用于水泥行業輥壓機的擠壓輥及其制造方法與流程

本發明屬于廢舊輥再制造工程技術領域，具體涉及一種用于水泥行業輥壓機的擠壓輥及其制造方法。

背景技術：

現階段，中國經濟的持續高速發展以及重工業化趨勢，使得中國相對缺乏的自然資源正在承受巨大的壓力。在此背景下，追求建設減量化(Reduce)、再利用(Reuse)、再循環(Recycle)和再制造(Remanufacture)的“4R”循環經濟發展模式，進而改變長期以來單純追求規模和速度的發展理念，不僅是一種政策導向，而且正在被越來越多的業界人士所認同。

再制造工程是一個發展迅速的新興研究領域和新興產業。我國從1999年開始將再制造工程作為一門學科體系加以全面研究并推廣。再制造工程是以產品全壽命周期理論為指導，以廢舊產品實現再生利用為目標，以優質、高效、節能、節材、環保為準則，以先進技術和產業化生產為手段，進行修復、改造廢舊產品的一系列技術措施或工程活動的總稱。簡言之，再制造工程是廢舊產品高科技維修的產業化。再制造工程的研究對象既可以是整機、系統、設施，也可以是其零部件等。

2011年，我國鋼鐵行業的生產繼續保持較快增長。從累計產量來看，粗鋼產量累計達到6.83億噸，同比增長8.89％，鋼材累計產量達到8.81億噸，同比增長12.3％。繼續保持世界鋼鐵產量第一的位置，約占全世界的50％。

鋼鐵冶金行業是國家的基礎行業，也是國家的重工業，其生產設備零件繁多，大部分是在高(交變)應力、高熱應力的惡劣環境下工作，如連鑄輥、校直輥、槽型輥、半鋼輥、支撐輥、助卷輥、夾送輥、輸送輥、鑄管輥、熱(冷)軋工作輥等。由于摩擦、磨損等各種原因的存在，要維持設備的正常運轉，每年將消耗大量的備用備件。在這些設備中，各種軋輥無疑是其中最關鍵的設備零件，其消耗量大，價格昂貴。

現階段的鋼鐵企業的大型軋輥使用到達壽命后首先采用更換位置的方式處理，最后以廢鐵的方式處理。有的大型軋輥重量達30噸以上，新品購買價格超過100萬，這類大型軋輥本身蘊含的附加值非常大。傳統的處理方式造成了資源的巨大浪費。

因此，目前存在的問題是需要研究開發一種處理大型廢舊軋輥的工藝來避免或減少資源浪費。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供一種水泥行業輥壓機的擠壓輥及其制備方法。將鋼鐵行業廢舊輥通過再制造方法制得水泥行業輥壓機的擠壓輥，不僅解決了目前鋼鐵行業大量廢舊輥采用傳統回爐方式造成的附加值浪費問題，降低了傳統回爐工藝帶來的環境污染問題，而且能夠大大降低水泥行業輥壓機擠壓輥的制造成本，同時制造的水泥行業輥壓機的擠壓輥性能穩定，能夠滿足實際應用要求。

為此，本發明第一方面提供了一種用于水泥行業輥壓機的擠壓輥，其以鋼鐵行業廢舊輥為原料，通過在去除了疲勞層的廢舊輥的表面直接堆焊形成梯度堆焊層或鑲嵌復合輥套制得擠壓輥粗品，然后再在擠壓輥粗品表面制備硬化層或者對擠壓輥粗品表面進行磨光處理制得。

根據本發明，所述梯度堆焊層沿擠壓輥粗品徑向由內到外依次包括止裂層、過渡層和硬面層；其中，所述止裂層以重量計含有以下元素：Ni 0.3％-2％、Cr4％-9％、Si 0.3％-1％、Mn 0.3％-1.5％、Co 0.1％-0.5％以及余量的Fe；所述過渡層以重量計含有以下元素：Cr 23％-28％、Si 0.3％-1％、Mn 0.3％-1.5％、C 3％-4％、Mo 1％-2％以及余量的Fe；所述硬面層以重量計含有以下元素：Cr 26％-30％、Si0.3％-1％、Mn 0.3％-1.5％、C 3％-5％、Mo 1％-2％、Nb 5％-8％以及余量的Fe。

