專利名稱：一種恢復(fù)提高熱軋輥和冷軋輔助輥使用壽命的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼鐵冶金行業(yè)，特別是涉及一種恢復(fù)提高熱軋輥和冷軋輔助輥使用壽命的 方法。
技術(shù)背景鋼鐵企業(yè)中，冷熱連軋生產(chǎn)線上使用的熱軋輥和冷軋輔助輥是重要的，而有大批量消 耗的部件。例如，支承輥是軋輥中的輔助輥，支承輥釆用高含碳和高合金鋼鑄造或鍛造成 型。在軋制生產(chǎn)線上，支承輥屬于被動輥。在運(yùn)行時其前方受擠，正下方受壓，后方受拉， 深層受剪切應(yīng)力作用。因此支承輥在運(yùn)行時，接觸點附近承受擠壓拉切等交變載荷作用。 由于輥身使用材料在鍛造和鑄造時殘留的夾雜物，孔洞、微小裂紋等缺陷。或者材料的硬 度低等因素，降低了疲勞強(qiáng)度。在交變載荷的反復(fù)作用過程中，材料中的缺陷是產(chǎn)生疲勞 裂紋的策源地，引起支承輥因疲勞而發(fā)生深層剝落損傷、失效或報廢。支承輥是軋制生產(chǎn)線上非常重要的輔助輥。當(dāng)支承輥使用達(dá)到報廢極限時， 一般小型 支承輥國內(nèi)外多采用常規(guī)堆焊方法修復(fù)。經(jīng)過堆焊修復(fù)后的支承輥具有成本低廉，工藝簡單的特點。但使用壽命和使用效果很難恢復(fù)到原制造新輥的水平。而超過30噸，甚至達(dá) 到120噸以上的中、大型失效的支承輥，目前國內(nèi)外均沒有更好的提高其使用壽命、性能 的效果好的技術(shù)方法修復(fù)。國內(nèi)鋼鐵企業(yè)中使用的中、大型支承輥，百分之六十以上從國 外進(jìn)口，價格昂貴，是鋼鐵行業(yè)中的一大消耗成本，也是一項老大難問題。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種能夠使失效或報廢的中、大型支 承輥恢復(fù)使用功能，并提高其使用壽命周期的恢復(fù)提高熱軋輥和冷軋輔助輥使用壽命的方 法。本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是 一種恢復(fù)提高熱軋輥 和冷軋輔助輥使用壽命的方法，包括以下歩驟(1)對失效或報廢的所述軋輥的工作輥 身進(jìn)行應(yīng)力檢測，然后對顯示應(yīng)力集中部位進(jìn)行裂紋和剝落層損傷程度檢測；根據(jù)檢測損 傷程度再進(jìn)行強(qiáng)度分析和剩余壽命評估；在此基礎(chǔ)上對所述軋輥進(jìn)行再制造工藝性、經(jīng)濟(jì) 性評價，進(jìn)行全壽命預(yù)測及全壽命周期設(shè)計；(2)對己完成全壽命設(shè)計的所述軋輥，應(yīng) 用激光實體自由成形技術(shù)進(jìn)行原形快速成形；具體工藝方法為a、采用機(jī)械加工方法清 理所述軋輥疲勞損傷部位，去除剝落層和裂紋，達(dá)到無缺陷金屬清潔表面，進(jìn)行超聲波和 表面著色無損探傷檢查，所述軋輥應(yīng)無裂紋、有害夾雜和孔洞等缺陷；b、進(jìn)行所述軋輥工作面激光快速形狀沉積制造，激光快速成形用合金材料為在所述軋輥原材料基礎(chǔ)上，增 加抗綜合應(yīng)力疲勞的合金元素，同時，在沉積層合金內(nèi)增加WC、 SIC、 CrC等納米復(fù)合 陶瓷材料；(3)所述軋輥經(jīng)激光快速沉積成形后，立即進(jìn)行沉積層的材料強(qiáng)韌化工藝處 理。本發(fā)明還可以采用如下技術(shù)措施-所述的恢復(fù)提高熱乳輥和冷軋輔助輥使用壽命的方法，其特征是所述步驟(3)的 沉積層的材料強(qiáng)韌化工藝處理包括應(yīng)用柔性加熱裝置和溫度程序控制系統(tǒng),在560 600°C 溫度中保持12小時。所述的恢復(fù)提高熱軋輥和冷軋輔助輥使用壽命的方法，其特征是所述步驟(1)對 失效或報廢的所述軋輥應(yīng)用TSC—1M~4磁記憶檢測儀對所述軋輥工作輥身進(jìn)行應(yīng)力檢 測，然后對顯示應(yīng)力集中部位采用PXUT—TX—2008超聲波檢測儀進(jìn)行裂紋和剝落層損 傷程度檢測。所述的恢復(fù)提高熱軋輥和冷軋輔助輥使用壽命的方法，其特征是所述步驟(2)應(yīng) 用6KW大功率C02激光器，在五軸四聯(lián)動數(shù)控加工機(jī)床上進(jìn)行所述軋輥輥身工作面激光 快速形狀沉積制造，激光功率6KW，掃描速率360mm/分，采用2x20mm矩形聚焦光，快 速沉積層一次厚6mm。