冷连轧轧机支撑辊堆焊工艺及使用方案

供稿|张云涛，耿波，王吉祥，江波 / ZHANG Yun-tao, GENG Bo, WANG Ji-xiang, JIANG Bo

轧辊堆焊技术日益成熟，应用范围逐步扩大，不同于轧辊制造技术，它需要利用轧辊作母材，对新轧辊、受损轧辊或已经完成使用寿命的报废轧辊进行再加工。轧辊堆焊过程中，存在金属的熔化和结晶过程，这一过程不同于金属冶炼过程，其加工工艺需要根据堆焊轧辊大小、材质及使用用途进行定制处理[1]。鉴于以上特点，堆焊轧辊在轧钢过程中需要注意的问题：(1)堆焊轧辊适用性评估。根据冷轧带钢产品质量，确定可堆焊轧辊类型，测算其加工经济性指标是否符合企业需求，同时评估其堆焊工艺的可行性。(2)轧辊堆焊过程中，确定工艺重点监控点。如轧辊堆焊前需系统探伤检测、焊接材料的选择、堆焊工艺和热处理工艺等。(3)堆焊轧辊使用前必须进行系统检测，规范堆焊轧辊使用方案。

轧辊堆焊可行性分析

对邯钢冷轧厂报废轧辊进行梳理，选择报废支撑辊进行堆焊处理。轧辊堆焊可行性分析如下：

(1)武钢已经率先开展堆焊支撑辊使用技术研究，通过行业分析及文献查新，证实堆焊技术已经成熟，堆焊支撑辊上机使用安全，同时武钢轧机布置及控制形式与邯钢冷轧厂相似，具有借鉴意义[2]。

(2)经调研，轧辊堆焊厂家具备轧辊修复能力，在国内拥有堆焊轧辊使用业绩。

(3)待堆焊轧辊为已经报废轧辊，无使用价值，若修复后等同新轧辊使用，堆焊修复辊的成本约为整体锻钢支撑辊的50%，轧辊成本可显著降低，推广使用后经济效益可观。

轧辊堆焊加工流程及关键点管控

堆焊工艺流程

支撑辊堆焊工艺流程如图1所示。

焊层设计

焊层设计为“2+1+硬面工作层”(含单边6 mm机加工余量)。其中，“2”表示堆焊2层打底层，厚度约5 mm(单边)；“1”表示在堆焊打底层后，再堆焊1层过渡层，厚度约2.5 mm(单边)。

焊前轧辊检测

支撑辊轴承内套拆除后，辊体统一车削至待堆焊尺寸，堆焊前首先采用着色探伤检查外部是否存在开口裂纹缺陷，之后使用超声波探伤检测轧辊内部是否存在缺陷。轧辊探伤完毕，确认辊身表面及辊身内部无缺陷后方可进行下步作业。对残留辊面缺点可用角磨机打磨去除，对内部缺陷则只能通过局部环切根除。

堆焊材料选择

轧机支撑辊母材化学成分如表1所示。打底焊丝及局部下切焊补材料为φ4.0 mm HY-301，过渡层焊丝为φ4.0 mm HY-330M，硬面工作层焊丝为φ4.0 mm HY-335H。HY-301、HY-330M焊丝配用焊剂为1620熔炼型焊剂。HY-355H焊丝配用焊剂为1701熔炼型焊剂。

图1 支撑辊堆焊工艺流程

表1 轧机支撑辊母材化学成分(质量分数，%)

堆焊工艺参数

对φ4.0 mm药芯焊丝，堆焊工艺参数设定为：(1)电弧电压：28～32 V；(2)焊接电流：500 A；(3)焊丝干伸出长度：30～35 mm；(4)焊道搭接：45%～50%；(5)焊接速度：500 mm/min；(6)导前距离：70～75 mm。

预热及热处理工艺

支撑辊堆焊前，辊面进行预热。预热初期，加热速度为35 ℃/h，待辊面温度达到420 ℃，保温34 h。轧辊预热同时，焊接挡圈，以保护轧辊辊颈(轴承内套装配处)。

支撑辊堆焊第一次埋弧堆焊后，需进行中间热处理，以消除应力。中间热处理工艺为：初期加热速度35 ℃/h，待辊面温度达到490 ℃，随炉缓冷到380 ℃，之后开炉继续堆焊。

支撑辊堆焊完毕后，需进行回火热处理，以消除组织应力，其热处理工艺为：初期加热速度35 ℃/h，待辊面温度达到550 ℃保温，层间温度控制到280～320 ℃后，随炉缓冷，≤30 ℃出炉。

堆焊支撑辊使用方案及优化

堆焊轧辊入厂检测

堆焊支撑辊投入使用之前，需要对整个辊身进行超声波探伤。首先，重点对结合层是否存在大于φ2 mm冶金缺陷及缺陷分布状态进行检测，以保障结合层安全有效。其次，对轧辊使用层内冶金组织是否存在裂纹和冶金缺陷进行检测，以保障轧辊上机使用中不发生剥落。邯钢冷轧厂堆焊轧辊检测方案制定依据锻钢轧辊检测标准GB/T13314—2008。轧辊硬度检测执行标准及方法如表2所示。

表2 支撑辊硬度检测标准及方法

堆焊轧辊使用方案

堆焊支撑辊使用初期，需要重点考察辊面加工硬化及辊身疲劳情况，进一步进行超声波探伤，复核结合层内部在φ2 mm以内的微小冶金缺陷是否发生变化，以保证结合层安全有效；同时必须进行硬度检测，以评估加工硬化程度和辊面疲劳情况，同时修订轧辊换辊制度。轧辊使用中期，主要进行硬度检测，优化轧辊换辊制度和单次修磨量，评估堆焊轧辊的经济价值。堆焊支撑辊使用方案如表3所示。

表3 2180酸轧机组堆焊支撑辊使用方案

堆焊轧辊使用绩效评价

堆焊支撑辊历次下机后检测表明，轧辊辊身硬度≥68 HSD，均符合技术标准，均匀性控制在2 HSD以内。按照GB/T13314—2008探伤标准检测，辊身内部探伤合格。使用至今，已经上机使用10次，累计轧钢129.24万t，总修磨量为32.838 mm，修磨量的平均毫米过钢量为3.93万t/mm。考虑到堆焊支撑辊前2次的单次修磨毫米过钢量为3.6万t/mm，第3～10次使用情况与整体锻钢支撑辊使用对比如图2所示。

图2 堆焊修复辊与锻钢支撑辊的毫米过钢量对比

对比第3～10次连续8次使用情况发现，堆焊支撑辊与整体锻钢支撑辊毫米过钢量相当，且堆焊支撑辊在第7～10次使用的毫米过钢量优于锻钢支撑辊。

结束语

跟踪堆焊支撑辊综合服役使用情况，发现其修磨量的平均毫米过钢量与整体锻钢支撑辊相当。堆焊支撑辊的成本约为整体锻钢支撑辊的50%，如果冷连轧F1～F5机架均使用堆焊支撑辊，则支撑辊吨钢消耗成本将会节约50%以上，推广使用后经济效益可观。