不同堆焊材料对匀热炉钳吊吊牙使用寿命的试验研究

不同堆焊对匀热炉钳吊吊牙使用寿命的试验研究 不同堆焊材料对匀热炉钳吊吊牙使用寿命 的试验研究 r 』I/一Itf V0ll3N0.2 Aprill996 华东冶金学院 J.ofEastChinaInstituteofMetallurgy 第13卷第2期 l996年4月 不同堆焊材料对均热炉钳吊 吊牙使用寿命的试验研究 洪永昌 (冶金-T-程系) A摘要本文针对七u轧厂均热炉钳吊吊牙.将原采用的堆焊材料(D517)和工艺与选用新的堆焊材料(BsD一3)和工 艺进行了对比试验.结果明,后者使用寿命有较大幅度提高,并获得了一定的经济效益. 关键词均热炉钳吊堆焊材料堆焊江艺使用寿命?__.',-… 中围法分类号:TO455"rcT~O7J, ExperimentsontheEftectsofDifferentDepositedMetals ontheServiceUfeofTongsforSoakingPit HongYongchang 【MetaliLrgicalEngineeringDepartment) Ab垃ractThispaperrepresentsacomparisonbetweenthetwodifferentdepositedmetalsandtheir surfacingprocessessforingottongsusedinbloomingmillOneofthemisD517andtheotheris BSD一3TheresultsshoWthe1theservicllifeofthelaterlSmuchmorelncrementalthentheforlTler andeconomicalprofitsareobtainedalso KeywDrd譬SoakingPit;IngotTongs:DepositedMetals;SurfacingProcessess;Servicelife 前言 堆焊的主要目的在于增加零件表面的抗磨损能力,而磨损失效现象,往往因零件使用温度和承 载条件的不同而异.以均热炉夹持钢锭的坩吊吊牙而言,其服役状态不仅承受高温氧化磨损作 用,而且还承受热疲劳交变温度作用.前者取决于堆焊台金材料的抗高温氧化性,后者与热疲劳以 及热强性有关.本文针对马钢初轧厂均热炉钳吊吊牙,选用新的堆焊合金及相应的堆焊工艺以替 代原用堆焊材料与工艺.经现场使用结果表明,吊牙的使用寿命有较大幅度的提高. 1吊牙原用堆焊材料和工艺及其失效 1.1原用堆焊材料与堆焊工艺 钳吊吊牙的外形与尺十如图1所示,吊牙的基体材料为45号钢.原用堆焊材料牌号为D517 属于马氏体高铬钢(2Crl3).该堆焊材料的化学成分"为C?O.25%;Or10.00%一16.00%:其它元 素?5.00%;堆焊层硬度(HRC)?45 牧辅日期:1995一一15 2华东冶垒学院J996年 堆焊工艺:吊牙焊前预热温度>300?,保1h,焊 条i径32mm,采用直流)互槛性,焊接电流:l=80—12O A.焊后空冷. 图2为吊牙基体的金相组织:铁素体和珠光体.图3为 未经使用的堆焊f2--ql织:粗大片状马氏体和残余睫氏体.…' 使用失效后吊牙堆焊层H织由图4可知除了有沿品析出 碳,匕物外,还古有粗人的沿晶裂纹. 匝!I锥鹰1:10堆焊层 图1堆焊吊牙结构和尺寸 ,?, ,', ,.-L, 一 ? j一 . ? 图2吊牙基体组织图31)517焊条堆焊层组织图413,517焊条堆焊层失效后组织 1.2失效分析 1.2I吊牙的服役状态按现场:产要求.均热炉钳吊吊牙夹持钢锭的最高锭出可达132(t?,最 大-幢量可达644t卅统计,把热银锭从妒巾吊出,送至轧L轨道所需时间平均为5(1s与起吊第二件 时中间车【i隔时阃勾20s造就柱明.吊牙在50s内较迅速地加热置l?c]?.承受锭重负荷大.而卸载 后2(2s内又处丁空冷状态,有时还浇以冷水使韭冷却.由此可知吊牙的工作祭件赫为恶劣.不但承 受高温啦戴.迂受冷热疲劳交变温度的作用. 1.2,2原用吊牙的使用寿命表l列出D5l7堆焊吊牙的使用寿命统计表.据统计每对吊牙的装 钢,出钢趺敏平均为625『灾.平均使用寿命为2h40rain每个工作班.每台钳吊需更换3至4剐吊 牙.可见使用寿命短.劳动强度大生产效率低. 衰1使用I)5l7堆焊材料吊牙使用寿命统计表 钳编}}装钢/瑰出钢/次总计/敬工作ft-I【}J】 23叫432h30min 2525加2h40rain 37427g3h25nun 40483h20In?1 1#328"l2h05mhl? 3282"542b 】.552h40m【n 甲均313 1.23失效的原因分析由失效后吊牙的疰规照片(见图5)可知.吊堆焊层的顶尖麝损严 .?_仃下塌,凹编共至出现栅大裂纹.这种破坏形式时主要旧足吊牙经常处F骤冷剧热交替 .. 第2期浜水昌不同堆蚪材料对均热炉钳吊吊牙使用寿备的试骚研宽】13 的工作状态,温差大,热应力亦太.