明弧焊在连铸辊堆焊修复中的应用

论文摘要

在整个连铸生产工艺过程中,连铸辊是连铸设备的核心部件。连铸辊使用一段时间后,除了产生辊体弯曲变形外,辊面还会出现不同程度的网状裂纹、氧化腐蚀、磨损等破坏,直接影响连铸设备的作业率、生产成本和铸坯的质量,已严重制约着整条生产线的生产能力。而传统的埋弧堆焊（SAW）修复方法仍无法使连铸辊的使用寿命实现突破性的提高,采用新的修复方法来提高其寿命已势在必行。明弧焊（Open Arc Welding,OAW）是英国焊接合金有限公司在1994开发研制出400系列超低碳含氮药芯焊丝后推出的一种新的焊接方法。本文探究了连铸辊明弧堆焊修复后堆焊层的显微组织、硬度、耐磨性,同时与埋弧堆焊修复后辊道的使用性能进行了对比。本研究,设计了3种不同热输入下,对材质为21CrMoV5.11连铸辊明弧堆焊修复的试验方案。基础试验结果表明:按照选定的三种不同的热输入进行堆焊时,第一层堆焊金属的稀释率均较低,母材对第二、三层堆焊金属无稀释作用。堆焊金属组织特征为:全部为均匀细小的低碳马氏体+弥散分布的氮化物。焊丝中N元素的加入,抑制铁素体生长。以N代C,与合金中的Cr、V、Ti形成稳定的氮化物,高度弥散的氮化物提高材料的高温屈服强度、堆焊层的硬度、强度,特别是抗疲劳强度、耐磨性。在高温下氮与铬反应形成氮化物,消除了贫铬区,提高了焊道搭接区的抗腐蚀能力和高温抗腐蚀性。各堆焊层硬度分布较均匀,由于母材的稀释作用,第一层堆焊金属的硬度值比第二层和第三层略高。三个试样件的第三层由于没有受到母材的稀释作用,硬度相差不明显。三个试样的同一层的堆焊金属的硬度随线能量的增大逐渐升高,但总的来看变化不大。三种不同的热输入中,线能量为38KJ/cm的堆焊层耐磨性最好,平均失重比为2.1918。组织因素对耐磨性有着很大的影响,当马氏体的基体上存在一定量的氮化物时,这种高度弥散分布的氮化物在磨损过程中抑制裂纹扩展的作用。本研究的技术已在上海一钢机电有限公司承接宝钢不锈钢事业部连铸辊的堆焊修复项目中使用。通过与传统埋弧焊修复的连铸辊实际上线使用情况的对比发现:明弧焊设备简单,操作方便;工艺简单,成熟可靠,可连续高速堆焊;焊道稀释率低,辊面耐腐蚀、耐磨损性能好,平均使用寿命是传统埋弧焊的2～3倍;再修复成本低。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 连铸工艺
• 1.2 堆焊技术
• 1.3 堆焊技术在辊道修复上的应用
• 1.4 连铸辊的堆焊修复
• 1.5 明弧堆焊（Open Arc Welding OAW）的发展现状
• 1.6 本项目研究内容
• 1.7 小结
• 第二章 明弧堆焊的工艺试验
• 2.1 引言
• 2.2 试验材料
• 2.3 试验设备
• 2.4 明弧焊堆焊工艺
• 2.5 试验方法
• 2.6 小结
• 第三章 实验结果与分析
• 3.1 堆焊层化学成分分析
• 3.2 显微组织分析
• 3.3 堆焊层硬度分析
• 3.4 堆焊层耐磨性分析
• 3.5 小结
• 第四章 明弧堆焊实际生产应用
• 4.1 引言
• 4.2 对比分析的对象
• 4.3 上线使用后效果的对比
• 4.4 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文