摘　要：采用哈尔滨焊接研究所研制的CrWNiMnSi系堆焊材料成功的堆焊热轧工作辊，经生产应用表明该材料是一种理想的热轧工作辊堆焊材料，在冶金行业开展热轧工作辊堆焊技术，给企业带来显著的经济效益。

关键词：热轧工作辊、堆焊

1、前　言

　　轧辊是冶金行业的三大消耗件之一，我国目前年用量在八十万吨以上。用堆焊方法修复和制造轧辊最突出的优点是轧辊辊身表面有高的硬度、高耐磨性等特点，而辊颈和辊身芯部具有一定的强度和韧性，而且能节约大量的资金。热轧辊的工作过程主要承受金属与金属之间的磨损，以及钢板表面氧化皮等硬质点引起的磨粒磨损，而且热轧辊70％以上以磨损失效为主，因此要求轧辊表面有高的硬度和耐磨性，又由于热轧辊在使用时与温度高达1200℃的钢板接触，轧辊表面最高温度可达600℃〖1、2〗，随后经高压水喷冷，冷热疲劳开裂严重。热疲劳裂纹边缘剥落，剥落物加剧磨损失效〖3〗。热疲劳裂纹还沿张力最大的横截面扩展.产生环行裂纹，导致断辊，因此，要求它有优良的耐冷热疲劳性。另外，冷热疲劳裂纹的深度影响轧辊的修磨量，直接影响轧辊的寿命。另一方面轧辊长期与高温钢板接触，要求有良好的回火稳定性和抗高温氧化性。

2、技术条件与堆焊材料、工艺方法的选择

　　太钢五轧厂宽展轧机是四辊万能轧机和四辊炉卷轧机的粗轧机组。它的轧辊材质为60CrMnMo锻钢，轧辊的转数：2M/S，最大压下量：30％。该机组工作条件恶劣，长期处于高温、氧化铁磷多，冷却状况不佳，轧制规格品种变化频繁的工作环境，所以宽展工作辊磨损严重，冷热疲劳裂纹多而且较深。根据工作辊的技术条件和使用环境，采哈尔滨焊接研究所研制的CrWNiMnSi系堆焊合金（采用丝极埋弧自动焊的方法），进行大面积堆焊。该合金的性能如下：

2.1、堆焊材料的热稳定性试验条件及试验结果

表一 CrWNiMnSi材料的热稳定性

2.2、堆焊材料的耐冷热疲劳性

　　在直径150MM厚度100MM的45#钢实芯园柱体端面进行单道埋弧自动焊，堆焊七层后，将堆焊层加工至18MM高用高频加热，使焊道表面加热至600℃后水冷至室温，如此反复循环环至出现裂纹为止，用出现裂前加热－冷却循环次数来评定堆焊材料的耐冷热疲劳好坏。CrWNiMnSi的冷热疲劳循环次数为：1380次。

2.3、堆焊材料的耐磨性

　　共进行了常温磨粒磨损、常温粘着磨损和600℃粘着磨损，磨损后的失重见表2。

　　表二 堆焊合金的耐磨性能

2.4、堆焊材料的抗高温氧化性

将试件放入600℃的炉内，放置100小时，然后称重。其试验结果为：19.8(mg/dm2/100h)。

2.5、堆焊材料的冲击韧性

10×10×55(MM)未开缺口常温冲击试验，冲击功为：13(J)
埋弧自动焊过程中，使用的焊剂也是哈尔滨焊接研究所研制的陶质焊剂。

3、堆焊工艺

3.1、焊前准备、予热及层间温度的控制

　　热轧工作辊的辊身长2300MM，直径1100MM，报废尺寸980MM。将需要堆焊修复的轧辊表面进行探伤，确认轧辊没有任何缺陷后装炉，以20-30℃/小时的速度升温至400℃，并保温10小时，对轧辊进行予热(堆焊机是哈尔滨焊接研究所生产的轧辊自动堆焊机如图一)。因为轧辊的材料是 60CrMnMo，含C量较高，淬硬倾向比较严重，而堆焊材料又是含合金元素较多，硬度高，脆性大，再加上轧辊直径大，刚性强，堆焊时极易产生裂纹，因此为了避免热影响区淬硬组织的出现，以及堆焊层产生裂纹，焊前必须予热。它可以减小热影响区的温度梯度，从而减小温度引起的应力，并可降低冷却速度，减小淬硬倾向，而且予热温度适当也是使堆焊层硬度均匀的重要措施。

　　在堆焊的全过程中，轧辊放入保温罩内，保温罩的底部有一排特殊的加热枪，根据温度的变化情况，随时调节火焰的大小，控制堆焊过程的层间温度。为了避免焊接裂纹，同时为了得到硬度均匀的堆焊层，层间温度控制在350-400℃，温度过高，增加工人的劳动强度，而且焊道成型及脱渣性不良，低于350℃，堆焊的合金层会产生裂纹。

3.2、过度层的堆焊

　　由于工作辊的材质为60CrMnMo，含C量较高，如果直接在60CrMnMo钢上堆焊耐磨合金，则由于母材C ，这往往是造成堆焊时出现裂纹和运行中产生 合金层剥落的主要原因之一。为了防止这些现象的发生要求堆焊一层含C量较低，塑性较好，有一定抗压强度的缓冲层，根据这一原则，采用10Mn2焊丝＋431焊剂，过度层堆焊两层其规范参数如表三。

　　表三 过度层的堆焊规范参数

3.3、耐磨合金层的堆焊

　　采用哈尔滨焊接研究所研制的CrWNiMnSi焊丝和焊剂，对热轧工作辊进行堆焊，为了避免合金元素过多的烧损而降低耐磨性，宜采用小规范，以得到较小的熔深。为了避免堆焊层产生裂纹，堆焊工作应连续进行直至堆焊完成，其规范参数如

　　表四 耐磨合金层堆焊规范参数

3.4、焊后热处理

　　轧辊的刚性大，堆焊层又较厚，热轧工作辊堆焊层的单面厚度在70MM左右，因此焊后残余应力很大，必须进行消除应力处理，而且焊后马上进行处理是防止延迟裂纹的重要措施。焊后热处理的温度选择要适当，回火温度高，消除应力效果好，但有可能使堆焊层的硬度下降有损于耐磨性，回火温度过低应力消除不彻底，因此要两者兼顾。一般回火温度大于450℃才能起到消除应力的作用。从表一中可见550℃回火，硬度比焊后还有所增加，对提高耐磨性有利，同时也有效的消除应力效果，因此选择焊后热处理温度为550℃×12小时。
　　堆焊修复后的轧辊经太钢五轧厂使用后轧辊表面无裂纹，无锈蚀现象，说明堆焊轧辊具有良好的抗氧化性(如图二、三所示),其测试的数据如表五