60CrMnMo钢轧辊堆焊修复及热处理工艺学习体会

文献概况与工程背景

本文由沈阳理工大学赵晖等与本溪钢铁股份有限公司轧辊修复厂合作完成，发表于2009年《金属热处理》第34卷第4期。研究针对60CrMnMo钢轧辊的堆焊修复工艺进行了系统研究，从焊接材料选择、焊前预热、局部焊补、整体埋弧堆焊到焊后热处理，形成了一套完整的修复工艺方案。60CrMnMo是典型的铬锰钼合金工具钢，广泛用于热轧带钢、中厚板轧机的轧辊制造。轧辊作为钢管和管件生产中的核心工装，其修复质量直接影响钢管的尺寸精度、表面质量和生产效率。

核心工艺方案

研究选择了Stellite multipass 224药芯焊丝和HJ107焊剂作为整体轧辊堆焊材料，通过以下工艺流程成功修复了尺寸为Φ1150mm的60CrMnMo钢轧辊：

1. 焊前预热：消除轧辊表面的残余应力，降低冷却速率，防止冷裂纹。
2. 局部焊补：对轧辊表面的严重缺陷（如裂纹、剥落）进行局部修补。
3. 表面埋弧堆焊：采用SAW工艺进行整体堆焊，形成均匀的耐磨层。
4. 焊后热处理：消除堆焊残余应力，优化组织，提高整体性能。

修复后轧辊使用寿命提高0.5倍，即使用寿命延长至原来的1.5倍，这一效果在工业实践中具有重要意义。

关键工艺参数

焊接材料的选择依据

Stellite multipass 224是一种钴基硬质合金焊丝，其主要成分包含Co、Cr、W、C等元素，堆焊后硬度可达50-55 HRC，具有优异的耐磨性、耐热性和耐腐蚀性。选择该焊丝的原因在于：

• 硬度匹配：60CrMnMo钢轧辊基体硬度约为30-35 HRC，堆焊层硬度50-55 HRC，形成了合理的硬度梯度，既保证了耐磨性，又避免了因硬度差过大导致的界面开裂。
• 耐热性：轧辊工作温度可达500-700°C，Co基合金在高温下仍能保持较高的硬度和强度。
• 抗热疲劳：Co基合金具有优异的热疲劳性能，能够承受轧辊反复加热-冷却循环。

HJ107焊剂为低氢型埋弧焊剂，具有脱氧能力强、焊缝金属含氢量低、力学性能好的特点，适合60CrMnMo钢的焊接。

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环节。60CrMnMo钢属于中高碳合金钢，焊接过程中产生的残余应力如果得不到有效消除，将在服役过程中引发变形甚至开裂。去应力退火的温度选择至关重要：

• 温度过低（<550°C）：应力消除不充分，残余应力水平仍然较高。
• 温度过高（>700°C）：可能导致基体回火脆性，降低韧性。
• 最佳温度范围：600-650°C，保温时间根据轧辊壁厚确定（通常2-4小时）。

工程实践中的注意事项

在实际的轧辊修复中，还需关注以下问题：

• 堆焊层厚度控制：过薄则耐磨层过早磨穿，过厚则增加成本且可能产生新的应力集中。一般建议堆焊层厚度为2-4mm。
• 表面质量：堆焊层的表面粗糙度应满足轧辊使用要求，必要时进行精磨加工。
• 多次修复的累积效应：轧辊多次修复后，基体可能因反复热处理而性能退化，需定期评估基体剩余寿命。
• FMEA分析：在修复方案制定阶段，应对可能的失效模式（如裂纹、剥落、磨穿）进行FMEA分析，制定相应的预防措施。

学习心得

本文的最大价值在于提供了一套经过工业验证的完整修复工艺方案。从材料选择到工艺参数，从焊前准备到焊后处理，每个环节都有明确的技术要求，这对于从事轧辊修复的技术人员具有直接的指导意义。

从更广阔的视角来看，轧辊修复是钢管生产中重要的成本控制手段。新轧辊的制造成本远高于修复成本，而修复质量的优劣直接影响钢管的生产效率和产品质量。因此，建立科学的修复工艺评价体系、完善修复质量控制流程，对于钢管企业具有重要的经济价值。