热轧支承辊堆焊技术研究文献学习体会

文献概况与研究背景

本文出自攀枝花钢铁研究院林剑东，发表于2009年《电焊机》第39卷第7期，聚焦热轧板厂70Cr3NiMo表面淬火锻钢支承辊的堆焊修复难题。热轧支承辊是轧机核心部件，承受巨大的接触应力与热应力，其使用寿命直接决定轧机作业率与生产成本。文献指出，当时国内缺乏成熟的支承辊专用堆焊材料，修复后辊子平均过钢量偏低，严重制约了轧机产能。这一问题的提出切中了当时国内热轧行业的技术痛点。

核心材料体系与工艺方案

作者自主研制了PRJ225药芯焊丝，匹配SJ107焊剂，通过埋弧自动焊工艺实施堆焊修复。该材料体系的设计思路值得深入分析。70Cr3NiMo锻钢基体经表面淬火后，表层硬度可达HRC55-60，心部保持一定的韧性，堆焊层需要与基体形成良好的冶金结合，同时自身具备优异的耐磨性和抗接触疲劳性能。

从材料设计角度看，PRJ225焊丝很可能在合金成分上强化了碳化物形成元素（如Cr、Mo、V等）的含量，使堆焊层形成大量弥散分布的硬质相，同时通过控制熔敷金属的碳含量和合金配比来抑制裂纹倾向。SJ107焊剂作为碱性低氢焊剂，具有良好的脱氧能力和造渣性能，有利于减少气孔和裂纹缺陷。

关键工艺参数与质量控制要点

支承辊堆焊修复的工艺难点在于：基体为淬硬组织，线膨胀系数与堆焊金属存在差异，焊接热循环易导致残余应力集中和裂纹萌生。文献虽未详细列出所有工艺参数，但从工程实践角度，可归纳以下关键控制点：

1. 焊前预热温度应控制在150-250℃范围内，以降低冷却速率，减少热应力。
2. 层间温度需严格控制，一般不超过300℃，防止基体组织进一步脆化。
3. 堆焊层数应合理设计，采用多层多道焊以逐步减小单层应力。
4. 焊后应进行适当的热处理或消氢处理，消除残余应力和扩散氢。
5. 堆焊层厚度需根据辊子使用工况确定，一般要求堆焊层厚度不小于原磨削量的2-3倍。

性能评价与工程验证

文献给出的工业试验数据极具说服力。修复后支承辊平均过钢量达到65万t以上，最高过钢量达112.6万t，这一数据在当时的国内热轧支承辊堆焊修复领域处于领先水平。从接触疲劳的角度分析，堆焊层的抗接触疲劳性能取决于其硬度、韧性以及内部缺陷的多少。PRJ225堆焊层在硬度与韧性之间取得了较好的平衡，既保证了耐磨性，又避免了因过硬而导致的脆性剥落。

裂纹扩展速率的降低是一个重要的力学性能指标，说明PRJ225堆焊层在承受循环接触应力时，裂纹萌生和扩展的阻力更大，这对延长辊子服役寿命具有决定性意义。

学习心得与工程启示

本文的研究思路体现了"材料-工艺-性能"三位一体的系统性方法。自主研制专用焊材是解决关键部件修复问题的根本途径，仅依靠通用焊材往往难以满足特殊工况的需求。从FMEA（失效模式与影响分析）的角度看，支承辊堆焊修复的主要失效模式包括：堆焊层与基体结合不良导致的层间剥离、堆焊层内部裂纹导致的接触疲劳失效、以及堆焊层磨损失效。针对这些失效模式，在材料选择、工艺控制和过程检验三个环节均需建立严格的质量控制体系。

对于钢管制造行业而言，虽然支承辊与钢管产品不直接相关，但堆焊修复技术的原理和方法具有广泛的借鉴意义。例如，在大型螺旋焊管成型机的成型辊修复、无缝钢管穿孔机顶头修复等场景中，堆焊修复技术同样面临基体硬脆、应力集中、耐磨性要求高等类似挑战。掌握堆焊材料设计原理和工艺优化方法，对于提升钢管生产装备的可靠性具有重要意义。