳层之前，可以通过无损检测技术确认钢铁行业废旧辊径向工作面的疲劳层深度，然后去除废旧辊工作面表面的疲劳层，并根据挤压辊图纸对尺寸的要求制定下一步加工方案。

根据本发明，所述方法还包括在步骤B之前的步骤A，沿轴向对钢铁行业废旧辊工作面进行机加工处理，使得钢铁行业废旧辊工作面的轴向长度与水泥行业辊压机的挤压辊的轴向长度相同。

在本发明的一些具体实施例中，例如，可以根据水泥行业辊压机的挤压辊图纸的要求，选择尺寸类似或相近的钢铁行业废旧辊，并沿轴向将废旧辊工作面以外的部位采用机加工方式加工到要求的尺寸。

基于上述可以理解，本发明所涉及的用于水泥行业辊压机的挤压辊是以钢铁行业废旧辊为原料，通过在去除了疲劳层的废旧辊的表面直接堆焊形成梯度堆焊层或镶嵌复合辊套制得挤压辊粗品，然后再在挤压辊粗品表面制备硬化层或者对挤压辊粗品表面进行磨光处理制得。

在本发明的一些实施例中，所述梯度堆焊层沿挤压辊粗品径向由内到外依次包括止裂层、过渡层和硬面层；其中，所述止裂层以重量计含有以下元素：Ni0.3％-2％、Cr 4％-9％、Si 0.3％-1％、Mn 0.3％-1.5％、Co 0.1％-0.5％以及余量的Fe；所述过渡层以重量计含有以下元素：Cr 23％-28％、Si 0.3％-1％、Mn 0.3％-1.5％、C 3％-4％、Mo 1％-2％以及余量的Fe；所述硬面层以重量计含有以下元素：Cr26％-30％、Si 0.3％-1％、Mn 0.3％-1.5％、C 3％-5％、Mo 1％-2％、Nb 5％-8％以及余量的Fe。

本发明中，在所述梯度堆焊层中，止裂层的厚度为6-10mm，过度层的厚度为总的厚度减去止裂层的厚度和硬面层的厚度，过度层的厚度≤35mm，优选过度层的厚度为35-42mm；硬面层的厚度为12-15mm。

在本发明的另一些实施例中，所述复合辊套沿其径向由内到外依次包括内层、双金属熔合层和外层；其中，所述内层材料为35CrMo钢；外层材料为20MnCr₅钢；双金属熔合层材料为35CrMo钢/20MnCr₅钢。

本发明中，在所述复合辊套中，内层的厚度为300-600mm；双金属熔合层的厚度为40-45mm；外层的厚度为12-15mm。

在本发明的又一些实施例中，所述硬化层的材质为高Cr材质。所述硬化层的厚度为30-60mm。

本发明中所述用语“无损检测技术”是指采用X射线无损检测设备检测废旧辊表面存在的裂纹、气孔或疲劳层等缺陷的方法。

本发明中所述用语“工作面”是指柱体或辊体的沿径向由内到外的外表面。

本发明中所述用语“35CrMo钢”是指牌号为35CrMo的合金结构钢(合金调质钢)，其执行标准为GB/T3077-1999。

本发明中所述用语“20MnCr₅钢”是指牌号为20MnCr₅的合金结构钢(渗碳钢)，其为从德国引进的钢号，其执行标准为EN 10084-2008或EN 10084-1998(欧洲标准)。

本发明中所述用语“高Cr材质”是指高铬铸铁，其执行标准为GB/T8263。

本发明的水泥行业辊压机的挤压辊及其制备方法具有如下优点：

(1)本发明的水泥行业辊压机的挤出辊制造成本大大降低，而该水泥行业辊压机的挤出辊的使用寿命不低于水泥行业辊压机挤压辊新品的使用寿命，且性能稳定，满足水泥行业辊压机的挤压辊的要求；

(2)将钢铁行业废旧辊通过再制造生产水泥行业辊压机的挤出辊，解决了目前钢铁行业大量废旧辊采用回炉方式造成的附加值浪费问题，最大程度地保留了钢铁行业废旧辊的附加值，降低了传统回炉工艺带来的环境污染问题。

实施例

为使本发明更加容易理解，下面将结合实施例来来进一步详细说明本发明，这些实施例仅起说明性作用，并不局限于本发明的应用范围。本发明中所使用的原料或组分若无特殊说明均可以通过商业途径或常规方法制得，而下列实施例中未提及的具体实验方法，通常按照常规实验方法进行。

