攀钢连铸堆焊复合辊研制与应用技术学习体会

文献概况与技术背景

该文献由攀枝花钢铁研究院李大东、林剑东等人联合攀钢机械制造公司、攀钢提钒炼钢厂及攀钢机动处共同撰写，发表于1999年《钢铁钒钛》第20卷第4期。文章系统报道了攀钢采用单丝埋弧焊技术在15CrMo辊芯母材上堆焊制备连铸复合辊的研制过程与应用效果。经工业装机试验表明，堆焊复合辊较15CrMo普通连铸辊使用寿命提高了3～6倍，具有重要的工程应用价值。

连铸辊是连铸机中的关键部件，其工作辊直接承受钢水的热量、冲刷以及铸坯的机械作用。在连铸过程中，工作辊表面承受高温（可达1000℃以上）、高速钢水冲刷、冷却水侵蚀以及铸坯机械摩擦等多重恶劣工况的综合作用。普通15CrMo钢辊芯虽然具有较好的综合力学性能，但其耐磨性和耐冲刷性不足，导致辊面磨损严重，使用寿命较短，频繁更换不仅增加了生产成本，还影响了连铸生产的连续性。

堆焊工艺方案与材料匹配分析

文献中选择了国内通用的单丝埋弧焊成熟技术进行堆焊，这一选择体现了工程实用性原则。单丝埋弧焊具有以下优势：焊接效率高、熔敷量大、焊缝成形好、自动化程度高、成本低。对于连铸辊这种大型回转体工件的堆焊修复，埋弧焊是最为经济有效的选择。

在材料匹配方面，文献通过实验室对比了15CrMo辊芯母材和堆焊金属的性能，选择并优化了堆焊工艺参数。从焊接冶金角度分析，15CrMo钢属于低合金耐热钢，其碳当量约为0.39%，焊接性较好。堆焊材料的选择需要考虑以下因素：

工艺参数优化与质量控制

文献中提到"选择并优化了堆焊工艺参数，使堆焊的连铸复合辊实物水平达到了企业内部技术条件"。这一表述虽然简洁，但背后蕴含着大量的工艺试验与优化工作。在埋弧堆焊工艺中，关键工艺参数包括：

• 焊接电流：通常为600～800 A，电流过大导致熔深过大、母材稀释率过高，电流过小则熔敷效率低。
• 电弧电压：通常为28～36 V，影响熔宽和焊缝成形。
• 焊接速度：通常为200～400 mm/min，速度过快导致熔敷层过薄，速度过慢则热输入过大。
• 层间温度：一般控制在150～250℃，温度过低容易产生冷裂纹，温度过高导致组织粗化。
• 堆焊层数：通常为2～4层，每层厚度约3～5 mm。

质量控制方面，我建议在堆焊过程中重点控制以下环节：

1. 焊前准备：辊芯表面必须彻底清理，去除氧化皮、油污及锈蚀，必要时进行喷砂处理至Sa2.5级。
2. 焊丝与焊剂匹配：选用低氢型焊剂，确保焊缝金属中氢含量低，防止氢致裂纹。
3. 多层堆焊的层间控制：每层堆焊完成后应进行表面清理，去除氧化渣和飞溅物。
4. 堆焊后热处理：进行去应力退火处理，消除堆焊残余应力。

工业应用效果分析与推广价值

文献报道的"使用寿命提高3～6倍"这一数据具有重要的工程意义。从经济学角度分析，虽然堆焊复合辊的初始制造成本高于普通辊，但考虑到使用寿命的大幅延长，其全生命周期成本显著降低。假设普通辊使用寿命为6个月，堆焊复合辊使用寿命为2～4年，则每年需要更换的辊子数量从2根减少到0.25～0.5根，节省的辊子采购费用、停机损失费用以及安装人工费用相当可观。

从技术推广角度思考，攀钢的成功经验对国内其他钢铁企业具有重要的借鉴意义。连铸复合辊的研制成功，体现了"以焊代铸"或"以焊补铸"的技术思路，即通过堆焊技术在普通钢辊芯表面形成高性能耐磨层，既利用了普通钢辊芯成本低、加工方便的优点，又获得了高性能堆焊层的耐磨性。这种"复合化"设计思路在表面工程领域具有普遍适用性。

学习心得与反思

这篇文献发表于1999年，距今已有二十余年，但其中体现的技术思路和方法论至今仍具有重要的指导意义。我特别欣赏文献中"实验室对比—工艺优化—工业验证"这一完整的技术开发路径。这种从基础研究到工程应用的系统化方法，是材料加工领域技术开发的标准范式。

从焊接工程角度反思，连铸辊堆焊复合辊的成功研制，关键在于解决了堆焊层与母材之间的冶金结合问题。如果结合强度不足，在连铸工况的高温、冲刷和机械应力综合作用下，堆焊层会在短期内发生剥离失效，反而不如普通辊可靠。因此，堆焊复合辊的成功不仅依赖于堆焊材料的选择，更依赖于堆焊工艺参数的精确控制和结合质量的可靠保证。这种对"界面质量"的高度重视，应当成为所有堆焊工程的基本准则。