冷连轧轧机支撑辊堆焊工艺及使用方案学习体会

文献概况

本文由张云涛等作者发表于2021年《金属世界》第3期，以邯钢2180 mm冷轧机组支撑辊为研究对象，系统探讨了冷轧支撑辊的堆焊修复工艺、过程控制关键点、检测制度及使用方案。冷轧支撑辊是冷轧机组的核心部件，其辊面质量直接影响带材的表面质量和尺寸精度。整体锻钢支撑辊价格昂贵，而堆焊修复方案在保证性能的前提下可将成本降低约50%，具有显著的经济效益。该文献填补了国内冷轧支撑辊堆焊修复应用实例的空白，对推动该技术在国内冷轧企业的推广应用具有重要现实意义。

支撑辊服役工况分析

冷轧支撑辊在服役过程中承受多重载荷和损伤机制的耦合作用，其工况特点决定了堆焊修复的技术要求：

• 高接触应力：冷轧过程中，工作辊与支撑辊之间的接触应力可达2~3 GPa，堆焊层需具备足够的抗接触疲劳能力。
• 辊面温度：冷轧过程中摩擦热导致辊面温度升高，支撑辊辊面温度通常在80~150℃之间，堆焊层需具备良好的高温硬度保持能力。
• 介质侵蚀：冷轧过程中使用的轧制液对辊面产生化学侵蚀和腐蚀磨损，堆焊层需具备耐轧制液侵蚀的能力。
• 精度要求：支撑辊辊面圆度和粗糙度要求极高（圆度≤2 μm，粗糙度Ra≤0.1 μm），堆焊修复后的辊面需满足严格的几何精度要求。
• 修磨量控制：支撑辊在服役过程中需定期修磨以恢复辊面精度，修磨量直接影响辊子的使用寿命。堆焊修复辊的修磨量应与整体锻钢辊相当，以确保辊子的经济寿命。

堆焊修复工艺关键控制点

堆焊材料与工艺选择

文献确定了堆焊工艺过程控制关键点，虽然文中未详细列出所有参数，但从冷轧支撑辊的工况要求出发，可归纳以下关键控制要素：

过程控制关键点

1. 基体预处理：对旧支撑辊辊面进行彻底清理，去除氧化皮、锈蚀和旧涂层，采用喷砂或机械打磨方式使表面粗糙度达到Ra 6.3~12.5 μm，确保堆焊层与基体的冶金结合。
2. 预热控制：支撑辊基体为锻钢材质，预热温度一般控制在150~250℃，以降低焊接热应力，防止冷裂纹产生。预热方式可采用感应加热或火焰加热，需确保温度均匀。
3. 堆焊层厚度控制：堆焊层总厚度需根据辊子修磨余量确定，一般控制在3~5 mm范围内。过厚会增加成本和残余应力，过薄则修磨余量不足。
4. 焊接参数优化：采用多层多道焊工艺，单层厚度控制在1.0~1.5 mm，层间温度不超过250℃，焊接热输入控制在0.5~1.0 kJ/mm。
5. 焊后热处理：堆焊完成后进行去应力退火处理，消除焊接残余应力，防止辊子在服役过程中因应力释放导致变形。

服役跟踪与性能评价

文献对堆焊支撑辊进行了综合服役跟踪，结果表明：

• 辊面硬度：修复后辊面硬度≥68 HSD，满足冷轧支撑辊的硬度要求。
• 硬度均匀性：硬度均匀性控制在2 HSD以内，表明堆焊工艺控制良好，未出现局部过软或过硬区域。
• 修磨量：平均毫米过钢量与整体锻钢支撑辊相当，说明堆焊修复辊的耐磨性能与整体锻钢辊具有可比性。
• 成本效益：堆焊支撑辊成本约为整体锻钢支撑辊的50%，如果F1~F5五个机架均使用堆焊支撑辊，轧辊成本可显著降低。

经济效益分析

从F1~F5五个机架全部采用堆焊支撑辊的角度来看，每台机组可节约约50%的轧辊采购成本。考虑到冷轧机组支撑辊的更换周期和消耗量，推广使用后经济效益十分可观。这一结论对于大型钢铁企业降低冷轧生产成本、提升市场竞争力具有重要参考价值。

检测制度与使用方案

文献建立了轧辊检测制度和使用方案，这是确保堆焊修复辊安全可靠服役的重要保障。检测制度应包括：

• 入厂检测：堆焊修复辊出厂前进行硬度检测（多点测量）、金相组织检查、尺寸精度检测（圆度、跳动）、表面粗糙度检测。
• 在役检测：在服役过程中定期检测辊面硬度、表面缺陷（裂纹、剥落、压痕）、辊面温度分布。
• 修磨后检测：每次修磨后检测辊面硬度、圆度、粗糙度，确保满足使用要求。

使用方案方面，建议对堆焊修复辊与整体锻钢辊实行差异化使用策略，在初期阶段将堆焊辊安排在F2~F4等中等载荷机架进行试运行，积累服役数据后再逐步推广至全部机架。同时，建立堆焊辊服役档案，记录每根辊子的堆焊日期、使用机架、修磨次数、累计过钢量等信息，为后续工艺优化提供数据支撑。

学习心得与工程启示

该文献的价值不仅在于提供了冷轧支撑辊堆焊修复的具体工艺参数，更在于建立了一套从工艺开发、过程控制、服役跟踪到检测制度、使用方案的完整技术体系。在实际工程中，许多企业虽然已经具备堆焊修复的技术能力，但缺乏系统化的过程控制标准和服役跟踪机制，导致修复辊的质量波动较大，难以获得用户认可。该文献的做法值得推广借鉴：以数据驱动决策，以标准规范操作，以跟踪验证效果。对于从事轧辊修复技术的技术人员而言，建立完善的检测制度和服役档案是提升修复辊质量稳定性、赢得用户信任的关键。