实施例1：

采用本发明方法将尺寸为材质为Cr₅的钢厂用的大型废旧支承辊再制造成水泥厂辊压机的挤压辊，挤压辊的尺寸为

(1)沿轴向对钢厂用的废旧支承辊工作面进行机加工处理，使得钢厂用的废旧支承辊工作面的轴向长度与水泥厂辊压机的挤压辊的轴向长度相同，将废旧支承辊外形尺寸加工到水泥厂辊压机的挤压辊的尺寸。

(2)工作面沿直径方向去除60mm的疲劳层，制得去除了疲劳层的废旧支承辊。

(3)将除了疲劳层的废旧支承辊的工作表面外径与水泥厂辊压机的挤压辊的工作面外径进行比较，二者差值为60mm，显然二者差值＜150mm，因此采用堆焊处理的方式进行表面修复处理：如图3所示，在去除了疲劳层的废旧支承辊1的工作面直接堆焊形成梯度堆焊层2′，制得水泥厂辊压机的挤压辊粗品3。

所述梯度堆焊层2′沿挤压辊粗品径向由内到外依次包括止裂层21、过渡层22和硬面层23。

上述梯度堆焊层中，止裂层的厚度为6-10mm；过度层的厚度为35-42mm；硬面层的厚度为12-15mm。

上述梯度堆焊层中，所述止裂层以重量计含有以下元素：Ni 0.3％-2％、Cr4％-9％、Si 0.3％-1％、Mn 0.3％-1.5％、Co 0.1％-0.5％以及余量的Fe；所述过渡层以重量计含有以下元素：Cr 23％-28％、Si 0.3％-1％、Mn 0.3％-1.5％、C 3％-4％、Mo 1％-2％以及余量的Fe；所述硬面层以重量计含有以下元素：Cr 26％-30％、Si0.3％-1％、Mn 0.3％-1.5％、C 3％-5％、Mo 1％-2％、Nb 5％-8％以及余量的Fe。

(4)对挤压辊粗品进行表面加工处理，在挤压辊粗品表面制备硬化层，制得水泥厂辊压机的挤压辊。

上述硬化层的材质为高Cr材质，其的厚度为30-60mm。

经检测，结果表明，采用堆焊技术制备多层梯度堆焊层，由此制得的水泥厂辊压机的挤压辊，既改善基材的抗冲击性能又提高表面的耐磨性能；该水泥厂辊压机的挤压辊的使用寿命不低于水泥行业辊压机挤压辊新品的使用寿命。

实施例2

采用本发明方法将尺寸为材质为Cr₅的钢厂用的大型废旧支承辊再制造成水泥厂辊压机的挤压辊，挤压辊的尺寸为

(1)沿轴向对钢厂用的废旧支承辊工作面进行机加工处理，使得废旧支承辊工作面的轴向长度与水泥厂辊压机的挤压辊的轴向长度相同，将废旧支承辊外形尺寸加工到挤压辊的尺寸。

(2)工作面去除疲劳层后沿直径方向去除60mm的疲劳层，制得去除了疲劳层的废旧支承辊。

(3)将除了疲劳层的废旧支承辊的工作表面外径水泥厂辊压机的挤压辊的工作面外径进行比较，二者差值为660mm，显然二者差值＞150mm，因此采用镶套处理的方式进行表面修复处理：如图2所示，先以去除了疲劳层的废旧支承辊1为辊芯采用双金属离心复合铸造技术制造复合辊套2，再将复合辊套镶2嵌于辊芯1上，组合形成水泥厂辊压机的挤压辊粗品3，所述复合辊套2的内径与辊芯1的外径相等。复合辊套2沿其径向由内到外依次包括内层11、双金属熔合层12和外层13。

上述所述复合辊套中，内层的厚度为300-600mm；双金属熔合层的厚度为40-45mm；外层的厚度为12-15mm。

上述复合辊套中，所述内层材料为35CrMo钢；外层材料为20MnCr₅钢；双金属熔合层材料为35CrMo钢/20MnCr₅钢。

(4)对挤压辊粗品进行表面加工处理，对挤压辊粗品表面进行磨光处理，制得水泥厂辊压机的挤压辊。

经检测，结果表明，由于复合辊套内部是韧性良好的合金层，外部是耐磨合金层，由此制得的水泥厂辊压机的挤压辊，既改善了基材的抗冲击性能又提高了辊套表面的耐磨性能；水泥厂辊压机的挤压辊的使用寿命不低于水泥行业辊压机挤压辊新品的使用寿命。

应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。