專利名稱：軋輥缺陷修復鑄接劑及其鑄接工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種對軋輥的輥頸進行鑄接和修復時選用的軋輥缺陷修復鑄接劑及其鑄接工藝。
背景技術：
鑄鋼產品在鑄造生產時由于鋼水溫度高，凝固區域大，導熱系數低，以及體線收縮量大等特點，凝固收縮時產生的內應力很大，往往在鑄件薄弱部分、厚大部位以及熱節圈邊緣部位產生局部裂紋、斷裂以及內部大面積疏松等缺陷。一般小型碳素低碳鑄鋼件、非重要部件產生此類缺陷后有的可以焊接挽救。對于受力較大的大型合金鋼鑄件，尤其高碳高合金大型鑄件產生缺陷則往往是致命的，不可挽救的。局部的鑄造缺陷導致整個幾十噸、甚至上百噸鑄件的報廢，對鑄造廠家來講，經濟效益的損失是慘重的。因此，多年來尋找一個穩妥可靠的補救措施一直是眾多鑄造廠家追求的目標。鑄鋼軋輥品種從小型線材軋機用輥到大型初軋機用輥，冷熱連軋機用復合鑄鋼支承輥，規格從Φ 200到Φ 1570有幾十種。鑄鋼軋輥一般含炭量0. 7%-2.洲之間，屬于高碳合金鋼，軋輥是軋鋼的關鍵備件。軋鋼過程中，它不但承受著巨大的扭矩，而且在鋼材變形抗力的作用下，還承受著成百噸甚至上千噸的制軋壓力。因此，對于輥身和上、下輥頸既要有足夠的硬度，又要求有足夠的強度和韌性，特別是輥頸強度，是軋輥重要技術要求之一。生產高碳合金鋼輥(含C 1. 5%-2.洲之間，以下簡稱半鋼輥)，尤其是特大斷面積半鋼輥時， 由于其凝固力收縮量大，導熱率低，凝固收縮時所產生的內應力較大，往往凝固過程中在軋輥的上輥頸熱節圈邊緣處產生環裂、內裂或中心部位粗大、疏松，超聲波探訪超標，而導致軋輥報廢。并且鑄鋼軋錕一般都為過共析合金鋼，尤其半鋼錕屬于變碳合金，鋼鑄在生產中極易在上錕頸產生環裂、斷裂及內部大面積疏松等缺陷。該類產品每支重量在10—30噸， 價值10 — 30萬元，因為上述原因而報廢的產品非常多，對于廠家經濟效益影響較大，對此廠家一方面從工藝上嚴格控制，另一方面，積極尋求該類產品缺陷的解救方法，渴望能找到一種穩妥可靠的解救措施。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術中存在的不足而提供一種在對輥頸鑄接和修復時采取鋁熱鑄接劑焊接方法，并具有操作簡單、結合性能好、強度高特點的軋輥缺陷修復鑄接劑及其鑄接工藝。本發明的目的是這樣實現的
一種軋輥缺陷修復鑄接劑，其特征在于采用鋁熱化學反應原理，由還原金屬鋁和氧化金屬氧化鐵以及用來調節反應溫度及增加鋼水量的鐵釘頭組成，利用鋁熱反應瞬間產生的高溫鋼水將鑄接面熔化，隨后迅速注入鋼水，使之與原母體熔為一體；其配方按照如下重量份數的原料構成鋁粉1. 5份、氧化鐵5. 1份、鐵釘頭1. 0份、錳鐵粉0. 2份、鉻鐵粉0. 03份、 釩鐵粉0.015份。
一種軋輥缺陷修復鑄接工藝，其特征在于按照如下步驟進行
步驟1 首先鑄接前整個錕坯要進行粗加工，留出熱處理變形粗加工量，從缺陷外將缺陷以上部分(Al)，全部加工掉成平頭，鑄接面要加工成表面粗糙度達12. 5微米的要求；
步驟2 鑄接錕坯鑄接要進行整體預熱，整體預熱溫度要達到450—500°C，保溫8個小時，在鑄接的鋼水出鋼前合上上下兩個模箱，鑄接前要保證讓鑄接面溫度達250°C以上； 步驟3 電爐冶煉所接錕子同材質的鋼水，出鋼溫度高于40°C ； 步驟4:鑄接錕接口尺寸要求
上下鑄接錕頸成品尺寸必須大于200mm以上，且上下錕頸的高度與錕身直徑之間必須滿足下列關系