在本發明的一些實施例中，在所述梯度堆焊層中，所述止裂層的厚度為6-10mm；所述過度層的厚度≤35mm，優選所述過度層的厚度為35-42mm；所述硬面層的厚度為12-15mm。

根據本發明，所述復合輥套沿其徑向由內到外依次包括內層、雙金屬熔合層和外層；其中，所述內層材料為35CrMo鋼；外層材料為20MnCr₅鋼；雙金屬熔合層材料為35CrMo鋼/20MnCr₅鋼。

在本發明的一些實施例中，所述內層的厚度為300-600mm；所述雙金屬熔合層的厚度為40-45mm；所述外層的厚度為12-15mm。

在本發明的一些實施例中，所述硬化層的材質為高Cr材質。所述硬化層的厚度為30-60mm。

本發明第二方面提供了一種如本發明第一方面所述擠壓輥的制備方法，包括：

步驟B，沿徑向去除鋼鐵行業廢舊輥工作面的疲勞層，制得去除了疲勞層的廢舊輥；

步驟C，對去除了疲勞層的廢舊輥進行表面修復處理，制得擠壓輥粗品；

步驟D，對擠壓輥粗品進行表面加工處理，制得水泥行業輥壓機的擠壓輥；

其中，所述表面修復處理包括堆焊處理或鑲套處理。

根據本發明，在步驟C中，將去除了疲勞層的廢舊輥的工作面外徑與水泥行業輥壓機的擠壓輥的工作面外徑進行比較：當二者差值＜150mm時，采用堆焊處理的方式進行表面修復處理；當二者差值≥150mm時，采用鑲套處理的方式進行表面修復處理。

在本發明的一些實施例中，所述堆焊處理包括在去除了疲勞層的廢舊輥的工作面直接堆焊形成梯度堆焊層；所述梯度堆焊層沿擠壓輥粗品徑向由內到外依次包括止裂層、過渡層和硬面層。

根據本發明，所述鑲套處理包括：

步驟M，以去除了疲勞層的廢舊輥為輥芯制備復合輥套；

步驟N，將復合輥套鑲嵌于輥芯上，組合形成水泥行業輥壓機的擠壓輥粗品；

其中，所述復合輥套的內徑與輥芯的外徑相等。

在本發明的一些實施例中，在步驟D中，所述表面加工處理包括在擠壓輥粗品表面制備硬化層或者對擠壓輥粗品表面進行磨光處理。

在本發明的另一些實施例中，在步驟B中，在去除鋼鐵行業廢舊輥徑向工作面的疲勞層之前先測定鋼鐵行業廢舊輥徑向工作面的疲勞層的厚度。

根據本發明方法，所述方法還包括在步驟B之前的步驟A，沿軸向對鋼鐵行業廢舊輥工作面進行機加工處理，使得鋼鐵行業廢舊輥工作面的軸向長度與水泥行業輥壓機的擠壓輥的軸向長度相同。

附圖說明

下面結合附圖來對本發明作進一步詳細說明。

圖1為鋼鐵行業廢舊輥示意圖。

圖2為采用鑲套處理的方式對去除了疲勞層的廢舊輥進行表面修復處理的示意圖；圖中附圖標記的含義如下：1疲勞層的廢舊輥；2復合輥套；3擠壓輥粗品；11內層；12雙金屬熔合層；13外層。

