支承辊埋弧堆焊修复与强化技术学习体会

文献概况与工程背景

本论文出自山东省冶金科学研究院与济南钢铁集团联合攻关项目，发表于《山东冶金》2003年第25卷第3期。中板轧机支承辊是轧制过程中承受巨大接触应力与冲击载荷的关键部件，其工作条件极为苛刻——在1550mm中板轧机上，支承辊需承受上辊传递下来的轧制力、轧件表面的摩擦热以及润滑介质中的化学侵蚀。论文针对济钢中板厂1550mm支承辊的实际失效情况，系统分析了工况条件与失效模式，提出了以埋弧堆焊（SAW）为核心、辅以特殊热处理工艺的综合修复强化方案，修复后支承辊使用寿命较新辊提高了2.54倍，这一结果在工业现场具有非常重要的工程参考价值。

失效分析与修复策略制定

支承辊的失效通常表现为辊面剥落、龟裂、热疲劳裂纹以及接触疲劳导致的表面微裂纹扩展。论文采用了较为系统的失效分析方法，从载荷谱、温度场、润滑状态三个维度对支承辊的服役条件进行了评估。中板轧机在轧制过程中，辊面温度可高达400至500摄氏度，同时承受高达数十兆帕的接触应力，这种热-力耦合工况极易导致表面层产生热应力集中。

基于失效分析结果，修复策略的核心思路是：通过埋弧堆焊在辊面形成一层具有更高硬度、更强耐磨性和抗热疲劳性能的合金层，再通过特殊热处理消除堆焊层中的残余应力、优化微观组织。在焊材选择方面，论文特别强调选用低裂纹倾向的焊丝，这一决策至关重要。埋弧堆焊由于热输入较大，若焊材碳当量偏高或合金元素搭配不当，极易在熔合区和热影响区产生冷裂纹。低裂纹倾向焊丝通常具有以下特征：碳含量控制在0.05%以下、锰硅比适中、添加微量铈或钙以改善熔池流动性、必要时添加少量钛或铌以细化晶粒。

埋弧堆焊工艺参数与质量控制

埋弧堆焊是大型轧辊修复最常用的焊接方法之一，其优势在于熔敷效率高、焊缝成形美观、自动化程度高。对于φ1550mm支承辊的堆焊修复，关键工艺参数需根据辊体直径、堆焊层厚度以及母材特性进行优化。以下为典型工艺参数参考范围：

堆焊层厚度通常设计为8至15mm，需根据辊面磨损速率和辊体剩余寿命进行计算。多层堆焊时，层间温度应控制在200至300摄氏度之间，既保证层间结合强度，又避免过高的残余应力累积。堆焊完成后，辊面需进行精车加工，使表面粗糙度达到Ra0.8至Ra1.6μm的要求，以满足轧制工艺对辊面光洁度的需求。

特殊热处理工艺与强化机理

论文中提到的"特殊热处理工艺"是提升修复效果的关键环节。支承辊堆焊层的热处理通常包括以下几个步骤：

1. 焊后缓冷或炉冷，将辊体在600至700摄氏度保温后缓慢冷却至室温，以释放堆焊过程中的残余应力。
2. 正火处理，将堆焊层加热至Ac3以上30至50摄氏度，保温后空冷，获得均匀细小的铁素体-珠光体组织。
3. 淬火与回火处理，根据辊面性能要求，可选择中温回火（500至600摄氏度）以获得较高的强度和韧性匹配，或低温回火（200至300摄氏度）以获得更高的硬度和耐磨性。

热处理的核心目标是在堆焊层中形成高硬度的马氏体或回火马氏体组织，同时保证足够的韧性以防止剥落和开裂。回火温度与硬度的关系遵循典型规律：回火温度升高，硬度下降但韧性提升。对于支承辊应用，回火硬度一般控制在HRC45至HRC55之间较为适宜。

使用寿命提升2.54倍的工程意义

修复后支承辊使用寿命较新辊提高2.54倍，这一结果令人振奋。从技术角度分析，其成因可能包括：堆焊层合金成分经过优化，具有比原辊面更优的耐磨性和抗热疲劳性能；多层堆焊形成的复合层结构具有梯度性能过渡，减少了应力集中；特殊热处理消除了残余应力，降低了服役过程中裂纹萌生的驱动力。

在工程实践中，支承辊的修复经济性极为显著。一根φ1550mm支承辊的采购成本通常在数十万至百万元级别，而堆焊修复的成本仅为新辊的10%至20%。当修复后寿命还能超越新辊时，其经济效益更加突出。然而，修复质量的控制至关重要，必须严格执行堆焊前后的质量检验程序，包括堆焊前的磁粉探伤（MT）以检测辊体表面缺陷、堆焊过程中的工艺参数监控、堆焊后的超声波探伤（UT）检测堆焊层与母材结合面的缺陷以及硬度分布检测。

学习心得与工程启示

本文的技术路线体现了"分析失效-制定策略-工艺实施-效果验证"的完整PDCA循环，对大型轧辊修复具有重要的指导意义。在钢管与管件行业中，类似的堆焊修复技术同样适用于热轧管穿孔机导盘、定径机辊子、冷拔机夹钳等关键部件的修复。我深刻体会到，堆焊修复不仅仅是"补焊"，而是需要综合考虑材料匹配、工艺参数优化、热处理制度设计以及质量控制体系的系统工程。焊材的低裂纹倾向设计、埋弧堆焊的层间温度控制以及特殊热处理的组织调控，三者缺一不可，共同构成了修复成功的技术保障。