錕身直徑小于且等于250毫米時，上下錕頸的高度不小于250毫米； 錕身直徑為500毫米到800毫米時，上下錕頸的高度不小于350毫米； 錕身直徑為800到1000毫米時，上下錕頸的高度不小于450毫米； 錕身直徑為1000到1200毫米時，上下錕頸的高度不于550毫米； 錕身直徑大于且等于1200毫米時，上下錕頸的高度不小于650毫米。步驟5 鑄接錕合箱的選用
鑄接件錕預熱出爐后迅速吊入已扣好型模內，合箱等待澆注，根據軋錕規格不同，合箱方式分為兩種錕身直徑大于1200毫米的大型鑄鋼軋錕，合箱后型內通煤氣烘烤預熱，在錕身的上下部分分別裝制的熱電偶，接表控制烘烤溫度，確保鑄接溫度和鑄接后緩慢冷卻， 以保證鑄接效果；錕身直徑小于1200毫米的鑄鋼軋錕，合箱后即用煤氣直接烘烤鑄接面， 直到澆注前，溫度越高越好；
步驟6 鑄接錕按上述合箱要求標準后，出鋼實施鑄接澆注，出鋼使用傾翻包，鋼液表面扒渣后迅速傾翻澆注，或用直徑大于80毫米的大的水口底漏快速澆注；
步驟7 出鋼后，鋼包掉至型模上方后，將鑄接劑均勻撒于鑄接面上，加入量根據鑄接面的直徑大小不同按下列公式計算 Q 加入量=2 π I^hr/5 式中R——鑄接面半徑(1/2D) h——常數取IOOmm r——鋼水比重
按上述公式計算或查表，得出鑄接劑的加入量，然后按照加入量將鑄接劑均勻撒于鑄接面上，用高溫火柴點燃，待到鑄接劑充分反應，濃煙消失，渣子浮起后，立即迅速澆入鋼水，鋼水澆到400-500mm時，改為點澆冒口至澆滿；
步驟8:澆完后，對輥身直徑小于1200毫米，鑄接面直徑術Φ 550的鑄鋼軋輥，冒口采用保濕冒口及覆蓋劑復合處理，對輥身直徑大于1200毫米，鑄接面積大于550毫米的軋輥， 澆注完后冒口一般要進行電加熱處理，電加熱裝置采用直徑在100至150毫米電極加熱，工藝為
加熱時間電流控制
6min150Amp
15min800Amp
30min6OAmp1h400Amp
2h200Amp
步驟9 澆注后，接口處溫度與原來部分溫度相同時，方可開箱，開箱后的軋輥首先進行去應力退火處理，然后轉入軋輥正常后續工藝路線。本發明具有如下的積極效果為了充分檢查證實鑄接面的結合質量，我們實地解剖了一支Φ800*1700半鋼錕的鑄接面，分別做了原錕頸試樣抗拉強度。鑄接后錕頸抗拉強度及鑄接面抗拉強度對比試驗，鏈接結合面拉斷試驗以及結合面，金相組織檢驗(見廠軋錕研究所鑄接技術條件編制說明)試驗結果表面，原錕抗拉強度平均值為338mpa，鑄接后錕頸抗拉強度平均值為436mpa，鑄接面抗拉強度平均值為400mpa。可以得出鑄接后錕頸抗拉強度及結合面抗拉強度均高于原錕頸抗拉強度。鑄接面金相組織檢驗分析表面，鑄接面結合良好、無缺陷，組織為細等軸晶球光體及碳化物，而母材組織為大塊碳化物、網狀碳化物及粗大球光體。球化退火后，錕頸鑄接面強度拉斷試樣試驗結果表明，大部拉斷樣均斷在距結合面有一定距離的建材部分，由此可以證明鑄接部分與母材結合良好，無任何缺陷，鑄接后錕頸強度高于原錕頸強度，接合面組織孜密，組織及強度均優于原母材，鑄接技術是成功可靠的，并減少經濟損失。不僅用于半鋼錕錕頸鑄接，而且已廣泛用于其他產品，如普通合金鑄鋼軋錕、重要碳素鋼件、復合鑄鋼支承錕二次合箱等。事實證明，就材質而言它可分別適用于合金鑄鋼、 半鋼、復合鑄鋼、合金球鐵、合金鑄鐵等幾乎所有材質錕的鑄接。就形成而言它可分別適用
于(D軋錕在鑄造過程中錕頸斷裂或其他致命缺陷。(D軋錕使用過程中錕頸或梅花頭
折斷，重新鑄造。g)特大型軋錕超能力生產時因一次冶煉能力不夠工具不足或天車起重能
力不夠或廠房高度不夠等，都可以先鑄出主體部分，經加工后去掉一定的重量之后，再引鑄接出錕頸部分，是一種利用現代設備擴大生產能力的最好途徑。就規格而言，小到3. 5噸， 大到168噸軋錕均可采用，鑄接技術十分成功，效果十分理想。
