轧钢助卷辊和深弯辊堆焊技术研究——文献学习体会

文献概况与背景

马耀东等研究人员在《钢铁钒钛》2007年第28卷第1期发表的这篇论文，系统研究了采用 YJ356-S 和 YJ358-S 焊丝对轧钢助卷辊和深弯辊进行堆焊修复的工艺。轧钢辊的堆焊修复是钢铁行业的重要维护技术——轧辊在轧制过程中承受巨大的接触应力、摩擦力和温度循环，其工作面的磨损和损伤修复直接关系到轧机生产效率和产品质量。该文献的研究对象（助卷辊和深弯辊）属于轧钢辅助辊，其服役条件与主轧辊有所不同，需要针对性的堆焊方案。

轧钢辊堆焊的技术挑战

服役条件分析

助卷辊和深弯辊在轧钢生产线中承担辅助支撑和导向功能，其服役条件具有以下特点：

深弯辊的服役条件更为恶劣——深弯辊在矫直工序中承受反复的弯曲载荷和接触应力，其工作面容易出现接触疲劳裂纹和磨粒磨损。

堆焊层组织设计

文献中两种焊丝的堆焊层组织设计体现了不同的耐磨机制：

YJ356-S（助卷辊）：回火马氏体 + 少量贝氏体和索氏体，马氏体基体上含有高硬度碳化物。

• 马氏体基体提供高硬度和耐磨性；
• 碳化物（可能是 Cr₇C₃、Cr₃C 等）提供抗磨粒磨损能力；
• 贝氏体和索氏体的存在提供一定的韧性储备，防止脆性剥落。

YJ358-S（深弯辊）：回火马氏体 + 弥散分布碳化物。

• 碳化物弥散分布意味着更高的体积分数和更均匀的分布；
• 这种组织设计更侧重于抗接触疲劳和抗磨粒磨损；
• 较高的硬度（HRC 63.1）表明碳化物含量更高。

关键工艺技术创新——电磁搅拌

该文献的一个显著亮点是引入了电磁搅拌技术。电磁搅拌（Electromagnetic Stirring, EMS）在铸钢件中已有成熟应用，但在堆焊领域的应用相对新颖。其作用机理如下：

• 改善凝固组织：电磁搅拌通过强制对流打碎枝晶，细化晶粒，减少柱状晶比例；
• 促进碳化物均匀分布：搅拌作用使碳化物在凝固过程中更均匀地分散，避免局部聚集；
• 降低硬度落差：减少堆焊层从表面到熔合区的硬度梯度，降低残余应力集中。

文献指出电磁搅拌"有利于提高硬度并降低堆焊层的硬度落差"，这与传统认知（搅拌通常降低硬度）有所不同。可能的解释是：搅拌促进了碳化物的均匀析出，虽然晶粒细化本身可能略微降低基体硬度，但碳化物分布的均匀性提高了整体耐磨性。

耐磨性能评价

文献采用相对耐磨系数评价堆焊层的耐磨性：

相对耐磨系数越低，耐磨性越好。YJ356-S 的耐磨系数略低于 YJ358-S，这与助卷辊的服役条件相匹配——助卷辊的接触应力较低，不需要过高的硬度，较低的硬度反而有利于减少接触疲劳裂纹的萌生。

与工程实践的结合

堆焊修复的 PDCA 循环

在实际轧辊堆焊修复中，建议按照 PDCA 循环进行质量管理：

Plan（计划）：

• 根据辊型、服役条件和磨损模式选择焊丝型号；
• 制定焊接工艺规程（WPS），包括预热温度、层间温度、焊接顺序等；
• 确定堆焊层厚度和硬度要求。

Do（执行）：

• 严格执行焊接工艺参数；
• 采用电磁搅拌等辅助手段改善组织；
• 控制层间温度和清渣质量。

Check（检查）：

• 硬度检测（每 50mm 一个测点）；
• 金相分析（检查组织和碳化物分布）；
• 无损检测（UT 检查内部缺陷）；
• 磨耗试验（验证耐磨性）。

Act（改进）：

• 根据检测结果调整工艺参数；
• 积累修复经验，优化焊丝选型和工艺方案。

常见缺陷与对策

学习心得与启示

这篇文献给我最深的印象是"电磁搅拌"技术在堆焊领域的应用。在钢管制造中，电磁搅拌已广泛应用于连铸坯生产，但将其引入堆焊工艺是一个有价值的创新方向。对于大型管件（如大口径弯头、三通）的堆焊修复，电磁搅拌可以有效改善堆焊层的组织均匀性和力学性能，值得进一步研究和推广。

此外，该文献体现了"不同辊型、不同焊丝"的精准匹配思路。助卷辊和深弯辊虽然都是轧钢辅助辊，但服役条件差异明显，需要选择不同的堆焊材料。这种"一辊一策"的理念在管件制造中同样适用——不同工况的管件（如高压弯头、低温三通、CRA 异径管）需要针对性的堆焊方案，不能简单地"一种焊材打天下"。