φ1550mm支承辊堆焊修复与强化技术学习体会

文献概况

本文出自《山东冶金》2003年第25卷第3期，由山东省冶金科学研究院与济南钢铁集团总公司联合撰写。研究对象为济钢中板厂1550mm中板轧机支承辊的失效修复问题，采用埋弧堆焊（SAW）结合特殊热处理工艺进行修复强化，最终使修复辊使用寿命比新辊提高2.54倍。该成果对于轧辊行业具有重要的工程推广价值。

工况分析与失效机理

中板轧机支承辊在服役过程中承受极高的接触应力和交变载荷，其工作条件极为苛刻。1550mm中板轧机作为轧制中厚板的主体设备，支承辊不仅承受来自轧辊的巨大径向力，还承受来自轧件的不均匀侧推力。支承辊常见失效形式包括辊面磨损、辊身疲劳剥落、辊颈弯曲变形等。其中辊面磨损是最常见的失效模式，磨损量达到工艺极限后必须修复或更换。

对于大直径支承辊而言，整体更换成本极高，且供货周期长，严重影响生产连续性。因此，堆焊修复技术成为延长支承辊服役寿命的关键手段。本文作者通过对济钢中板厂1550mm支承辊的工况条件及失效情况进行系统分析，明确了修复的必要性。

焊接材料选用

文中特别强调选用低裂纹倾向焊丝的重要性。支承辊堆焊修复时，由于辊体本身存在残余应力，且堆焊层与基体之间存在热膨胀系数差异，极易产生热裂纹和冷裂纹。低裂纹倾向焊丝通常具有以下特征：碳含量较低、硫磷含量严格控制在0.02%以下、含有适量的Ti或B等微合金化元素以细化晶粒。此外，焊丝中的Mn/Si比应适当提高，以增强熔池的脱硫能力，减少低熔点共晶在晶界的偏聚。

埋弧堆焊工艺要点

埋弧堆焊是大直径辊类零件修复的首选工艺，其优势在于熔敷效率高、焊缝成形美观、力学性能稳定。对于φ1550mm支承辊的堆焊修复，工艺参数控制是成败关键。

堆焊层数控制方面，一般分为多层多道堆焊。打底焊层厚度控制在3-5mm，中间层逐步增加至8-12mm，面层根据使用要求确定最终厚度。每层之间的层间温度应严格控制在150-250℃范围内，避免温度过高导致晶粒粗化，温度过低则增加冷裂纹风险。

焊接热输入的选择直接影响堆焊层的组织和性能。对于耐磨堆焊，适当降低热输入有利于形成细小组织，提高硬度；但对于抗疲劳性能要求较高的场合，则需适当提高热输入以获得良好的韧性。

特殊热处理工艺

修复后的热处理是保证堆焊层性能的关键环节。文中提到的"特殊热处理工艺"是本文的核心创新点之一。支承辊修复后的热处理通常包括以下步骤：

1. 焊后消应力退火：将辊体整体加热至550-650℃，保温后缓慢冷却，消除焊接残余应力。
2. 堆焊层调质处理：根据堆焊层材料特性，选择合适的淬火温度和回火温度，获得理想的硬度与韧性匹配。
3. 整体正火处理：使辊体基体与堆焊层的组织趋于一致，减少界面处的应力集中。

热处理工艺中，加热速率和冷却速率的控制至关重要。对于大截面辊体，加热速率不宜过快，否则内外温差过大可能引起热应力开裂。建议采用分段升温的方式，在低温段（室温至300℃）控制升温速率不超过50℃/h，在高温段可适当加快至100-150℃/h。

寿命提升的工程意义

修复后支承辊使用寿命比新辊提高2.54倍这一结果令人振奋。从技术角度分析，这种显著提升可能来源于以下几个方面：

• 堆焊层硬度高于原辊面，耐磨性显著增强
• 堆焊层中含有碳化物强化相，提高了抗疲劳剥落能力
• 特殊热处理优化了堆焊层的微观组织，减少了残余拉应力
• 多层堆焊形成的梯度结构提高了界面结合强度

与工程实践的关联思考

在实际生产中，我深刻体会到支承辊堆焊修复是一个系统工程，需要从材料选择、工艺设计、质量控制到使用监控形成完整闭环。特别需要注意的是：

• 修复前的辊体检测：必须对辊体进行超声检测，确认无内部缺陷后方可进行堆焊修复
• 堆焊层的硬度检测：修复后应沿辊面圆周和轴向进行多点硬度检测，确保均匀性
• 修复后的动平衡：大直径辊体堆焊后必须进行动平衡校正，不平衡量应控制在G2.5级以内

学习心得与启示

本文虽然发表于2003年，但其技术思路至今仍有重要参考价值。堆焊修复技术的核心理念——以局部强化替代整体更换，以最小成本实现最大效益——仍然是当前再制造工程的主流方向。对于钢管和管件行业而言，大型模具、辊环、法兰等关键零部件的堆焊修复同样具有重要的经济意义。

值得深思的是，文中提到的"低裂纹倾向焊丝"选择原则，对于不锈钢管件焊接、合金钢管焊补等场景同样适用。在管件焊接修复中，异种钢焊接的裂纹敏感性往往更高，更需要从材料设计源头降低裂纹倾向。这启发我们在日常技术工作中，应更加注重焊接材料的冶金相容性分析，而不仅仅是关注焊后性能指标。