способ восстановления роликов
Классы МПК: | B23P6/02 поршней или цилиндров B23K9/04 для иных целей, чем соединение, например с целью наплавки |
Автор(ы): | Панов Виктор Викторович (RU), Корнеев Виктор Михайлович (RU), Александров Никита Витальевич (RU), Боровков Игорь Всеволодович (RU), Козлов Анатолий Павлович (RU), Санталов Александр Григорьевич (RU), Трайно Александр Иванович (RU), Тяпаев Олег Вячеславович (RU), Кащенко Филипп Данилович (RU) |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Магнитогорский металлургический комбинат" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2005-06-27 публикация патента:
10.01.2007 |
Изобретение может быть использовано для восстановления роликов машин непрерывного литья заготовок. Предварительный нагрев бочки роликов проводят до температуры 200...250°С. Наплавку ведут со скоростью 20...30 м/ч при плотности электрического тока 35...45 А/мм2. Термообработку роликов осуществляют при температуре 500...550°С с выдержкой в течение 2...4 ч. В качестве материала для наплавки рекомендуется применять стальной электрод следующего химического состава, мас.%: углерод 0,20...0,40; марганец 0,30...0,50; кремний 0,30...0,50; хром 12,0...15,0; железо - остальное. Способ позволяет снизить расход роликов за счет увеличения их стойкости. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.
Формула изобретения
1. Способ восстановления роликов, включающий предварительный нагрев, наплавку стальным электродом и термическую обработку наплавленного слоя, отличающийся тем, что предварительный нагрев ролика производят до температуры 200-250°С, наплавку ведут со скоростью 20-30 м/ч при плотности электрического тока 35-45 А/мм2, а термообработку проводят путем нагрева ролика до температуры 500-550°С и выдержки в течение 2-4 ч.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что наплавку производят стальным электродом следующего состава, мас.%:
Углерод | 0,20-0,40 |
Марганец | 0,30-0,50 |
Кремний | 0,30-0,50 |
Хром | 12,0-15,0 |
Железо | Остальное |
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к ремонту металлургического оборудования, и может быть использовано для восстановления роликов машин непрерывного литья заготовок.
Ролики машин непрерывного литья заготовок работают в условиях циклического термомеханического воздействия со стороны слитка, окислительного воздействия охлаждающей жидкости и абразивного действия окалины слитка. В результате ролики быстро выходят из строя вследствие износа и образования трещин термической усталости.
Известен способ восстановления роликов машин непрерывного литья заготовок, включающий подогрев и наплавку роликов электродом из стали Х12М1Ф (Лещинский Л.К. Повышение ресурса наплавленных роликовых направляющих машин непрерывного литья заготовок // Сварочное производство. - 1991. - №1. С.9-11).
Недостатком известного способа является низкая стойкость наплавленных роликов вследствие образования трещин и выкрошки в наплавленном слое.
Известен также способ восстановления роликов наплавкой, при котором в качестве наплавочных материалов используют проволоки из стали Св-08, Св-08А, Нп-30ХГСА диаметром 3-4 мм, а наплавку ведут после предварительного подогрева ролика до 300°С при токе 300...400 А под флюсом АН-348А (Гребеник В.М., Гордиенко А.В., Цапко В.К. Повышение надежности металлургического оборудования. М.: Металлургия, 1988, с.478-479).
Недостатком известного технического решения является низкая стойкость наплавленных роликов.
Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению (прототип) является способ восстановления роликов (патент РФ №2123413). Согласно этому изобретению ролики нагревают под наплавку до температуры не ниже 150°С. Наплавку стальным электродом осуществляют при отношении силы электрического тока к скорости наплавки не более 17,5. Последующую термическую обработку проводят путем нагрева до температуры 470...500°С со скоростью не более 80°С/ч. Выдержка роликов при температуре нагрева составляет 7...8 ч. Затем ролики охлаждают со скоростью не более 80°С/ч до температуры 120°С и далее на воздухе.
Недостатком известного способа является низкая стойкость роликов из-за недостаточной термоциклической стойкости наплавленного слоя.
Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в увеличении стойкости роликов, а следовательно, в снижении расхода роликов.
Указанная задача решается тем, что в известном способе восстановления роликов, включающем предварительный нагрев роликов, наплавку стальным электродом и термическую обработку наплавленного слоя роликов, согласно предложению предварительный нагрев роликов производят до температуры 200...250°С, наплавку ведут со скоростью 20...30 м/ч при плотности электрического тока 35...45 А/мм2, а термообработку производят путем нагрева ролика до температуры 500...550°С и выдержки в течение 2...4 ч.
Возможен вариант реализации способа, по которому наплавку производят стальным электродом следующего состава, мас.%: углерод 0,20...0,40; марганец 0,30...0,50; кремний 0,30...0,50; хром 12,0...15,0; железо - остальное.
Верхний предел температуры нагрева 250°С выбран экспериментально. Температура нагрева выше 250°С приводит к перегреву бочки ролика и снижению твердости наплавленного слоя. При снижении температуры нагрева ниже 200°С в зоне термического влияния наплавленного ролика наблюдаются закалочные структуры и трещины. Это приводит к выкрошкам наплавленного слоя, т.е. к уменьшению стойкости роликов.
Экспериментально установлено, что снижение скорости наплавки менее 20 м/ч приводит к удлинению процесса, перегреву бочек роликов и снижению твердости наплавленного слоя. При увеличении скорости наплавки более 30 м/ч возрастает количество несплошностей в металле, что ухудшает качество наплавки и ведет к уменьшению стойкости роликов.
При плотности электрического тока менее 35 А/мм 2 из-за недостаточного проплавления качество наплавки ухудшается. Увеличение плотности электрического тока более 45 А/мм2 приводит к перегреву бочек роликов и снижению твердости наплавленного слоя.
После наплавки бочки роликов имеют остаточные сварочные напряжения, поэтому ролики подвергают термической обработке.
Экспериментально установлено, что если температура термообработки будет превышать 550°С, произойдет разупрочнение наплавленного слоя бочек роликов. При температуре термообработки ниже 500°С в наплавленном слое роликов сохранятся сварочные напряжения, которые в дальнейшем приведут к образованию трещин.
Увеличение времени выдержки более 4 ч приведет к перегреву бочек роликов и потери твердости. Сокращение времени выдержки менее 2 ч не обеспечивает полного снятия сварочных напряжений, что приведет к образованию трещин и уменьшению срока службы роликов.
В процессе эксплуатации ролики подвержены фрикционному износу от трения со стороны проходящего сляба, окислительного воздействия охлаждающей жидкости и термоциклического влияния температуры. Поэтому оптимальным вариантом является наплавка износостойкой хромосодержащей сталью, которая имеет наряду с высокой твердостью еще и высокую износо- и термоциклическую стойкость. Поэтому для наплавки рекомендуется в качестве материала применять электрод из стали следующего химического состава, мас.%: углерод 0,20...0,40; марганец 0,30...0,50; кремний 0,30...0,50; хром 12,0...15,0; железо - остальное.
Углерод обеспечивает матричное упрочнение наплавленного металла и усиливает способность образовывать твердый и прочный рабочий слой роликов. При содержании углерода менее 0,20% наплавленный слой упрочнен недостаточно. При содержании углерода выше 0,40% наплавленный металл подвержен растрескиванию при кристаллизации, что уменьшает стойкость роликов.
Марганец упрочняет металлическую матрицу и значительно улучшает пластичность металла при кристаллизации. Минимальная концентрация Mn, необходимая для достижения требуемой прочности, равна 0,30%. Подобно углероду Mn в избытке ухудшает вязкость металла и также вызывает появление трещин при наплавке, поэтому его верхний предел равен 0,50%.
Кремний введен в наплавочный электрод в качестве раскислителя в количестве 0,30...0,50%. С понижением количества кремния менее 0,30% возможно появление пор при наплавке. Взятый в избытке кремний отрицательно влияет на вязкость наплавленного металла в зоне термического влияния (ЗТВ), которая при его концентрациях более 0,50% снижается, что уменьшает стойкость роликов.