圖3為采用堆焊處理的方式制得的擠壓輥示意圖；圖中附圖標記的含義如下：1疲勞層的廢舊輥；2′梯度堆焊層；3擠壓輥粗品；21止裂層；22過渡層；23硬面層。

具體實施方式

為使本發明容易理解，下面將結合附圖來詳細說明本發明。

如前所述，現階段的鋼鐵企業使用的大型軋輥如圖1所示，其本身蘊含的附加值非常大，傳統的處理方式造成了資源的巨大浪費；而且，目前由于缺乏相應的材料和技術，采用堆焊技術再制造后直接恢復該類輥的原有功用，存在一定的技術問題，但是發明人研究發現，通過升級再制造將該類城市礦產再制造后用于其它領域將能夠最大程度的保留其附加值，實現循環經濟。發明人進一步研究發現，將鋼鐵行業廢舊輥表面的疲勞層去除后，再采用堆焊處理或鑲套處理的方式對去除了疲勞層的廢舊輥表面進行修復處理，可以制得一種水泥行業輥壓機的擠壓輥，這不僅解決了目前鋼鐵行業大量廢舊輥采用傳統回爐方式造成的附加值浪費問題，降低了傳統回爐工藝帶來的環境污染問題，而且能夠大大降低水泥行業輥壓機擠壓輥的制造成本。

因此，本發明所涉及的擠壓輥的制備方法包括：

步驟B，沿徑向去除鋼鐵行業廢舊輥工作面的疲勞層，制得去除了疲勞層的廢舊輥；

步驟C，對去除了疲勞層的廢舊輥進行表面修復處理，制得擠壓輥粗品；

步驟D，對擠壓輥粗品進行表面加工處理，制得水泥行業輥壓機的擠壓輥；

其中，所述表面修復處理包括堆焊處理或鑲套處理。

根據本發明的一些實施方式，在步驟C中，將去除了疲勞層的廢舊輥的工作面外徑與水泥行業輥壓機的擠壓輥的工作面外徑進行比較：當二者差值＜150mm時，采用堆焊處理的方式進行表面修復處理；當二者差值≥150mm時，采用鑲套處理的方式進行表面修復處理。

在本發明的一些實施例中，如圖3所示，所述堆焊處理包括在去除了疲勞層的廢舊輥1的工作面直接堆焊形成梯度堆焊層2′，制得擠壓輥粗品3；所述梯度堆焊層沿擠壓輥粗品徑向由內到外依次包括止裂層21、過渡層22和硬面層23。

在本發明的一些進一步的實施例中，所述止裂層以重量計含有以下元素：Ni0.3％-2％、Cr 4％-9％、Si 0.3％-1％、Mn 0.3％-1.5％、Co 0.1％-0.5％以及余量的Fe；所述過渡層以重量計含有以下元素：Cr 23％-28％、Si 0.3％-1％、Mn 0.3％-1.5％、C 3％-4％、Mo 1％-2％以及余量的Fe；所述硬面層以重量計含有以下元素：Cr26％-30％、Si 0.3％-1％、Mn 0.3％-1.5％、C 3％-5％、Mo 1％-2％、Nb 5％-8％以及余量的Fe。

本發明中，所述梯度堆焊層中各層的厚度根據擠壓輥和廢舊輥的具體尺寸進行設計，例如，止裂層的厚度為6-10mm；過度層的厚度為總的厚度減去止裂層的厚度和硬面層的厚度，通常情況下過度層的厚度≤35mm，優選過度層的厚度為35-42mm；硬面層的厚度為12-15mm。

根據本發明的一些實施方式，如圖2所示，所述鑲套處理包括：

步驟M，以去除了疲勞層的廢舊輥1為輥芯制備復合輥套2；

步驟N，將復合輥套2鑲嵌于輥芯1上，組合形成水泥行業輥壓機的擠壓輥粗品3；

其中，所述復合輥套2的內徑與輥芯1的外徑相等。

所述復合輥套沿其徑向由內到外依次包括內層11、雙金屬熔合層12和外層13；其中，所述內層材料為35CrMo鋼；外層材料為20MnCr₅鋼；雙金屬熔合層材料為35CrMo鋼/20MnCr₅鋼。

