二辊堆焊修复实验研究

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摘要：通过分析二辊使用条件及损坏形式，选择224H堆焊用药芯焊丝和HJ107烧结焊剂，制定了合理可行的堆焊工艺，对1700轧机二辊进行了修复。经过现场试验表明，堆焊工作层满足了轧机的使用要求。

关键词：轧辊；堆焊；材料；工艺

中图分类号: TG455 文献标识码：B

0 引言 二辊轧机轧辊质量的好坏、使用寿命的长短直接影响到辊耗的大小、钢材的质量、维修费用、轧机作业率，最终影响到钢材的成本。因此，对二辊进行堆焊修复，进一步提高其性能和使用寿命十分重。本文就对某厂60CrMnMo材料制作的轧辊修复进行了堆焊修复实验，改进了堆焊修复材料和工艺，进一步提高二辊堆焊修复后的使用性能和寿命，取得了不错的经济效益。

1 二辊工况分析

可逆式二辊轧机主要用于板坯宽展和粗轧。轧机允许的最大轧制压力 2000t，最大轧制速度 3.7 m／s，轧制温度一般为1150℃以上。由于经常打水冷却，故辊身表面处于交变状态，温差较大。二辊产生损坏原因为：二辊与钢坯间产生金属磨损和氧化皮造成的磨粒磨损；由于交变热循环作用，经过一段时间使用后，二辊表面产生热疲劳裂纹；冷却水在辊面和钢坯接触处产生很高的蒸汽压后，造成冲蚀和气蚀，促进非磨损消耗；辊面接触热钢坯处，组织和性能发生变化，性能降低，加剧磨损和热疲劳。

2 堆焊材料的选择 根据二辊失效分析，选用热稳定性好的上海司太立生产的224H药芯焊丝，其设计成分见表1，堆焊金属在高温回火过程中均能弥散析出V的碳化物，起到弥散强化作用。配用 HJ107焊剂后堆焊金属硬度达到HRC50～55。

表1 堆焊材料熔敷金属化学成分（质量分数/%）

3 堆焊工艺

3.1 焊接性分析

经计算，60CrMnMo材料制作的二辊碳当量高达1.15％，堆焊时母材热影响区的淬硬倾向及焊接裂纹敏感性较大，焊接性较差。同时，二辊的尺寸较大，堆焊层厚度一般均在50 mm以上，堆焊时的焊接应力较高，因此，要完全避免裂纹的产生除提高预热温度和道间温度外，还要堆焊过渡层，试验选用H08A配合 SF110堆焊过渡层。

3.2 预热及道间温度的控制 预热及保证道间温度的主要目的是降低堆焊金属及热影响区的冷速，降低淬硬倾向并减少焊接应力，预热温度的高低由辊坯材料和堆焊材料的合金体系来综合确定，一般碳含量和合金元素总含量越高，则预热温度也越高。

经计算，用 Multipass224堆焊工作层时，熔敷金属的 Ms = 166.25℃。堆焊过程中应控制预热及道间温度高于Ms点，才能避免发生马氏体相变及回火效应。据此，过渡层道间温度定为300℃，对于工作层堆焊，由于二辊尺寸及堆焊厚度均较大，焊接应力大，故应尽量提高道间温度，考虑到操作上容许程度，将工作层道间温度定为400~450℃。堆焊机床上应有自控加热保温装置以防止堆焊操作时工件温度降低。

3.3 堆焊工艺的确定

堆焊工艺参数是指堆焊时采用的焊接极性、焊丝直径、焊接电流、焊接电压以及堆焊速度等。司太立224H药芯焊丝典型的堆焊工艺参数见表2。

表2堆焊工艺参数

3.3 焊后热处理 为改善焊后组织和消除焊接应力，对焊后二辊进行热处理十分必要。焊后去应力回火的主要目的是去除在堆焊过程中产生的热应力和组织应力，同时使堆焊组织产生“二次硬化”，进一步提高和改善堆焊金属的耐磨性及耐热疲劳性。回火工艺参数通常根据堆焊层材料的化学成分及合金元素含量、堆焊层厚度、堆焊辊尺寸来综合考虑确定。

根据本文中药芯焊丝224H堆焊金属以及堆焊辊母材的合金成分，回火温度定为500℃，升温速度30～50℃/h，冷却速度小于30℃/h。保温时间4～6h，一方面能使应力充分释放，另一方面可促进基体组织中细小碳化物的弥散析出，增加堆焊层的耐磨性及耐热疲劳性。堆焊层的组织主要为马氏体和细粒状弥散分布的碳化物，采用洛氏硬度计HR-150B测定，硬度为52HRC。

4结论

采用本文的方法和工艺堆焊修复后的二辊，通过机加工和磨削加工，探伤无裂纹、气孔等缺陷后在某公司1700生产线进行了上机试验，结果显示，修复后的二辊能够满足使用性能要求，使用寿命达到了新辊的80%以上，具有明显的经济效益。

参考文献

1雎向荣等. 5m宽厚板轧机前后回转辊道辊的堆焊制造技术. 第十二次全国焊接学术会议论文集,2008, (3): 20～24.

2沈风刚. 刘景凤. 冶金轧辊堆焊技术综述. 中国表面工程, 2006, (3): 14～20.

3朱红一. 中厚板大型锻钢支撑辊堆焊修复实践. 轧钢, 2008, (6): 66～68.

作者简介：吴哲，(1986- )，男，工程师，毕业于山东科技大学机械设计与制造专业，主要从事型钢轧钢设备管理与维修工作。