Хром повышает износо- и термоциклическую стойкость наплавленного металла. При содержании хрома менее 12,0% не обеспечивается износо- и термоциклическая стойкость наплавленного металла и уменьшается стойкость роликов. При содержании в наплавленном слое хрома свыше 15,0% образуются сварочные трещины, что приводит к выкрошкам наплавленного металла и уменьшению срока эксплуатации роликов.
Примеры реализации способа
Были изготовлены пять вариантов стальных электродов различного состава (таблица 1).
Наплавленный металл состава 1 имеет соотношение композитов меньше заявленных пределов. В составах II-IV соотношение компонентов соответствует заявленным пределам. В составе V соотношение компонентов превышает заявленные пределы.
Таблица 1 | ||||
Состав | Содержание компонентов, мас.% | |||
С | Mn | Si | Cr | |
I | 0,10 | 0,20 | 0,20 | 11,0 |
II | 0,20 | 0,30 | 0,30 | 12,0 |
III | 0,30 | 0,40 | 0,40 | 13,5 |
IV | 0,40 | 0,50 | 0,50 | 15,0 |
V | 0,50 | 0,60 | 0,60 | 16,0 |
Ролик машины непрерывного литья заготовок устанавливают на наплавочный станок и приводят во вращение. Ролик нагревают индуктором до температуры Тнаг=225°С. Электродуговую наплавку ведут под слоем флюса марки АН-60 электродной проволокой диаметром 4,0 мм из стали состава III (табл. 1). Скорость наплавки составляет Vсв=25 м/ч, плотность электрического тока при наплавке J=40 А/мм2. Наплавку ведут до восстановления номинального размера бочки ролика с припуском на механическую обработку. После наплавки ролик подвергают термообработке путем нагрева индуктором до температуры Тотп=525°С. Ролик выдерживают при этой температуре в течение времени =3 ч.
Указанные технологические режимы обеспечивают получение бездефектной наплавленной бочки восстановленного ролика. После завершения наплавки ролик устанавливают на токарный станок и обрабатывают наплавленную бочку до номинального диаметра.
Восстановленный ролик собирают с подшипниками и устанавливают в секцию машины непрерывного литья заготовок.
Варианты реализации предложенного способа и показатель стойкости роликов (удельный расход роликов на тонну литья) приведены в таблице 2.
Таблица 2 | |||||||
№ варианта | Номер состава | Температура нагрева ролика Тнаг, °С | Скорость наплавки Vсв, м/ч | Плотность электрического тока J, А/мм 2 | Температура термообработки T обр, °С | Время выдержки | Удельный расход роликов, кг/т |
1 | I | 190 | 19 | 34 | 490 | 1,8 | 0,027 |
2 | II | 200 | 20 | 35 | 500 | 2 | 0,022 |
3 | III | 225 | 25 | 40 | 525 | 3 | 0,020 |
4 | IV | 250 | 30 | 45 | 550 | 4 | 0,021 |
5 | V | 260 | 31 | 46 | 560 | 4,2 | 0,029 |
6 (прототип) | 12Х13 | 250 | 30 | 35 | 480 | 7,0 | 0,030 |
Как следует из данных, приведенных в таблице 2, при реализации предложенного способа (варианты 2-4) достигается снижение расхода восстановленных роликов (удельный расход роликов минимален). В случае запредельных значений заявленных параметров (варианты 1 и 5) расход восстановленных роликов увеличивается. Также более высокий расход имеют ролики, восстановленные по способу-прототипу (вариант 6).
Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что регламентированные параметры восстановления роликов обеспечивают получение высокой твердости, термоциклической стойкости и износостойкости. Этим достигается увеличение стойкости, а следовательно, уменьшение расхода восстановленных роликов.
В качестве базового объекта принят способ-прототип. Применение предложенного способа позволит повысить рентабельность восстановления роликов на 20-30%.
Класс B23P6/02 поршней или цилиндров
Класс B23K9/04 для иных целей, чем соединение, например с целью наплавки