连铸辊堆焊修复工艺学习体会

文献概况与工程背景

苗海良在天津第二冶金机械厂修复中心完成的这项研究发表于1995年《焊接技术》第24卷第4期，详细介绍了连铸辊的堆焊修复工艺。连铸辊是连续铸造生产中的关键部件，直接与高温钢坯接触，承受极端的热负荷、机械载荷和热应力循环。连铸辊的工作温度通常在1000～1200℃，表面温度波动剧烈，同时承受钢坯的摩擦磨损和冷却水的冲刷侵蚀。在如此苛刻的工况下，连铸辊的使用寿命直接影响连铸生产效率和产品质量。

连铸辊的修复是一项具有挑战性的焊接工程。修复后的连铸辊需要满足以下要求：高温强度不低于新辊、高温耐磨性不低于新辊、表面平整度满足连铸要求、热疲劳寿命不低于新辊。该研究采用先进的堆焊技术和设备，以及堆焊药芯焊丝和焊剂对连铸辊进行修复，修复后的连铸辊比未修复前的新辊使用寿命提高2～3倍，其高温强度和高温耐磨性都有显著提高。

堆焊材料与工艺方案

连铸辊的堆焊修复通常采用多层堆焊工艺，底层采用与基体冶金相容性好的材料，过渡层采用成分渐变材料，面层采用高温耐磨合金材料。这种多层堆焊方案的设计思路体现了"由内到外、性能渐变"的冶金原则。

打底层的作用是解决基体与堆焊层之间的冶金相容性问题。连铸辊基体通常为高碳高铬铸铁或高锰钢，碳当量高、淬硬倾向大，直接堆焊高合金耐磨材料极易产生裂纹。打底层采用低合金钢药芯焊丝，可以降低熔合区的碳含量和淬硬倾向，减少裂纹风险。过渡层则通过成分渐变实现从低合金到高合金的过渡，避免成分突变导致的应力集中。面层采用高合金耐磨药芯焊丝，形成高硬度碳化物组织，提供高温耐磨性能。

药芯焊丝堆焊工艺相较于实芯焊丝具有以下优势：合金收得率高（可达90%以上）、熔敷效率高、焊缝成形好、焊接烟尘少。在连铸辊修复这种大面积堆焊作业中，药芯焊丝的高熔敷效率可以显著缩短修复周期，降低生产成本。同时，药芯焊丝中的药粉可以提供造渣、脱氧、合金化等功能，有助于改善焊缝质量和减少缺陷。

高温性能与服役寿命

该研究特别强调了修复后连铸辊的高温强度和高温耐磨性的显著提高。高温性能是连铸辊服役的关键指标，因为连铸辊在1000℃以上的高温下工作，材料的强度和硬度会显著下降。普通碳钢在高温下会发生严重的软化，而高合金铸铁型堆焊层由于含有大量的碳化物（如Cr7C3、Cr23C6），即使在高温下仍能保持较高的硬度。

高温耐磨性与高温强度密切相关，但又不完全等同。高温耐磨性还受到以下因素的影响：材料的抗氧化性（表面氧化膜的保护作用）、热疲劳抗力（抵抗热应力循环的能力）、以及组织的稳定性（高温下碳化物的析出和溶解行为）。该研究中采用的高合金耐磨药芯焊丝，通过合理的合金设计，在面层形成了弥散分布的高硬度碳化物，这些碳化物在高温下具有较高的热稳定性，能够有效抵抗钢坯的摩擦磨损。

修复后连铸辊使用寿命提高2～3倍的经济效益是显著的。连铸辊是钢铁企业的重要固定资产，其修复成本远低于新辊采购成本。据行业统计，连铸辊修复成本通常仅为新辊的30%～50%，而修复后使用寿命可提高2～3倍，这意味着修复后的单位使用成本仅为新辊的10%～20%。这种显著的经济效益使得连铸辊修复成为钢铁企业降本增效的重要手段。

与钢管管件修复的共性思考

连铸辊堆焊修复工艺的思路可以推广到钢管和管件修复领域。在钢管和管件修复中，同样面临以下共性挑战：

• 基体与堆焊层的冶金相容性问题
• 多层堆焊的工艺设计
• 高温或耐磨性能的需求
• 修复后的服役寿命评价

例如，API 5L管线管在服役过程中可能产生局部磨损或腐蚀，需要采用堆焊修复。修复工艺的设计思路与连铸辊修复类似：打底层解决冶金相容性，过渡层实现性能过渡，面层提供耐磨或耐蚀性能。同时，修复后的性能评价也需要关注高温强度、耐磨性和服役寿命等关键指标。

学习心得与启示

这篇文献虽然篇幅不长，但系统地介绍了连铸辊堆焊修复的工艺方案和技术要点，对于从事钢管和管件修复的技术人员具有重要的参考价值。该研究体现了"以修复代替更换"的经济理念，这一理念在当前的资源节约型社会建设中具有重要的现实意义。

对于钢管和管件行业而言，建立完善的修复工艺体系和技术标准，是实现设备全寿命周期管理的关键。在实际工程中，我们应当重视修复工艺的开发和验证，建立修复工艺数据库，积累修复经验和案例，为工程决策提供科学依据。同时，修复工艺的开发需要综合考虑技术可行性、经济合理性和质量可靠性，避免盲目追求技术先进性而忽视经济性和可操作性。