本發明中，所述復合輥套中各層材料的厚度根據擠壓輥和廢舊輥的具體尺寸進行設計，例如，內層的厚度為300-600mm；雙金屬熔合層的厚度為40-45mm；外層的厚度為12-15mm。

本發明中，復合輥套可以理解為復合耐磨輥套，其采用雙金屬離心復合鑄造技術制造，復合輥套具有表面硬度高，耐磨損、內層硬度適宜、便于加工鑲嵌的特點。

本發明中，通過嵌套處理制成的復合輥套沿其徑向由內到外依次所包含的內層、雙金屬熔合層和外層實際上是在輥芯外表面構成了梯度合金耐磨層；而通過堆焊處理在去除了疲勞層的廢舊輥的工作面直接形成的梯度堆焊層也可以理解為去除了疲勞層的廢舊輥的工作面表面的梯度合金耐磨層。這樣兩種表面修復處理工藝制備的表面由梯度合金耐磨層形成的再制造產品性能均能滿足輥壓機擠壓輥的要求。

根據本發明，在步驟D中，所述表面加工處理包括在擠壓輥粗品表面制備硬化層或者對擠壓輥粗品表面進行磨光處理。

在本發明的一些實施例中，所述硬化層的材質為高Cr材質。所述硬化層的厚度為30-60mm。

根據本發明，在步驟B中，在去除鋼鐵行業廢舊輥徑向工作面的疲勞層之前先測定鋼鐵行業廢舊輥徑向工作面的疲勞層的厚度。

在本發明的一些實施例中，例如，在去除鋼鐵行業廢舊輥徑向工作面的疲勞層之前，可以通過無損檢測技術確認鋼鐵行業廢舊輥徑向工作面的疲勞層深度，然后去除廢舊輥工作面表面的疲勞層，并根據擠壓輥圖紙對尺寸的要求制定下一步加工方案。

根據本發明，所述方法還包括在步驟B之前的步驟A，沿軸向對鋼鐵行業廢舊輥工作面進行機加工處理，使得鋼鐵行業廢舊輥工作面的軸向長度與水泥行業輥壓機的擠壓輥的軸向長度相同。

在本發明的一些具體實施例中，例如，可以根據水泥行業輥壓機的擠壓輥圖紙的要求，選擇尺寸類似或相近的鋼鐵行業廢舊輥，并沿軸向將廢舊輥工作面以外的部位采用機加工方式加工到要求的尺寸。

基于上述可以理解，本發明所涉及的用于水泥行業輥壓機的擠壓輥是以鋼鐵行業廢舊輥為原料，通過在去除了疲勞層的廢舊輥的表面直接堆焊形成梯度堆焊層或鑲嵌復合輥套制得擠壓輥粗品，然后再在擠壓輥粗品表面制備硬化層或者對擠壓輥粗品表面進行磨光處理制得。

在本發明的一些實施例中，所述梯度堆焊層沿擠壓輥粗品徑向由內到外依次包括止裂層、過渡層和硬面層；其中，所述止裂層以重量計含有以下元素：Ni0.3％-2％、Cr 4％-9％、Si 0.3％-1％、Mn 0.3％-1.5％、Co 0.1％-0.5％以及余量的Fe；所述過渡層以重量計含有以下元素：Cr 23％-28％、Si 0.3％-1％、Mn 0.3％-1.5％、C 3％-4％、Mo 1％-2％以及余量的Fe；所述硬面層以重量計含有以下元素：Cr26％-30％、Si 0.3％-1％、Mn 0.3％-1.5％、C 3％-5％、Mo 1％-2％、Nb 5％-8％以及余量的Fe。

本發明中，在所述梯度堆焊層中，止裂層的厚度為6-10mm，過度層的厚度為總的厚度減去止裂層的厚度和硬面層的厚度，過度層的厚度≤35mm，優選過度層的厚度為35-42mm；硬面層的厚度為12-15mm。

