201 CS焊丝的应用试验
2019-07-09王熙琳
王熙琳
(天津市冶金新技术开发推广中心有限公司 天津 300050)
引言
轧辊是轧钢生产中的工艺件,特点是价格高,消耗量大。而且其质量的好坏,不仅直接关系到其使用周期,对所轧制钢材的质量,特别是表面质量,产品产量以及产品成本核算都会产生非常大的影响。而采用堆焊修复(或制造)的复合轧辊,在降低轧辊的(制造)成本的同时,也提高了轧辊综合性能,降低了轧辊的消耗量,提高了轧机的作业率和钢材产品的质量。
高合金含量的大型冷轧和热轧支撑辊,其工作状态是一种较大的交变应力状态,要求即要有良好的韧性还要有适中的硬度,这就给堆焊带来一定的技术困难,多年来随着药芯焊丝性能的不断提高,广大钢厂也逐渐认可了经过堆焊的支撑辊。
但大直径冷轧支承辊的辊面修复一直是各个修复专业厂的难点,特别是堆焊材料的选用。本文就201CS焊丝在我厂的试验情况做一阐述。
1 实验材料与设备
1.1 材料
试棒材料:45#钢
焊丝:201CS
焊剂:501
1.2 设备
进行试棒埋弧堆焊时采用ZD5(L)一630堆焊机床,焊后热处理采用45Kw箱式炉,焊后加工试棒采用C640车床、铣床和线切割设备,硬度测试采用HBRV-187.5硬度计,堆焊层、过渡层及基体的微观组织的观察采用光学显微镜及数码摄像显微镜。
2 试验过程
堆焊全过程包括预处理、堆焊和焊后热处理等工序,其工艺流程如下:坯料——加工成棒料——预热——堆焊——焊后热处理——检测焊层表面硬度——切割试棒——检测试棒断面硬度——观察堆焊层、过渡层及基体的微观组织。
2. 1 试棒加工
加工后的棒料:¢145*540
2.2 堆焊前的预热
为了达到堆焊过程中堆焊金属及热影响区的缓慢冷却的目的,降低淬硬倾向并减少焊接应力,防止母体材料和堆焊材料在堆焊过程中出现裂纹,所以需要进行堆焊前的预热,同时依据母材以及堆焊材料的碳含量和合金含量来确定预热的温度。
2.3 堆焊过程
为避免堆焊材料发生相变及淬回火效应,应使整个堆焊层焊完之后在热处理电炉中同时进行焊接内部的转变,因此堆焊过程中必须控制预热及层间温度,只有这样才能保证堆焊层的组织、硬度。
堆焊时使用具有下降电源特性 (指采用自动埋弧堆焊方法)的直流电源,采用专业堆焊设备,进行圆周方向连续自动堆焊,坚决杜绝中途停止的现象,直至焊至规定尺寸。
为保证堆焊质量防止辊身两端出现“缺肉”,采取先在辊身的两端沿圆周方向堆焊一周,然后再进行螺旋线堆焊的方法。同时堆焊时各堆焊层间的焊道位置相瓦错开1/2焊道宽度,已达到保证各堆焊层间硬度的均匀性要求。
要求:
焊接电流:380A
焊接电压:28V
焊接速度:550mm/min
堆焊:首先用510焊丝沿试棒圆周方向连续螺旋堆焊一遍,然后用20lcs焊丝在510焊丝的基础上沿试棒圆周方向连续螺旋堆焊,直至焊至规定尺寸。
2. 4堆焊后的热处理
为了改善焊后组织和消除焊接应力的目的,堆焊后要进行焊后热处理,焊后热处理还可以形成二次硬化,进一步提高轧辊堆焊工作表层面的硬度和耐磨性。
对堆焊轧辊进行回火处理时,炉内的升温速度要慢,这是为了保证温度均匀;在降温过程中,也应缓慢冷却,这是为了避免产生新的应力。为保证材料的性能能够达到最大的发挥,采用中温回火,以产生充分的强化效应。待轧辊逐渐冷却至150℃以下时出炉,并在无风空气中自然冷却至室温。
堆焊后的热处理是在45KW箱式电阻炉中进行,热处理温度为520℃。
2.5 热处理后检查、机加工和性能测试
2.5.1 试棒经热处理后首先检查焊层表面硬度:HRc45—47。
2.5.2 将试棒进行切削加工,加工成¢170*15试块,随后磨削该试块断面,检测其试棒断面硬度变化。
试棒断面硬度变化:
2.5.3 用线切割设备切割¢170*15试块,制备成金相试样检测堆焊层和过渡层的微观组织结构。
3 结果与讨论
3.1 硬度变化
在堆焊层与基体之间的过渡层硬度逐渐下降。其主要原因是由于基体和堆焊层之间的一定区域内存在原子扩散,使基体与堆焊层之间出现过渡层,出现硬度比基体硬度高而比堆焊层硬度低的状况,即基体堆焊层具有稀释作用。
3.2 组织结构
图l和图2为堆焊层的横截面微观组织结构图,堆焊层的平均厚度为35mm。从图中可以看出堆焊层与基体之间形成一层过渡层,即在一定区域内基体与堆焊层之间存在原子扩散,堆焊层与基体的界面达成冶金结合,由显微组织可以看出堆焊层组织比基体组织细小。
图1
图2
图3
图4
图3 和图4为堆焊过渡层和堆焊层的微观组织结构图,堆焊过渡层的组织是针状马氏体组织,它具有硬度高、韧性低、脆性大、伸长率和断面收缩率小的特点。堆焊层是典型的板条状马氏体组织,可以分辨出不同的马氏体板条间的边界。它具有良好的强度和韧性。
结语
(1)堆焊层的硬度值符合冷轧支承辊的硬度要求。
(2)堆焊层的微观组织符合冷轧支承辊的使用要求。
(3)201CS焊丝可以应用于堆焊层冷轧支承辊。