劉寶峰

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大型粉磨設(shè)備耐磨堆焊再制造技術(shù)

劉寶峰

摘要針對(duì)不同磨損工況、不同材質(zhì)的大型粉磨設(shè)備擠壓研磨面金屬材料的特性及疲勞層深度，研制了三種高硬度、高耐磨、微渣型自保護(hù)藥芯焊絲，用于大型粉磨設(shè)備磨損后的修復(fù)再制造，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，縮短了設(shè)備修理時(shí)間，降低了生產(chǎn)成本。

關(guān)鍵詞藥芯焊絲；耐磨堆焊；大型粉磨設(shè)備；修復(fù)

0　引言

立式輥磨和輥壓機(jī)是水泥工業(yè)中的重要裝備，用于磨制煤粉、水泥生料、水泥礦渣粉和預(yù)碎熟料。在使用中，由于物料的摩擦作用，特別是生料、水泥、熟料和礦渣等物料的硬度高、可磨性差，對(duì)磨輥、磨盤、擠壓輥等耐磨件的磨損相當(dāng)嚴(yán)重。磨耗使得磨輥與磨盤或擠壓輥對(duì)輥之間的間隙加大，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)效率下降，能耗不斷提高，并最終可能導(dǎo)致設(shè)備停產(chǎn)檢修。為解決磨損問(wèn)題，提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率，采用硬面堆焊技術(shù)成為最為可行和經(jīng)濟(jì)的方法之一［1］。

硬面材料在磨損失效后，通常會(huì)采用藥芯焊絲堆焊修復(fù)的方法恢復(fù)其尺寸與性能。藥芯焊絲相比手工焊條具有效率高、成型好、飛濺小等優(yōu)點(diǎn)，而自保護(hù)藥芯焊絲更可以實(shí)現(xiàn)不用外加氣體裝置，在焊道表面形成微渣或無(wú)渣，從而也可省去多層多道焊時(shí)敲渣的麻煩。因此，研制一種性能良好的微渣型自保護(hù)藥芯焊絲，使堆焊金屬具有高硬度、高耐磨性，從而延長(zhǎng)耐磨零件使用壽命具有重要的意義。

1　研制的藥芯焊絲

本文通過(guò)添加不同合金元素，分析對(duì)堆焊合金組織及耐磨性能的影響規(guī)律，得到組織優(yōu)秀的堆焊合金成分，研制出以下三種藥芯焊絲。

1.1HC-O高鉻鑄鐵型藥芯焊絲

HC-O高鉻鑄鐵合金藥芯焊絲，當(dāng)控制鉻碳比在4 h～6 h，可得到M7C3型高硬度碳化物，耐磨性能好?？捎迷诘蛻?yīng)力磨粒磨損工況下的煤磨和耐磨板。解決了高鉻鑄鐵磨輥的堆焊修復(fù)問(wèn)題。M7C3型高硬度碳化物的形態(tài)、數(shù)量、種類和分布是力學(xué)性能的決定因素。

高鉻鑄鐵的碳化合物多為復(fù)合相，合金中鉻含量高，碳化物析出時(shí)部分Fe原子被Cr取代而形成，主要有（Cr，F(xiàn)e）3C、（Cr，F(xiàn)e）7C3、（Cr，F(xiàn)e）23C6三種。其中初生（Cr，F(xiàn)e）7C3、（Cr，F(xiàn)e）23C6相常以塊狀存在，具有高硬度和優(yōu)異的抗磨料磨損性能。高鉻鑄鐵堆焊合金的組織主要有過(guò)共晶、共晶、亞共晶三種。其中過(guò)共晶高鉻鑄鐵堆焊合金因其組織中含有更多硬度高的M7C3碳化物，而被優(yōu)先用于修復(fù)承受嚴(yán)苛磨損工況條件的磨損部件［2］。M7C3硬度平均高達(dá)HV1 700左右，比M3C硬度高的多（M3C硬度在HV1 060～HV1 240），并且M7C3型碳化物多為大六角晶纖維桿狀，硬度高，韌性好，而M3C型碳化物為網(wǎng)狀，周圍被奧氏體及轉(zhuǎn)變組織包圍，形成萊氏體共晶組織，這種組織硬度低、韌性差。

