60CrMnMo钢轧辊堆焊修复及热处理工艺的学习体会

文献概况与工程背景

赵晖等团队于2009年在《金属热处理》发表的这篇论文，针对60CrMnMo钢轧辊的堆焊修复和热处理工艺进行了系统研究。该研究由沈阳理工大学与本溪钢铁股份有限公司轧辊修复厂联合完成，具有鲜明的工程实践导向。研究成功修复了直径1150mm的60CrMnMo钢轧辊，经该工艺处理后轧辊使用寿命提高0.5倍。

60CrMnMo是中碳合金调质钢，具有良好的综合力学性能和淬透性，广泛应用于制造承受较大载荷的重要零件。在轧辊制造中，60CrMnMo钢因其良好的强度和韧性平衡而被采用。然而，轧辊在使用过程中，工作表面会因疲劳、磨损等原因产生缺陷，需要修复处理。堆焊修复是轧辊修复的主要方法之一，但60CrMnMo钢的淬硬性和焊接性特点对堆焊工艺提出了较高要求。

核心工艺方案与技术要点

焊接材料的选择

研究选择了Stellite multipass224药芯焊丝和HJ107焊剂作为整体轧辊堆焊材料。这一材料组合的选择具有重要的工程意义：

Stellite multipass224属于钴基合金焊丝，其堆焊层硬度可达HRC50以上，具有优异的耐磨性和耐腐蚀性。选择该焊丝进行轧辊修复，可以在保持轧辊基材韧性的同时，显著提高工作表面的耐磨性能。HJ107焊剂具有良好的脱氧和造渣能力，可以有效控制堆焊层的纯净度和组织形态。

整体工艺路线

研究提出的修复工艺路线如下：

1. 焊前预热：对60CrMnMo钢轧辊进行适当预热，降低焊接残余应力，防止冷裂纹。
2. 局部焊补：对轧辊表面的局部缺陷（如裂纹、凹坑等）进行焊补修复。
3. 轧辊表面埋弧堆焊：采用埋弧堆焊工艺在轧辊表面堆焊强化层。
4. 焊后热处理：对堆焊后的轧辊进行热处理，消除残余应力，改善组织性能。

热处理工艺的关键作用

焊后热处理是轧辊修复工艺中不可或缺的一环。对于60CrMnMo钢轧辊，焊后热处理的主要目的包括：

工艺分析与工程实践

埋弧堆焊工艺的优势与挑战

埋弧堆焊是轧辊修复中常用的堆焊工艺，其优势和挑战如下：

优势：

• 熔敷效率高，适合大面积堆焊修复。
• 焊接质量稳定，缺陷率低。
• 可实现自动化操作，生产效率高。

挑战：

• 热输入较大，对基体热影响区影响显著。
• 多层堆焊时层间温度控制困难。
• 稀释率较高，影响堆焊层成分。

60CrMnMo钢的焊接性分析

60CrMnMo钢的焊接性是其修复工艺设计的关键考量因素：

• 淬硬性：碳当量约0.45%~0.50%，淬硬倾向中等偏高，焊接时容易产生马氏体组织。
• 冷裂纹敏感性：中等，需要适当的预热和焊后热处理。
• 热影响区软化：由于基材为调质钢，热影响区可能出现软化带，影响整体性能。

使用寿命提高0.5倍的工程意义

研究指出经该工艺处理后轧辊使用寿命提高0.5倍。这一结果具有重要的工程经济价值：

• 对于大型轧辊（直径1150mm），更换成本高昂，寿命延长50%意味着显著的经济效益。
• 减少了停机更换轧辊的次数，提高了生产效率。
• 延长了轧辊的使用周期，降低了综合生产成本。

与钢管管件行业的关联

虽然该研究针对轧辊修复，但其工艺思想对钢管管件行业同样具有借鉴意义：

1. 异种钢堆焊修复：钢管管件行业中，经常需要在碳钢基材上堆焊不锈钢或合金钢强化层，工艺设计与轧辊修复类似。
2. 热处理配套：堆焊修复后的热处理是保证修复质量的关键环节，这一点在管件修复中同样重要。
3. 焊接材料选择：根据工况需求选择合适的焊接材料，是堆焊修复成功的基础。

关键疑问与思考

该研究虽然取得了良好的工程效果，但仍有一些问题值得深入探讨：

• 研究未详细讨论堆焊层厚度对轧辊性能的影响。过厚的堆焊层可能导致应力集中，过薄的堆焊层可能无法提供足够的耐磨保护。
• 堆焊层与基材的界面结合质量是决定修复效果的关键因素，但研究未对界面结合强度进行定量评估。
• 对于不同使用工况（如热轧、冷轧、连铸等），堆焊修复工艺是否需要差异化设计？这一问题在实际工程中具有重要意义。

学习心得与启示

该文献让我深刻认识到，堆焊修复不仅仅是堆焊工艺本身，而是一个包含焊接材料选择、工艺参数优化、热处理配套的系统工程。特别是焊后热处理环节，对于60CrMnMo钢这类调质钢的修复至关重要。在实际工程项目中，技术人员往往过于关注堆焊工艺本身，而忽视了热处理的配套作用，导致修复效果不理想。建议在实际工作中，堆焊修复方案的设计应遵循"焊接材料选择→工艺参数确定→热处理方案配套→质量验证"的系统化流程，确保修复质量满足使用要求。同时，该研究中产学研合作的模式值得借鉴，企业实际需求与高校科研能力的结合是解决工程难题的有效途径。