本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是采用本發(fā)明處理后的熱軋輥和冷軋輔助輥，投入到 鋼鐵軋制生產(chǎn)線上使用，可以提高軋制過程鋼量30 50%，延長了使用周期，熱軋輥和冷 軋輔助輥使用壽命提高30%以上。本發(fā)明具有節(jié)材、節(jié)能、增加軋制鋼材產(chǎn)量的優(yōu)點。鋼 鐵行業(yè)如果大規(guī)模推廣應(yīng)用，將產(chǎn)生相當(dāng)大的經(jīng)濟(jì)效益和顯著的社會效益。
具體實施方式
為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點及功效，茲例舉以下實施例，詳細(xì)說明如下 以冷軋薄板材生產(chǎn)線上使用的支承輥為例，該支承輥為復(fù)合輥，工作輥身工作層輥套 單邊厚度275mm，輥套材料9Cr2Mo鋼鍛造，硬度HRC45 48。支承輥單重56噸，全長 5600mm，輥身O1570mm，輥身長2300mm。經(jīng)過長期使用發(fā)現(xiàn)在輥身一側(cè)距邊緣約200mm 處出現(xiàn)兩塊剝落掉塊，其中一塊約300x400mm;另一塊約170x230mm，剝落層厚度約10 90mm范圍內(nèi)，剝落層周邊有多條深約10mm左右裂紋，支承輥失效不能繼續(xù)使用。采用本發(fā)明恢復(fù)提高熱軋輥和冷軋輔助輥使用壽命的方法對其進(jìn)行激光快速成形和 再制造修復(fù)1、首先對其應(yīng)用TSC—1M^4磁記憶檢測儀對支承輥工作輥身進(jìn)行應(yīng)力檢測，然后 對顯示應(yīng)力集中部位采用PXUT—TX—2008超聲波檢測儀進(jìn)行裂紋和剝落層損傷程度檢測。根據(jù)檢測損傷程度再進(jìn)行強(qiáng)度分析和剩余壽命評估。在此基礎(chǔ)上對支承輥進(jìn)行再制造 工藝性、經(jīng)濟(jì)性評價，全壽命預(yù)測及全壽命周期設(shè)計。2、 經(jīng)過全壽命設(shè)計完成的支承輥，應(yīng)用激光實體自由成形技術(shù)進(jìn)行原形快速成形。 具體工藝方法為首先采用機(jī)械加工方法清理支承輥疲勞損傷部位，去除剝落層和裂紋， 達(dá)到無缺陷金屬清潔表面，再進(jìn)行超聲波和表面著色無損探傷檢查，應(yīng)無裂紋，有害夾雜 和孔洞等缺陷。應(yīng)用6KW大功率C02激光器，在五軸四聯(lián)動數(shù)控加工機(jī)床上進(jìn)行支承輥輥身工作面 激光快速形狀沉積制造。激光功率6KW，掃描速率360mm/分，采用2x20mm矩形聚焦光， 快速沉積層一次厚6mm。激光快速成形用合金材料在支承輥原材料基礎(chǔ)上，增加抗綜合 應(yīng)力疲勞的合金元素，提高沉積層的材料疲勞強(qiáng)度性能指標(biāo)，沉積層與基材完全實現(xiàn)顯微 金屬組織狀態(tài)的冶金結(jié)合。同時，在沉積層合金內(nèi)增WC、 SIC、 CrC等納米復(fù)合陶瓷材 料，在提高支承輥工作層材料抗疲勞損傷強(qiáng)度基礎(chǔ)上，增強(qiáng)了材料韌性和耐磨性指標(biāo)。3、 支承輥激光快速沉積成形后，立即進(jìn)行沉積層的材料強(qiáng)韌化工藝處理，應(yīng)用柔性 加熱裝置和7C5型智能溫度程序控制系統(tǒng)，在560 60(TC溫度中保持12小時。結(jié)果一方 面消除了支承輥整體在長周期循環(huán)服役中積累的材料內(nèi)應(yīng)力，恢復(fù)金屬組織的力學(xué)性能。 同時也細(xì)化和穩(wěn)定沉積層合金材料金相組織，提高其強(qiáng)度指標(biāo)；又使納米陶瓷復(fù)合材料彌 散地，均勻地溶入支承輥激光沉積工作層金屬組織內(nèi)，達(dá)到強(qiáng)韌性的效果。經(jīng)激光快速成形組合技術(shù)和再制造工程技術(shù)對其疲勞剝落損傷區(qū)域進(jìn)行全壽命設(shè)計 和激光快速形狀沉積修復(fù)再制造，恢復(fù)了原支承輥身設(shè)計尺寸和使用性能要求范圍。經(jīng)過 投產(chǎn)周期循環(huán)使用，未發(fā)現(xiàn)修復(fù)再制造部位產(chǎn)生疲勞剝落和裂紋。經(jīng)過使用單位記錄情況， 達(dá)到原設(shè)計使用性能和周期服役技術(shù)要求，延長該支承輥使用壽命時間近70%，節(jié)省了更 換新輥的近300多萬元資金，增加生產(chǎn)鋼板近30萬噸，為企業(yè)帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
