长寿命连铸辊堆焊材料与工艺开发文献学习体会

文献概况与研究背景

本文发表于2008年《东北大学学报（自然科学版）》第29卷第5期，由东北大学孙大乐与宝钢研究院李小兵等合作完成，受国家自然科学基金（50674022）与宝钢重大科研项目（ZA9815）资助。连铸辊是大型板坯连铸机的核心消耗件，其使用寿命直接影响铸坯质量与生产效率。在钢铁行业追求降本增效的大背景下，延长连铸辊寿命始终是工艺研发的重点方向。该文从工况分析出发，系统阐述了堆焊材料开发、工艺参数优化与性能评价的完整技术路线，具有很高的工程指导价值。

连铸辊工况特点与失效形式分析

连铸辊在运行过程中承受极为苛刻的综合载荷，其失效形式可归纳为以下几类：

作者指出，热疲劳是连铸辊最主要的失效机制。在大型板坯连铸机中，辊面温度可高达1000℃以上，而冷却水温度仅约20~30℃，如此剧烈的温度梯度在辊面产生交变热应力，导致疲劳裂纹萌生与扩展。

堆焊材料设计与合金化思路

该文以1Cr13NiMo堆焊材料为基础，通过引入功能合金元素进行改性，开发出新型焊带与匹配烧结焊剂。合金化设计的核心思路包括：

• 提高抗氧化性：增加Cr、Al含量，在辊面形成致密氧化膜，延缓高温氧化侵蚀。
• 改善热疲劳抗力：添加Mo、Ti等元素，促进细小弥散碳化物析出，提高高温强度。
• 增强韧性储备：适当控制C含量，避免过多脆性相析出，保证堆焊层在热循环下的抗裂能力。

新型熔敷金属的组织、强度和冷热疲劳性能明显优于当时进口焊材，这是该研究的重要突破。

工艺参数对性能的影响规律

堆焊工艺参数中，层间温度与焊后热处理温度是两个关键变量。文中通过系统试验揭示了以下规律：

合理的层间温度控制可保证每层堆焊熔敷金属与底层之间形成良好的冶金结合，同时避免过热区晶粒过度长大。焊后热处理则用于消除残余应力、促进碳化物球化与均匀分布，从而在硬度与韧性之间取得最佳平衡。

与工程实践的结合思考

从钢管制造行业的视角看，连铸辊堆焊技术的进步对上游铸管坯质量有直接影响。连铸坯表面质量决定了后续穿孔、轧管工序的成材率与钢管表面缺陷率。在实际生产中，堆焊辊的更换周期是衡量连铸生产效率的重要指标。该文所揭示的"材料—工艺—性能"三者协同优化的思路，对钢管行业其他堆焊修复场景（如穿孔辊、轧辊、导卫等）同样具有借鉴意义。

在实际堆焊作业中，我深刻体会到层间温度控制的重要性。现场往往因追求效率而忽略层间测温，导致堆焊层出现层间裂纹或硬度不均。该文强调的"合理层间温度"概念，应转化为可量化的工艺卡参数，纳入标准作业程序（SOP），确保堆焊质量的可重复性。

学习心得与启示

该文的研究方法体现了"工况分析—材料设计—工艺优化—性能验证"的完整PDCA闭环，这种系统化的研发思路值得借鉴。尤其值得关注的是，文中将烧结焊剂与焊带的匹配作为独立研究课题，这在工程实践中容易被忽视。焊剂不仅承担造渣与合金化功能，还对熔池保护、脱氧、脱硫至关重要。新型烧结焊剂的开发是堆焊材料体系完整性的关键一环。

总体而言，该研究为连铸辊长寿命堆焊提供了从材料到工艺的系统解决方案，其核心思想——通过合金化设计提升热疲劳抗力、通过工艺参数优化实现性能最大化——对钢管行业其他高温工况堆焊应用具有普遍的参考价值。