窄带不锈钢冷轧支承辊堆焊修复技术学习体会

文献概况与工程背景

眭向荣等人在《中国表面工程》2007年第20卷第4期发表的这篇论文，针对窄带不锈钢冷轧支承辊的堆焊修复技术进行了系统研究。冷轧支承辊是冷轧机中的关键部件，承受轧辊传来的巨大轧制力和摩擦热，同时需要与不锈钢板带直接接触，因此对辊面金属的硬度、耐磨性、抗粘着性和耐腐蚀性有极高要求。传统支承辊辊面采用9Cr2Mo合金钢，虽然具有良好的综合力学性能，但在不锈钢冷轧工况下，辊面的耐磨性和抗粘着性能仍有提升空间。

工况分析与材料选择

窄带不锈钢冷轧支承辊的使用工况具有以下特点：

• 轧制力大：冷轧变形抗力高，支承辊承受巨大的接触应力；
• 摩擦热高：轧辊与板带之间的摩擦产生大量热量，辊面温度可达200～400°C；
• 腐蚀环境：不锈钢板带表面可能残留酸洗液或润滑液，对辊面产生腐蚀；
• 精度要求高：支承辊表面粗糙度和几何精度直接影响带材的表面质量和板形。

基于上述工况分析，作者选择了YJ012-S堆焊过渡层和YJ243-S药芯焊丝作为堆焊工作层。YJ012-S过渡层焊条的成分设计兼顾了与9Cr2Mo母材的冶金兼容性和与YJ243-S耐磨层的成分过渡。YJ243-S药芯焊丝是典型的高碳高铬耐磨堆焊材料，堆焊层硬度可达55～60 HRC，具有优异的耐磨性和抗粘着性能。

工艺方案与关键参数

作者采用自动埋弧堆焊工艺，辅以焊前预热和焊后回火热处理，对冷轧支承辊进行堆焊修复。下表列出了该工艺方案的关键参数：

自动埋弧焊具有熔敷效率高、焊缝成形均匀、焊接质量稳定等优点，特别适合辊类部件的环形堆焊。焊前预热的目的是降低母材的淬硬倾向，减少焊接裂纹的风险；焊后回火处理则用于消除堆焊层的残余应力，改善堆焊层的韧性，防止服役过程中产生裂纹或剥落。

堆焊层组织与性能评价

修复后的冷轧支承辊堆焊层具有多相复合组织，主要包括高碳马氏体基体和弥散分布的硬质碳化物（M7C3、M23C6等）。高碳马氏体提供了高硬度和耐磨性，碳化物则作为耐磨相抵抗磨粒切削。过渡层YJ012-S在9Cr2Mo母材与YJ243-S耐磨层之间起到了良好的成分过渡作用，避免了因成分突变导致的裂纹和剥离。

修复后的辊面金属在强韧性和耐磨性方面均优于原9Cr2Mo辊面金属，这一结果表明堆焊修复不仅恢复了辊面的几何尺寸，还提升了辊面的综合性能。在实际生产线上运行考核的结果显示，修复后的冷轧支承辊寿命提高了1倍，充分验证了该修复方案的技术有效性。

工程实践中的质量控制要点

在冷轧支承辊堆焊修复的实际工程中，需要关注以下质量控制要点：

1. 辊面清理：焊前必须彻底清理辊面的氧化皮、锈蚀和残留润滑液，必要时进行喷砂或酸洗处理，确保堆焊层与母材的良好冶金结合。
2. 稀释率控制：埋弧焊堆焊的稀释率通常在20%～40%之间，对于高合金耐磨层，需要通过多层堆焊逐步降低稀释率，确保堆焊层成分达到设计要求。
3. 残余应力控制：辊类部件的堆焊层承受较大的接触应力和弯曲应力，残余应力过高会导致堆焊层开裂或剥落。焊后回火是消除残余应力的关键措施，回火温度一般控制在550～650°C。
4. 表面质量：堆焊层表面粗糙度应满足轧制要求，通常需要通过后续磨削加工达到Ra 0.4～0.8 μm的表面粗糙度。
5. 几何精度：堆焊层的厚度均匀性和辊面圆度直接影响带材的板形和表面质量，需要通过精确的焊接参数控制和后续加工保证。

学习心得与启示

这篇文献的核心价值在于其从工况分析出发，系统选择了过渡层和工作层材料，并设计了完整的工艺方案（预热-堆焊-回火），体现了"工况分析-材料选择-工艺设计-性能评价-应用验证"的完整技术路线。在实际工程中，这种系统化的方法远比"凭经验选择焊材"更为可靠。

另一个值得深思的点是堆焊修复对辊面性能的"超越性提升"。修复后的辊面不仅恢复了原始尺寸，其强韧性和耐磨性还优于原辊面金属。这说明堆焊修复不仅是"恢复性"技术，更是"提升性"技术。对于从事辊类部件修复的同行而言，这提供了一个重要的思路：在修复过程中，应充分利用堆焊技术的灵活性，通过合理的材料选择和工艺设计，实现性能的优化提升，而不仅仅是恢复原始状态。

从更广阔的视角来看，冷轧支承辊堆焊修复技术的成功应用，为其他辊类部件（如热轧工作辊、板带精整辊、造纸辊等）的修复提供了可借鉴的技术范式。随着冶金工业对设备寿命和可靠性要求的不断提高，堆焊修复技术将在更多领域发挥重要作用。