圖1為本發明軋錕的結構示意圖。圖2為發明軋輥缺陷修復鑄接示意圖。圖3為本發明的缺陷軋錕的結構示意圖。
圖4為本發明的鑄接錕接口尺寸要求的對應關系表。
具體實施例方式如圖1、2、3、4所示，一種軋輥缺陷修復鑄接劑，其特征在于采用鋁熱化學反應原理，由還原金屬鋁和氧化金屬氧化鐵以及用來調節反應溫度及增加鋼水量的鐵釘頭組成， 利用鋁熱反應瞬間產生的高溫鋼水將鑄接面熔化，隨后迅速注入鋼水，使之與原母體熔為一體；其配方按照如下重量份數的原料構成
鋁粉1. 5份、氧化鐵5. 1份、鐵釘頭1. 0份、錳鐵粉0. 2份、鉻鐵粉0. 03份、釩鐵粉0. 015份。 一種軋輥缺陷修復鑄接劑及其鑄接工藝，其特征在于按照如下步驟進行
步驟1 首先鑄接前整個錕坯要進行粗加工，留出熱處理變形粗加工量，從缺陷外將缺陷以上部分(Al)，全部加工掉成平頭，鑄接面要加工成平穩表面值量達12. 5要求，
步驟2 鑄接錕坯鑄接要進行整體預熱，整體預熱溫度要達到450— 500°C，保溫足夠的時間，在鑄接的鋼水出鋼前合箱，鑄接前要保證讓鑄接面溫度達250°C以上。步驟3 電爐冶煉所接錕子同材質的鋼水，出鋼溫度高于平時規定上限40— 50 °C,
步驟4:鑄接錕接口尺寸要求
Φβ 必須大于成品尺寸200mm以上，h 必須與錕身直徑Φ的對應關系見圖4。 步驟5 鑄接錕合箱的選用
鑄接件錕預熱出爐后迅速吊入已扣好型模內，合箱等待澆注，根據軋錕規格不同，合箱方式分為兩種錕身直徑大于Φ 1200的大型鑄鋼軋錕，合箱后型內通煤氣烘烤預熱，在錕身的上下部分分別裝制的熱電偶，接表控制烘烤溫度，確保鑄接溫度和鑄接后緩慢冷卻，以保證鑄接效果；錕身直徑小于Φ 1200的鑄鋼軋錕，合箱后即用煤氣直接烘烤鑄接面，直到澆注前，溫度越高越好；
步驟6 鑄接錕按上述合箱要求標準后，出鋼實施鑄接澆注，出鋼最好造用傾翻包，鋼液表面扒渣后迅速傾翻澆注，或用大的水口(> Φ80)底漏快速澆注，
步驟7 出鋼后，鋼包掉至型模上方后，將鑄接劑均勻撒于鑄接面上，加入量根據鑄接面的直徑大小不同按下列公式計算 Q 加入量=2 π I^hr/5 式中R——鑄接面半徑(1/2D) h——常數取IOOmm r——鋼水比重
按上述公式計算或查表，得出鑄接劑的加入量，然后按照加入量將鑄接劑均勻撒于鑄接面上，即可用高溫火柴點燃，待到鑄接劑充分反應，濃煙消失，渣子浮起后，立即迅速澆入鋼水，鋼水澆到一定高度(400-500mm)時，改為點澆冒口至澆滿；
步驟8 澆完后，對輥身直徑小于Φ 1200，鑄接面直徑術φ 550的鑄鋼軋輥，冒口一般采用保濕冒口及覆蓋劑復合處理，對輥身直徑大于Φ 1200鑄接面積> Φ550πιπι的軋輥，澆注完后冒口一般要進行電加熱處理電加熱裝置采用Φ100-Φ150電極加熱，工藝為
步驟9 澆注后，接口處溫度與原來部分溫度相同時，方可開箱，開箱后的軋輥首先進行去應力退火處理，然后轉入軋輥正常后續工藝路線。
加熱時間
6min 15min
30min 1 h 2 h
電流控制 150Amp 800Amp 60Amp ■Amp 200Amp
權利要求
1.一種軋輥缺陷修復鑄接劑，其特征在于采用鋁熱化學反應原理，由還原金屬鋁和氧化金屬氧化鐵以及用來調節反應溫度及增加鋼水量的鐵釘頭組成，利用鋁熱反應瞬間產生的高溫鋼水將鑄接面熔化，隨后迅速注入鋼水，使之與原母體熔為一體；其配方按照如下重量份數的原料構成鋁粉1. 5份、氧化鐵5. 1份、鐵釘頭1. 0份、錳鐵粉0. 2份、鉻鐵粉 0. 03份、釩鐵粉0.015份。