權(quán)利要求
1.一種恢復(fù)提高熱軋輥和冷軋輔助輥使用壽命的方法，其特征是包括以下步驟(1)對失效或報廢的所述軋輥的工作輥身進(jìn)行應(yīng)力檢測，然后對顯示應(yīng)力集中部位進(jìn)行裂紋和剝落層損傷程度檢測；根據(jù)檢測損傷程度再進(jìn)行強(qiáng)度分析和剩余壽命評估；在此基礎(chǔ)上對所述軋輥進(jìn)行再制造工藝性、經(jīng)濟(jì)性評價，進(jìn)行全壽命預(yù)測及全壽命周期設(shè)計；(2)對已完成全壽命設(shè)計的所述軋輥，應(yīng)用激光實體自由成形技術(shù)進(jìn)行原形快速成形；具體工藝方法為a、采用機(jī)械加工方法清理所述軋輥疲勞損傷部位，去除剝落層和裂紋，達(dá)到無缺陷金屬清潔表面，進(jìn)行超聲波和表面著色無損探傷檢查，所述軋輥應(yīng)無裂紋、有害夾雜和孔洞等缺陷；b、進(jìn)行所述軋輥工作面激光快速形狀沉積制造，激光快速成形用合金材料為在所述軋輥原材料基礎(chǔ)上，增加抗綜合應(yīng)力疲勞的合金元素，同時，在沉積層合金內(nèi)增加WC、SIC、CrC等納米復(fù)合陶瓷材料；(3)所述軋輥經(jīng)激光快速沉積成形后，立即進(jìn)行沉積層的材料強(qiáng)韌化工藝處理。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的恢復(fù)提高熱軋輥和冷軋輔助輥使用壽命的方法，其特征是 所述步驟(3)的沉積層的材料強(qiáng)韌化工藝處理包括應(yīng)用柔性加熱裝置和溫度程序控制系 統(tǒng)，在560 600'C溫度中保持12小時。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的恢復(fù)提高熱軋輥和冷軋輔助輥使用壽命的方法，其特征是 所述步驟(1)對失效或報廢的所述軋輥應(yīng)用TSC—1M4磁記憶檢測儀對所述軋輥工作 輥身進(jìn)行應(yīng)力檢測，然后對顯示應(yīng)力集中部位采用PXUT—TX""2008超聲波檢測儀進(jìn)行 裂紋和剝落層損傷程度檢測。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的恢復(fù)提高熱軋輥和冷軋輔助輥使用壽命的方法，其特征是 所述步驟(2)應(yīng)用6KW大功率C02激光器，在五軸四聯(lián)動數(shù)控加工機(jī)床上進(jìn)行所述軋 輥輥身工作面激光快速形狀沉積制造，激光功率6KW，掃描速率360mm/分，采用2x20mm 矩形聚焦光，快速沉積層一次厚6mm。 (？能否將具體數(shù)字給成一個數(shù)字范圍，更加有 利于權(quán)利保護(hù))
全文摘要
本發(fā)明涉及一種恢復(fù)提高熱軋輥和冷軋輔助輥使用壽命的方法。其特點是包括以下步驟(1)對失效或報廢的所述軋輥的工作輥身進(jìn)行應(yīng)力檢測，然后對顯示應(yīng)力集中部位進(jìn)行裂紋和剝落層損傷程度檢測；根據(jù)檢測損傷程度再進(jìn)行強(qiáng)度分析和剩余壽命評估；在此基礎(chǔ)上對所述軋輥進(jìn)行再制造工藝性、經(jīng)濟(jì)性評價，進(jìn)行全壽命預(yù)測及全壽命周期設(shè)計；(2)對已完成全壽命設(shè)計的所述軋輥，應(yīng)用激光實體自由成形技術(shù)進(jìn)行原形快速成形；(3)所述軋輥經(jīng)激光快速沉積成形后，立即進(jìn)行沉積層的材料強(qiáng)韌化工藝處理。本發(fā)明可以提高軋制過程鋼量30～50％，延長了使用周期。支承輥使用壽命提高30％以上。
文檔編號C21D9/38GK101225463SQ20081005221
公開日2008年7月23日 申請日期2008年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月30日
發(fā)明者田師梅, 魏振華 申請人:天津燁嶠激光技術(shù)有限公司