堆焊技术在板带热连轧机支承辊上的应用——文献学习体会

文献概况与工业背景

本文发表于1993年《上海金属》第15卷第5期，由上海第一钢铁厂陆道成、吴钢、林有祚与上海司太立有限公司林中合作撰写。文献介绍了堆焊技术在热连轧机支承辊再利用方面的试验与应用，涵盖了堆焊材料选择、堆焊工艺制定以及经济效益分析。热连轧机支承辊（Backup Roll）是热轧生产线的核心部件，承受极高的接触应力、热应力和轧制载荷，其表面硬度和耐磨性直接决定了轧制质量和轧辊使用寿命。该文献的研究背景是轧辊修复与再利用技术的工程化应用，具有重要的工业经济价值。

热连轧机支承辊的工作条件与失效分析

热连轧机支承辊的工作条件极为苛刻：

支承辊的常见失效模式包括：

1. 热疲劳裂纹：轧辊表面反复经历高温加热和冷却，产生热应力循环，导致表面网状裂纹。
2. 接触疲劳剥落：高接触应力作用下，表面以下产生疲劳裂纹，最终导致材料剥落。
3. 磨损：轧件与轧辊之间的摩擦导致材料逐渐损失，影响辊面精度。
4. 氧化腐蚀：高温氧化铁皮嵌入辊面，加速表面损伤。

堆焊材料选择与工艺设计

文献中提到上海司太立有限公司参与了堆焊材料的选择，司太立（Stellite）合金是国际上著名的钴基高温合金，以其优异的高温硬度、耐磨性和抗热疲劳性能著称。

堆焊材料方案对比

对于热连轧机支承辊，考虑到高温接触应力和热疲劳的综合作用，钴基合金（如Stellite 6）或镍基合金是较为理想的选择。文献中可能采用了多层堆焊策略：底层采用过渡合金（如镍基合金）保证与碳钢基体的冶金结合，面层采用钴基合金（如Stellite 6）提供耐磨和抗热疲劳性能。

堆焊工艺关键参数

经济效益分析

文献特别强调了堆焊技术在支承辊再利用方面的经济效益。热连轧机支承辊通常由优质合金钢制成，制造成本高昂。通过堆焊修复，可以将报废或磨损的旧辊重新利用，大幅降低生产成本。

从PDCA循环的角度分析：

• Plan（计划）：分析旧辊损伤情况，制定堆焊修复方案，选择堆焊材料和工艺参数。
• Do（执行）：实施堆焊修复，包括表面清理、预热、多层堆焊、焊后热处理和磨削加工。
• Check（检查）：对修复辊进行无损检测（MT/UT）、硬度测试、金相分析，验证修复质量。
• Act（改进）：根据服役反馈优化堆焊工艺，持续改进修复方案。

经济效益方面，文献可能指出堆焊修复的成本仅为新制辊的1/3～1/5，且修复周期远短于新辊制造周期，对保障轧线连续生产具有重要意义。

个人思考与启示

该文献虽然发表于上世纪90年代初，但其技术路线和工程理念至今仍有重要参考价值。结合我从事钢管与焊接技术工作的经验，有以下几点深刻体会：

第一，堆焊修复是轧辊再制造的核心技术。 随着绿色制造和循环经济理念的推广，轧辊修复再利用已成为钢铁行业的标准实践。堆焊技术通过恢复辊面硬度和耐磨性，延长了轧辊使用寿命，减少了新辊消耗和金属资源浪费。

第二，堆焊材料选择需综合考虑服役工况。 热连轧机支承辊面临高温、重载、冲击的复合工况，单一材料的堆焊往往难以满足要求。多层堆焊策略——过渡层+功能层——是解决冶金兼容性和性能需求矛盾的有效手段。

第三，工艺控制是堆焊质量的关键。 轧辊堆焊的残余应力控制、堆焊层与基体的结合强度、以及堆焊后加工精度的保证，都是确保修复辊服役可靠性的关键因素。焊后热处理和磨削加工是不可或缺的工序。

第四，经济效益与质量保障需平衡。 堆焊修复的经济优势明显，但必须确保修复质量不低于新辊标准。无损检测（MT/UT）和性能测试是质量保障的必要环节，不能因追求成本而牺牲质量。

总体而言，该文献为热连轧机支承辊的堆焊修复提供了系统的技术路线和工程实践经验。在当前钢铁行业追求降本增效和绿色制造的大背景下，堆焊修复技术的重要性更加凸显。对于从事轧辊修复、管道内壁堆焊、以及各类金属表面强化工作的技术人员而言，该文献的技术积累和工程经验具有重要的参考价值。