MC5冷轧工作辊局部堆焊修复焊条研制

摘要

堆焊修复是延长轧辊寿命的常用手段,手工电弧堆焊因灵活、方便,成为冷轧工作辊局部堆焊修复的不二选择。目前,MC5钢因性能优异被广泛用来制造冷轧工作辊,其要求堆焊金属同时具有高硬度、高抗裂性以及高强韧性。与国外相比,国内中高碳合金钢堆焊焊条品种较少,使用效果也不是很理想,尚难以完全达到 MC5冷轧工作辊的性能要求。因此,研制一种硬度高、耐磨性优异及抗裂性良好的堆焊焊条是轧钢行业迫切呼吁开发的项目。
　　根据金属材料的相变强化、析出强化、固溶强化及细晶强化等理论,采用正交设计的方法,研究了C、W、Mo、V含量的变化对堆焊金属组织与性能的影响。通过对正交试验数据的分析得出合金元素最佳含量为C:0.55％、W:4%、V:1.0%、Mo:2.5%,各元素对堆焊金属综合性能的影响由大到小依次为C,W,Mo,V。基于正交试验结果,进一步细调优化得出的新合金系统,抗裂性能虽有很大提高,但刚性拘束试验焊道仍有裂纹产生,在其堆焊金属的 SEM高倍形貌中观察到了少量沿晶界处奥氏体开裂的热裂纹,该种裂纹的形成与堆焊合金结晶温度区间变宽有密切关系。
　　根据本文所采用堆焊金属的合金系统的特点,从堆焊熔池冶金变质的角度,向焊条药皮中添加Y2O3来提高抗裂性。研究了Y2O3的加入量变化对堆焊金属硬度、韧性、耐磨性的影响,并对稀土氧化物影响堆焊金属性能的作用机制进行探讨。研究表明,加入3%Y2O3的堆焊金属与未添加Y2O3的相比,其硬度虽然下降了0.6 HRC,但冲击功值提高了65%,且此时堆焊组织为混合马氏体+残余奥氏体+弥散分布的碳化物颗粒。
　　通过固定保温时间,研究了不同回火温度对堆焊金属性能的影响,并探讨了回火过程中堆焊金属组织的变化,确立了二次析出碳化物粒子的尺寸与回火温度之间的关系。通过对两种不同热处理工艺路线进行比较,确定MC5冷轧工作辊堆焊金属的焊后热处理工艺。
　　采用本文研制焊条进行冷轧工作辊的堆焊修复模拟试验,在冷轧工作辊基材 MC5上堆焊20 mm堆焊层,堆焊金属的硬度为59.3 HRC、冲击功为7.6 J,优于国产D322焊条(其硬度为58.7 HRC、冲击功为5.7 J),其中D322已成功应用于堆焊各种冷冲模及切削刀具。因此本文研制焊条能够满足冷轧工作辊局部堆焊修复要求,具有较高的推广价值。

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图表清单

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 冷轧工作辊工作条件

1.3 冷轧工作辊的失效形式

1.4 冷轧工作辊堆焊技术

1.5 中高碳钢堆焊焊条的研究现状

1.6 稀土在堆焊材料中的应用研究现状

1.7 课题研究的目的与内容

第二章 MC5冷轧工作辊堆焊修复用焊条的设计

2.1 堆焊组织的设计

2.2 合金元素的选定与初步定量

2.3 焊芯的确定

2.4 焊条渣系的确定

2.5 本章小结

第三章 试验材料的制备及试验方法

3.1 MC5冷轧工作辊堆焊焊条的制备

3.2 研究技术路线

3.3 试验方法

3.4 本章小结

第四章 正交试验结果及分析讨论

4.1 正交试验结果

4.2 堆焊金属的组织分析

4.3 基于正交试验的优化焊条试制

4.4 本章小结

第五章 稀土氧化物（Y2O3）对堆焊金属性能与组织的影响

5.1 Y2O3对堆焊金属硬度及冲击功的影响

5.2 Y2O3对堆焊金属耐磨性能的影响

5.3 Y2O3对堆焊金属抗裂性能的影响

5.4 Y2O3对堆焊金属组织的影响

5.5 合金元素过渡系数的计算

5.6 焊条的检验

5.7 本章小结

第六章 回火工艺对堆焊金属性能与组织的影响

6.1 回火温度对堆焊金属性能与组织的影响

6.2 两种热处理工艺路线的比较

6.3 本章小结

第七章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表或已完成的学术论文