2.一種軋輥缺陷修復鑄接工藝，其特征在于按照如下步驟進行步驟1 首先鑄接前整個錕坯要進行粗加工，留出熱處理變形粗加工量，從缺陷外將缺陷以上部分(Al)，全部加工掉成平頭，鑄接面要加工成表面粗糙度達12. 5微米的要求；步驟2 鑄接錕坯鑄接要進行整體預熱，整體預熱溫度要達到450—500°C，保溫8個小時，在鑄接的鋼水出鋼前合上上下兩個模箱，鑄接前要保證讓鑄接面溫度達250°C以上； 步驟3 電爐冶煉所接錕子同材質的鋼水，出鋼溫度高于40°C ； 步驟4:鑄接錕接口尺寸要求上下鑄接錕頸成品尺寸必須大于200mm以上，且上下錕頸的高度與錕身直徑之間必須滿足下列關系錕身直徑小于且等于250毫米時，上下錕頸的高度不小于250毫米； 錕身直徑為500毫米到800毫米時，上下錕頸的高度不小于350毫米； 錕身直徑為800到1000毫米時，上下錕頸的高度不小于450毫米； 錕身直徑為1000到1200毫米時，上下錕頸的高度不于550毫米； 錕身直徑大于且等于1200毫米時，上下錕頸的高度不小于650毫米。
3.步驟5:鑄接錕合箱的選用鑄接件錕預熱出爐后迅速吊入已扣好型模內，合箱等待澆注，根據軋錕規格不同，合箱方式分為兩種錕身直徑大于1200毫米的大型鑄鋼軋錕，合箱后型內通煤氣烘烤預熱，在錕身的上下部分分別裝熱電偶，接表控制烘烤溫度，確保鑄接溫度和鑄接后緩慢冷卻，以保證鑄接效果；錕身直徑小于1200毫米的鑄鋼軋錕，合箱后用煤氣直接烘烤鑄接面，直到澆注前，溫度越高越好；步驟6 鑄接錕按上述合箱要求標準后，出鋼實施鑄接澆注，出鋼使用傾翻包，鋼液表面扒渣后迅速傾翻澆注，或用直徑大于80毫米的大的水口底漏快速澆注；步驟7 出鋼后，鋼包掉至型模上方后，將鑄接劑均勻撒于鑄接面上，加入量根據鑄接面的直徑大小不同按下列公式計算 Q 加入量=2 π R2hr/5 式中R——鑄接面半徑(1/2D) h——常數取IOOmm r——鋼水比重按上述公式計算或查表，得出鑄接劑的加入量，然后按照加入量將鑄接劑均勻撒于鑄接面上，用高溫火柴點燃，待到鑄接劑充分反應，濃煙消失，渣子浮起后，立即迅速澆入鋼水，鋼水澆到400-500mm時，改為點澆冒口至澆滿；步驟8:澆完后，對輥身直徑小于1200毫米，鑄接面直徑術Φ550的鑄鋼軋輥，冒口采用保濕冒口及覆蓋劑復合處理，對輥身直徑大于1200毫米，鑄接面積大于550毫米的軋輥， 澆注完后冒口一般要進行電加熱處理，電加熱裝置采用直徑在100至150毫米電極加熱，工藝為加熱時間電流控制6min150Amp15min800Amp30min6OAmp1h400Amp2h200Amp步驟9 :澆注后，接口處溫度與原來部分溫度相同時，方可開箱，開箱后的軋輥首先進行去應力退火處理，然后轉入軋輥正常后續工藝路線。
全文摘要
本發明涉及一種對軋輥的輥頸進行鑄接和修復時選用的軋輥缺陷修復鑄接劑及其鑄接工藝，采用鋁熱化學反應原理，由還原金屬鋁和氧化金屬氧化鐵以及用來調節反應溫度及增加鋼水量的鐵釘頭組成，利用鋁熱反應瞬間產生的高溫鋼水將鑄接面熔化，隨后迅速注入鋼水，使之與原母體熔為一體；其配方按照如下重量份數的原料構成鋁粉1.5份、氧化鐵5.1份、鐵釘頭1.0份、錳鐵粉0.2份、鉻鐵粉0.03份、釩鐵粉0.015份，鑄接后錕頸強度高于原錕頸強度，接合面組織孜密，組織及強度均優于原母材，鑄接技術是成功可靠的，并減少經濟損失。
文檔編號B22D19/04GK102513518SQ20111044567
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月28日 優先權日2011年12月28日
發明者張傳浩 申請人:武漢金泉鋁熱焊接器材有限公司