此外该堆焊层焊后空冷组织为粗大马氏体相残余奥氏体.脆性 大,高温时热强性不高.由金属强度和温度关系(见图6)可知,温度升高时,由于原子间结台力下 降,使晶内强度和品界强度均下降,但品界强度下降趋势较快.当吊牙夹持热锭时所处温度超过等 强温度后,其破埘,形式由常温的穿晶断裂(韧性断裂)过渡到晶问断裂(脆性断裂),而且裂纹往往 从表面开始,形成迓渐向内部控艘,最后在很大的剪切应力柞坩下,导致撕裂战较机大的沿晶裂 纹. 】前和失效后情况对比圈6 圈5堆坶吊牙使}} A一焊后使用前吊牙 BD一3堆焊吊牙失效后情况 CD5|7堆焊吊牙失效后情况 'l【等强度) r' 温度对晶粒和晶界强度的影响 示意圈 2Crl3型D5I7堆焊材料热强.不商的根本味阳足i妄材料的禽0量高.形式大量铁素体,随香 甜座增岛,铁豢体含量增多,使钢的高滥抗塑变能力降.为此,应选J{It热强性较高的堆t材料. 2选用新的堆焊材料及工艺 2.I新堆焊材料(D3)的化学成份组成 寰2K"qD3堆焊材辎的化学成份组成% 2.2培焊工艺, 为止堆焊jl{j?l差处产生焊接裂纹,过艘层堆焊材料选Iti市售:锈钢焊条A307.吊牙 预热温度】00一】50?,时nl】为lh堆焊层堆材料选用BSD一3,预热I堑80—100?,时阿为1h 焊条直径m=4Iil111,焊接I流l=】30,】50A.直流反接,焊后砂冷. 3分析与讨论 由于选鹏丁新研制的BSD一3奥代体热强钢堆焊材料,焊条的焊芯材料为lI]cr】3.由裘2可 知,为提高堆焊金属热强性的台金元素W,Mo,V,Ni等主要【}_焊条药使过渡米保证.由衷3可知.用 新堆材料的吊牙,其使寿命,若使埘昂短时M丰1]比较约提高8倍左右.由失散后宏脱照片的 ll4华东冶金学院1996年 图5可看出,经两种不同堆焊材料堆焊使用后,两种吊牙的顶尖虽然都有强烈的氧 化磨损,不同程 度的撕裂裂纹,但经BSD一3堆焊材料堆焊后,使用755次却无明显的下塌凹陷等缺陷,表现出较 高的热强性.这是因为: (1)原用D517堆焊材料,从高温到室韫有相变产生.具有组织不稳定性,且在高温状态下,存 在高温铁索津.降低了高温使用性能,若选用BSD一3堆焊材料,其中古有较多的Mn,Cr,Ni等 合金元素.从高温刊室温,不发生马氏体转变.因此具有较好的抗氧化性和组织稳定性. (2)BSD一3堆焊材料的热强性较高.是焊条药皮中含有W,Molv等强碳化物形式元素.焊接 时.过渡到堆焊层中去.在高温使用过程中,碳化物的形成不仅是过饱和析出碳化物,熔滴过程中 W.V等和石墨反应形成碳化物进人溶池.圉7可见块状碳化物晶内数量也不少.经电子探针分析 表明,主要形成复杂的(Crye,W,Mo,V)已型碳化物相,借助沉淀强化提高了堆焊金属的高温下热 强性,使得吊牙使用寿命大大提高. (3)从电子探针对试样堆焊层表面的线扫描分析(见图8)可知,晶界上的扫描线峰值均较 高.说明含有较多的cr,w,V等合金元素形成的碳化物强化相在晶界上作不连续的沉淀析出,既可 阻碍晶粒长大.又可使裂纹沿晶扩展受到抑制.图5宏观照片指出裂纹形貌呈细而短 衰3使用KqD一3堆焊材料吊牙使用寿命统计衰 钳吊编号装钢/班ttI,N/班总计/班使用时问/la 21220D4】228 】9526546024 38836775556 21622744340 (平均)272647517.537 圈7BSD一3焊条堆焊屉组织圈8KqD一3焊条堆焊崖组织线扫描圈蠢 4经济效益分析 据马钢初轧厂某年度计划轧坯107万吨,取钢锭锭重的平均值,每班轧钢锭235块,堆焊材料 按现市场价格.而基材按内部价格(900元/t)计算.又允许两种堆焊材料的吊牙失效后.去除表面裂 纹.再堆焊一次继续使用,若再失效,按报废处理.于是列出表4两种堆焊材料吊牙的经济效益的 对比情况.显然,使用BSD一3堆焊材料.每年可节约资金4万余元.而且延长了吊牙的悝寿命. 第2期洪永吕:不同堆焊材料时均热炉柑吊吊牙使用寿命的试验研究t1l5 改善劳动强度,提高生产率 衰4不同堆焊材料吊牙经济效益分析衰 堆焊一对吊牙平均堆焊材料吊牙需求堆焊材料消耗吊牙基材基材消耗总成本 材料装钢,次成本/元,对量/对,班贷金/元/年应车,元,对贷金/元,年元,年 D5176工5627.皿5l0534'5l85276958D BsD一35l524.00912?l545224226l57 5结论 (1)选用D5|7堆焊材料的吊牙,其使用寿命低的主要原因是高温使用性能较差所致. (2)选用BSD一3堆焊材料的吊牙,由于化学组成中咖人较多的强化相合金元素,在改善材料 的高温抗氧化性同时还提高其热强性,从而延长了使用寿命. (3)BSD一3堆焊材料的使用还可获得较高的经济效益. 致谢:参加本试验工作的还有江济,刮彦平 参考文献 l上海电焊条总厂.焊接材料,{内部材料)1988 2崔昆.钢铁材料及有色皂属材料.北京:机械工业出版社,1986