M7C3高硬質(zhì)相可以使合金具有很高的抗低應(yīng)力磨料磨損和耐熱、耐蝕性能。在高鉻鑄鐵堆焊合金中，隨著成分中鉻含量增加，碳化物組成改變，基體組織也隨之改變。鉻延長(zhǎng)等溫轉(zhuǎn)變的孕育期，使冷卻轉(zhuǎn)變曲線右移，起到穩(wěn)定奧氏體的作用，鉻含量的增加還能夠起到增加合金中碳化物的穩(wěn)定性的作用。

可見(jiàn)，合理的鉻含量，可以形成大量的M7C3型初生碳化物，初生碳化物M7C3的數(shù)量及分布，直接影響組織耐磨性。但還要注意C元素含量，如C元素含量過(guò)高，組織粗大，有效碳化物支撐基體相少，組織并不理想，會(huì)形成大量粗大的M7C3碳化物，它在磨損過(guò)程中會(huì)有從基體剝離的趨勢(shì)，這在一定程度上限制了這類鐵基堆焊合金在嚴(yán)重沖擊磨損條件下的應(yīng)用。

1.2HC-O-Mo和CN-O型藥芯焊絲

HC-O-Mo和CN-O顯微組織都是由馬氏體+少量的奧氏體+大量細(xì)小復(fù)合碳化物組成，通過(guò)在焊絲中加入Mo、Nb等合金元素，使得析出的碳化物更多、細(xì)小、密集，提高了基體硬度、耐溫能力。研發(fā)的HC-OMo型焊絲用于磨料質(zhì)硬粒小的工況（如：鋼渣磨修復(fù)），堆焊金屬剪切強(qiáng)度較同類產(chǎn)品提高1.5倍；研發(fā)的CN-O型用于高應(yīng)力磨粒磨損工況（如：輥壓機(jī)疲勞磨損修復(fù)），堆焊金屬剪切強(qiáng)度提高2倍。

堆焊合金中硬質(zhì)相的尺寸、形態(tài)、分布、化學(xué)成分，以及硬質(zhì)相與基體組織兩者之間的匹配、結(jié)合，最終決定了堆焊合金的綜合性能。

試驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)過(guò)冷度的控制，可以得到細(xì)小、密集的碳化物來(lái)提高磨損壽命，當(dāng)磨損顆粒接觸到磨損表面時(shí)，由于碳化物足夠細(xì)小、密集，顆粒體積會(huì)大于碳化物的間隙，同時(shí)有多個(gè)碳化物在阻礙顆粒犁鏵，顆粒也就無(wú)法直接完全犁鏵到基體金屬，對(duì)于減少犁鏵，提高磨損壽命有利。在堆焊立磨時(shí)往往要控溫和急冷，這是為了獲得熔池結(jié)晶時(shí)的溫度過(guò)冷度。

為了彌補(bǔ)高C、Cr單一合金溫度過(guò)冷的不足，在合金中加入必要的強(qiáng)碳化物形成元素，如Zr和Nb，因?yàn)檫@兩個(gè)元素的碳化物熔點(diǎn)即析出溫度最高，因此可以大大提高熔池中碳化物的成分過(guò)冷度。并且形成的復(fù)合碳化物硬度更高，對(duì)耐磨損有利。

對(duì)復(fù)合碳化物硬度的提高，也可控制細(xì)小的Nb、Mo碳化物在基體中分布，彌散強(qiáng)化基體組織，提高基體強(qiáng)度。碳化物的自身韌性和生長(zhǎng)方向?qū)τ谀p也是有很大影響的。由于堆焊層基體的顯微硬度（Hv750～Hv950）遠(yuǎn)低于碳化物的顯微硬度（Hv1 500以上），因此基體總是先被磨損，而碳化物不易被磨損。碳化物的硬度越高，其耐磨顆粒磨損的能力越強(qiáng)，其作為障礙物存在的時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)提高耐磨壽命越有利；碳化物的韌性越高，其抗沖擊脆斷的能力越強(qiáng)，發(fā)揮磨損障礙物的時(shí)間、能力越強(qiáng)，對(duì)提高磨損壽命越有利。強(qiáng)碳化物合金元素加入后，與C、Cr形成復(fù)合碳化物，比單一的C、Cr化合物硬度高，對(duì)提高碳化物的硬度都有利。