在本發明的另一些實施例中，所述復合輥套沿其徑向由內到外依次包括內層、雙金屬熔合層和外層；其中，所述內層材料為35CrMo鋼；外層材料為20MnCr₅鋼；雙金屬熔合層材料為35CrMo鋼/20MnCr₅鋼。

本發明中，在所述復合輥套中，內層的厚度為300-600mm；雙金屬熔合層的厚度為40-45mm；外層的厚度為12-15mm。

在本發明的又一些實施例中，所述硬化層的材質為高Cr材質。所述硬化層的厚度為30-60mm。

本發明中所述用語“無損檢測技術”是指采用X射線無損檢測設備檢測廢舊輥表面存在的裂紋、氣孔或疲勞層等缺陷的方法。

本發明中所述用語“工作面”是指柱體或輥體的沿徑向由內到外的外表面。

本發明中所述用語“35CrMo鋼”是指牌號為35CrMo的合金結構鋼(合金調質鋼)，其執行標準為GB/T3077-1999。

本發明中所述用語“20MnCr₅鋼”是指牌號為20MnCr₅的合金結構鋼(滲碳鋼)，其為從德國引進的鋼號，其執行標準為EN 10084-2008或EN 10084-1998(歐洲標準)。

本發明中所述用語“高Cr材質”是指高鉻鑄鐵，其執行標準為GB/T8263。

本發明的水泥行業輥壓機的擠壓輥及其制備方法具有如下優點：

(1)本發明的水泥行業輥壓機的擠出輥制造成本大大降低，而該水泥行業輥壓機的擠出輥的使用壽命不低于水泥行業輥壓機擠壓輥新品的使用壽命，且性能穩定，滿足水泥行業輥壓機的擠壓輥的要求；

(2)將鋼鐵行業廢舊輥通過再制造生產水泥行業輥壓機的擠出輥，解決了目前鋼鐵行業大量廢舊輥采用回爐方式造成的附加值浪費問題，最大程度地保留了鋼鐵行業廢舊輥的附加值，降低了傳統回爐工藝帶來的環境污染問題。

實施例

為使本發明更加容易理解，下面將結合實施例來來進一步詳細說明本發明，這些實施例僅起說明性作用，并不局限于本發明的應用范圍。本發明中所使用的原料或組分若無特殊說明均可以通過商業途徑或常規方法制得，而下列實施例中未提及的具體實驗方法，通常按照常規實驗方法進行。

實施例1：

采用本發明方法將尺寸為材質為Cr₅的鋼廠用的大型廢舊支承輥再制造成水泥廠輥壓機的擠壓輥，擠壓輥的尺寸為

(1)沿軸向對鋼廠用的廢舊支承輥工作面進行機加工處理，使得鋼廠用的廢舊支承輥工作面的軸向長度與水泥廠輥壓機的擠壓輥的軸向長度相同，將廢舊支承輥外形尺寸加工到水泥廠輥壓機的擠壓輥的尺寸。

(2)工作面沿直徑方向去除60mm的疲勞層，制得去除了疲勞層的廢舊支承輥。

(3)將除了疲勞層的廢舊支承輥的工作表面外徑與水泥廠輥壓機的擠壓輥的工作面外徑進行比較，二者差值為60mm，顯然二者差值＜150mm，因此采用堆焊處理的方式進行表面修復處理：如圖3所示，在去除了疲勞層的廢舊支承輥1的工作面直接堆焊形成梯度堆焊層2′，制得水泥廠輥壓機的擠壓輥粗品3。

