[01173052]H13钢制铜杆轧制模具再制造技术应用研究

1.来源与背景 江西铜业股份有限公司是国有控股上市公司,其中铜材产业已发展成为华北地区最大的铜材生产基地。2014年江铜股份与华北电缆合资成立江铜华北（天津）铜业有限公司,以SCR4500生产线为依托,每年生产铜杆20万吨以上,年销售收入突破110亿元/年,预计上缴各项税款4000万元。 轧辊是公司生产线的核心零部件之一,轧辊服役过程中承载循环热应力、交变压应力,表面常发生热疲劳破环、热疲劳裂纹、粘着磨损等失效形式。轧辊属于热作模具钢,冶金成分包含多种重要合金元素,冶炼工艺复杂,造价高昂,服役过程中更换不方便,一旦发生失效,生产线必须停止,更换新辊,降低生产效率,增加了线材的生产成本。本项目旨在分析热轧辊失效原因,制定合理的轧辊热处理和加工工艺,提高生产效率,降低生产成本。 2.技术原理及性能指标 技术原理： 本研究铜杆轧制实际工况,对热轧辊使用的条件进行分析,基于高温摩擦磨损失效分析理论,通过废旧热轧辊的表面失效微观组织形貌系统分析H13钢热轧辊在服役期间摩磨损机、疲劳失效形式,分析等离子熔覆工艺增强轧辊耐磨的可行性。系统研究不同材料分别进行不同工艺参数下的等离子熔敷试验,确定耐高温摩擦磨损合金粉末和等离子熔覆参数的最优配比,通过热疲劳试验优化工艺参数,最终选定性能最优的合金粉末进行热轧辊再制造,为H13钢等离子熔覆再制造提供理论依据及实践基础。 性能指标：轧辊的热疲劳寿命提高2倍以上,寿命从现在的12小时提高到24小时以上。 效益指标：项目实验成功后年可减少此配件50%的采购量,直接降低成本,此配件提高使用寿命年可减少停机时间80小时以上,且年可以增产2800吨以上,可计算直接经济效益合计为29万元/年。 3.技术的创造性和先进性 创造性： 技术创新：设计复合热处理工艺,结合应用激光加工、超声加工等新的工艺方法,提高热轧辊的强度、表面硬度和表面摩擦磨损的性能,产品性能及使用效果显著提高,使轧辊寿命提高一倍以上。 结构创新：研究以原轧辊材料为基体,采用镶嵌其他耐热耐磨材料复合结构方法,获得性能不低于原方案的轧辊结构模型,节省原材料及能源。 先进性：完成H13钢制铜杆轧制模具再制造样件试制,并进行装机试验,寿命大于12 小时。江铜华北（天津）铜业有限公司H13 钢制铜杆轧制模具采购量可减少50%,每年可创造利润 29万元以上,以后由此带来的能源消耗及废弃物排放,具有良好的社会及经济价值。过该项目实施,研发耐热疲劳及循环应力的等离子熔敷用合金粉末,可在石油化工、海洋工程、冶金等行业得到广泛应用,具备良好的市场前景及科研成果转化潜力。 4.技术的成熟程度、使用范围和安全性 经过等离子工艺及参数的优化,基本可以实现对镍基合金材料的熔敷。为了验证优化后的熔敷工艺的可靠性,对现场待修复的H13轧辊进行再制造工艺修复,在生产现场进行实践,验证修复和使用效果。 5.应用情况及存在问题 熔覆后分别对轧辊硬度及在线使用轧制量等情况进行了测量与跟踪,具体情况如下： （1）熔覆表面硬度 对熔覆后工件选取多个部位进行了硬度测量,均达到设计要求,选取点硬度见表1。 表1 熔覆后硬度测量值 序号 1 2 3 4 5 6 平均值 硬度值（HRC）熔敷前 52.1 52.8 53 53.2 52.7 52.9 52.8 熔敷后 59.2 58.5 58.9 59.5 58.7 59 59 （2）在线使用效果 试验用轧辊为中轧辊序号为 K11,该轧辊直径为Ф550mm,共4个轧槽,轧辊上线后每个轧槽轧制有关数据测量情况见表2。 表2 轧辊熔覆前后轧制量对比表 轧槽序号 1 2 3 4 平均值 熔敷 前 后 前 后 前 后 前 后 前 后 轧制量/吨 5850 11500 5950 11000 6050 12500 6150 13000 6000 12000 对 K11架轧辊熔覆后在线作业跟踪结果得知,作业效果较好,其中单槽轧钢量平均值达到了12000吨,较熔覆前平均值 6000吨,提高了100%。基于上述结果,轧辊表面熔覆后在线作业轧钢量达到了理想的效果,可为生产创造可观的经济效益。 （3）存在问题 轧槽表面熔覆和机加工均在小范围进行,无法实现量产,生产效率有待提高。