綜述上述三種藥芯焊絲，研發(fā)的HC-O高鉻鑄鐵型藥芯焊絲，控制鉻碳比，可得到M7C3型碳化物，用于低應(yīng)力磨粒磨損工況下的高鉻鑄鐵型粉磨設(shè)備修復(fù)，堆焊后硬度60 HRC以上，使用壽命提高1.5倍。用強(qiáng)碳化物形成元素作變質(zhì)劑，金相組織由大量的細(xì)小復(fù)合碳化物組成。研發(fā)的HC-O-Mo型焊絲用于磨料質(zhì)硬粒小的工況（如：鋼渣磨修復(fù)），堆焊金屬剪切強(qiáng)度較同類產(chǎn)品提高1.5倍；研發(fā)的CN-O型用于高應(yīng)力磨粒磨損工況（如：輥壓機(jī)疲勞磨損修復(fù)），堆焊金屬剪切強(qiáng)度提高2倍。

2　堆焊工業(yè)性試驗(yàn)

2013年7月，立磨磨輥、磨盤在線堆焊再制造試驗(yàn)在同煤建材公司內(nèi)進(jìn)行了試驗(yàn)。立磨磨輥、磨盤材質(zhì)為ZG20SiMn。有相關(guān)工作人員對(duì)立磨磨輥磨損程度進(jìn)行評(píng)估，選擇HC-O-Mo型焊絲堆焊。

將堆焊機(jī)運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)，在立磨磨輥、磨盤部拆除的情況下，使用焊絲進(jìn)行明弧堆焊子再制造。因?yàn)椴挥貌鹦赌ポ伒仍O(shè)備，很大程度上縮短了停工時(shí)間，降低了設(shè)備拆裝帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，施工更安全。

以下圖1至圖3是部分在線堆焊立磨磨輥、磨盤、煤磨磨輥，以及成都利君輥壓機(jī)圖片。

圖1在線堆焊立磨

圖2在線堆焊磨煤機(jī)

圖3在線修復(fù)成都利君輥壓機(jī)

經(jīng)堆焊修復(fù)的成都利君輥壓機(jī)，至今已在線穩(wěn)定運(yùn)行15 000 h以上；經(jīng)堆焊修復(fù)的煤立磨，在線穩(wěn)定運(yùn)行了8 000 h；經(jīng)堆焊修復(fù)的日本宇部公司的立磨，已在線穩(wěn)定運(yùn)行7 000 h，實(shí)現(xiàn)了同煤集團(tuán)建材公司粉磨系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。以同煤建材生料立磨為例，每年節(jié)約成本170萬(wàn)元，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益顯著。

3　結(jié)論

依靠表面耐磨堆焊的方法進(jìn)行部件的表面防護(hù)堆焊和已磨損部件的耐磨堆焊修復(fù)，可以顯著增加設(shè)備的使用壽命，降低更換部件的成本，為企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。在水泥等行業(yè)的大型粉磨設(shè)備實(shí)施綠色再制造，促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展非常具有社會(huì)效益，為國(guó)家可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

［1］黃智泉，楊威，李軍偉.水泥工業(yè)粉磨設(shè)備配件堆焊修復(fù)的細(xì)節(jié)探討［J］.新世紀(jì)水泥導(dǎo)報(bào)，2014（2）：44-46.

［2］龔建勛，肖選鋒.Fe-C-Cr-V高鉻堆焊合金的M7C3型碳化物及耐磨性［J］.焊接學(xué)報(bào)，2010（1）：33-36.

劉寶峰，男，1974年出生，本科學(xué)歷，現(xiàn)在大同煤礦集團(tuán)公司云崗礦工作，助理工程師。

Hardfacing Remanufacturing Technology of Large Grinding Equipment
Liu Baofeng

Abstract：According to the characteristics and fatigue layer depth that the large grinding equipment of the different wear conditions and different materials extruding the metal materials of the grinding surface，three kinds of high hard?ness，high wear resistance and self-shielded flux-cored wire of micro slag type are developed for the repair remanufactur?ing after large grinding equipment wear，they extend the service life of the equipments，shorten the repair time of the equipments and reduce the production cost.

Keywords：flux-cored wire；hardfacing；large grinding equipment；repair

收稿日期：2016-01-12

作者簡(jiǎn)介

中圖分類號(hào)TG423

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼B

文章編號(hào)1000-4866（2016）02-0044-03