所述梯度堆焊層2′沿擠壓輥粗品徑向由內到外依次包括止裂層21、過渡層22和硬面層23。

上述梯度堆焊層中，止裂層的厚度為6-10mm；過度層的厚度為35-42mm；硬面層的厚度為12-15mm。

上述梯度堆焊層中，所述止裂層以重量計含有以下元素：Ni 0.3％-2％、Cr4％-9％、Si 0.3％-1％、Mn 0.3％-1.5％、Co 0.1％-0.5％以及余量的Fe；所述過渡層以重量計含有以下元素：Cr 23％-28％、Si 0.3％-1％、Mn 0.3％-1.5％、C 3％-4％、Mo 1％-2％以及余量的Fe；所述硬面層以重量計含有以下元素：Cr 26％-30％、Si0.3％-1％、Mn 0.3％-1.5％、C 3％-5％、Mo 1％-2％、Nb 5％-8％以及余量的Fe。

(4)對擠壓輥粗品進行表面加工處理，在擠壓輥粗品表面制備硬化層，制得水泥廠輥壓機的擠壓輥。

上述硬化層的材質為高Cr材質，其的厚度為30-60mm。

經檢測，結果表明，采用堆焊技術制備多層梯度堆焊層，由此制得的水泥廠輥壓機的擠壓輥，既改善基材的抗沖擊性能又提高表面的耐磨性能；該水泥廠輥壓機的擠壓輥的使用壽命不低于水泥行業輥壓機擠壓輥新品的使用壽命。

實施例2

采用本發明方法將尺寸為材質為Cr₅的鋼廠用的大型廢舊支承輥再制造成水泥廠輥壓機的擠壓輥，擠壓輥的尺寸為

(1)沿軸向對鋼廠用的廢舊支承輥工作面進行機加工處理，使得廢舊支承輥工作面的軸向長度與水泥廠輥壓機的擠壓輥的軸向長度相同，將廢舊支承輥外形尺寸加工到擠壓輥的尺寸。

(2)工作面去除疲勞層后沿直徑方向去除60mm的疲勞層，制得去除了疲勞層的廢舊支承輥。

(3)將除了疲勞層的廢舊支承輥的工作表面外徑水泥廠輥壓機的擠壓輥的工作面外徑進行比較，二者差值為660mm，顯然二者差值＞150mm，因此采用鑲套處理的方式進行表面修復處理：如圖2所示，先以去除了疲勞層的廢舊支承輥1為輥芯采用雙金屬離心復合鑄造技術制造復合輥套2，再將復合輥套鑲2嵌于輥芯1上，組合形成水泥廠輥壓機的擠壓輥粗品3，所述復合輥套2的內徑與輥芯1的外徑相等。復合輥套2沿其徑向由內到外依次包括內層11、雙金屬熔合層12和外層13。

上述所述復合輥套中，內層的厚度為300-600mm；雙金屬熔合層的厚度為40-45mm；外層的厚度為12-15mm。

上述復合輥套中，所述內層材料為35CrMo鋼；外層材料為20MnCr₅鋼；雙金屬熔合層材料為35CrMo鋼/20MnCr₅鋼。

(4)對擠壓輥粗品進行表面加工處理，對擠壓輥粗品表面進行磨光處理，制得水泥廠輥壓機的擠壓輥。

經檢測，結果表明，由于復合輥套內部是韌性良好的合金層，外部是耐磨合金層，由此制得的水泥廠輥壓機的擠壓輥，既改善了基材的抗沖擊性能又提高了輥套表面的耐磨性能；水泥廠輥壓機的擠壓輥的使用壽命不低于水泥行業輥壓機擠壓輥新品的使用壽命。

應當注意的是，以上所述的實施例僅用于解釋本發明，并不構成對本發明的任何限制。通過參照典型實施例對本發明進行了描述，但應當理解為其中所用的詞語為描述性和解釋性詞匯，而不是限定性詞匯。可以按規定在本發明權利要求的范圍內對本發明作出修改，以及在不背離本發明的范圍和精神內對本發明進行修訂。盡管其中描述的本發明涉及特定的方法、材料和實施例，但是并不意味著本發明限于其中公開的特定例，相反，本發明可擴展至其他所有具有相同功能的方法和應用。