冷連軋軋機支撐輥堆焊工藝及使用方案

供稿|張云濤，耿波，王吉祥，江波 / ZHANG Yun-tao, GENG Bo, WANG Ji-xiang, JIANG Bo

軋輥堆焊技術日益成熟，應用范圍逐步擴大，不同于軋輥制造技術，它需要利用軋輥作母材，對新軋輥、受損軋輥或已經完成使用壽命的報廢軋輥進行再加工。軋輥堆焊過程中，存在金屬的熔化和結晶過程，這一過程不同于金屬冶煉過程，其加工工藝需要根據堆焊軋輥大小、材質及使用用途進行定制處理[1]。鑒于以上特點，堆焊軋輥在軋鋼過程中需要注意的問題：(1)堆焊軋輥適用性評估。根據冷軋帶鋼產品質量，確定可堆焊軋輥類型，測算其加工經濟性指標是否符合企業需求，同時評估其堆焊工藝的可行性。(2)軋輥堆焊過程中，確定工藝重點監控點。如軋輥堆焊前需系統探傷檢測、焊接材料的選擇、堆焊工藝和熱處理工藝等。(3)堆焊軋輥使用前必須進行系統檢測，規范堆焊軋輥使用方案。

軋輥堆焊可行性分析

對邯鋼冷軋廠報廢軋輥進行梳理，選擇報廢支撐輥進行堆焊處理。軋輥堆焊可行性分析如下：

(1)武鋼已經率先開展堆焊支撐輥使用技術研究，通過行業分析及文獻查新，證實堆焊技術已經成熟，堆焊支撐輥上機使用安全，同時武鋼軋機布置及控制形式與邯鋼冷軋廠相似，具有借鑒意義[2]。

(2)經調研，軋輥堆焊廠家具備軋輥修復能力，在國內擁有堆焊軋輥使用業績。

(3)待堆焊軋輥為已經報廢軋輥，無使用價值，若修復后等同新軋輥使用，堆焊修復輥的成本約為整體鍛鋼支撐輥的50%，軋輥成本可顯著降低，推廣使用后經濟效益可觀。

軋輥堆焊加工流程及關鍵點管控

堆焊工藝流程

支撐輥堆焊工藝流程如圖1所示。

焊層設計

焊層設計為“2+1+硬面工作層”(含單邊6 mm機加工余量)。其中，“2”表示堆焊2層打底層，厚度約5 mm(單邊)；“1”表示在堆焊打底層后，再堆焊1層過渡層，厚度約2.5 mm(單邊)。

焊前軋輥檢測

支撐輥軸承內套拆除后，輥體統一車削至待堆焊尺寸，堆焊前首先采用著色探傷檢查外部是否存在開口裂紋缺陷，之后使用超聲波探傷檢測軋輥內部是否存在缺陷。軋輥探傷完畢，確認輥身表面及輥身內部無缺陷后方可進行下步作業。對殘留輥面缺點可用角磨機打磨去除，對內部缺陷則只能通過局部環切根除。

堆焊材料選擇

軋機支撐輥母材化學成分如表1所示。打底焊絲及局部下切焊補材料為φ4.0 mm HY-301，過渡層焊絲為φ4.0 mm HY-330M，硬面工作層焊絲為φ4.0 mm HY-335H。HY-301、HY-330M焊絲配用焊劑為1620熔煉型焊劑。HY-355H焊絲配用焊劑為1701熔煉型焊劑。

圖1 支撐輥堆焊工藝流程

表1 軋機支撐輥母材化學成分(質量分數，%)

堆焊工藝參數

對φ4.0 mm藥芯焊絲，堆焊工藝參數設定為：(1)電弧電壓：28～32 V；(2)焊接電流：500 A；(3)焊絲干伸出長度：30～35 mm；(4)焊道搭接：45%～50%；(5)焊接速度：500 mm/min；(6)導前距離：70～75 mm。

預熱及熱處理工藝

支撐輥堆焊前，輥面進行預熱。預熱初期，加熱速度為35 ℃/h，待輥面溫度達到420 ℃，保溫34 h。軋輥預熱同時，焊接擋圈，以保護軋輥輥頸(軸承內套裝配處)。

支撐輥堆焊第一次埋弧堆焊后，需進行中間熱處理，以消除應力。中間熱處理工藝為：初期加熱速度35 ℃/h，待輥面溫度達到490 ℃，隨爐緩冷到380 ℃，之后開爐繼續堆焊。

支撐輥堆焊完畢后，需進行回火熱處理，以消除組織應力，其熱處理工藝為：初期加熱速度35 ℃/h，待輥面溫度達到550 ℃保溫，層間溫度控制到280～320 ℃后，隨爐緩冷，≤30 ℃出爐。

堆焊支撐輥使用方案及優化

堆焊軋輥入廠檢測

堆焊支撐輥投入使用之前，需要對整個輥身進行超聲波探傷。首先，重點對結合層是否存在大于φ2 mm冶金缺陷及缺陷分布狀態進行檢測，以保障結合層安全有效。其次，對軋輥使用層內冶金組織是否存在裂紋和冶金缺陷進行檢測，以保障軋輥上機使用中不發生剝落。邯鋼冷軋廠堆焊軋輥檢測方案制定依據鍛鋼軋輥檢測標準GB/T13314—2008。軋輥硬度檢測執行標準及方法如表2所示。

表2 支撐輥硬度檢測標準及方法

堆焊軋輥使用方案

堆焊支撐輥使用初期，需要重點考察輥面加工硬化及輥身疲勞情況，進一步進行超聲波探傷，復核結合層內部在φ2 mm以內的微小冶金缺陷是否發生變化，以保證結合層安全有效；同時必須進行硬度檢測，以評估加工硬化程度和輥面疲勞情況，同時修訂軋輥換輥制度。軋輥使用中期，主要進行硬度檢測，優化軋輥換輥制度和單次修磨量，評估堆焊軋輥的經濟價值。堆焊支撐輥使用方案如表3所示。

表3 2180酸軋機組堆焊支撐輥使用方案

堆焊軋輥使用績效評價

堆焊支撐輥歷次下機后檢測表明，軋輥輥身硬度≥68 HSD，均符合技術標準，均勻性控制在2 HSD以內。按照GB/T13314—2008探傷標準檢測，輥身內部探傷合格。使用至今，已經上機使用10次，累計軋鋼129.24萬t，總修磨量為32.838 mm，修磨量的平均毫米過鋼量為3.93萬t/mm。考慮到堆焊支撐輥前2次的單次修磨毫米過鋼量為3.6萬t/mm，第3～10次使用情況與整體鍛鋼支撐輥使用對比如圖2所示。

圖2 堆焊修復輥與鍛鋼支撐輥的毫米過鋼量對比

對比第3～10次連續8次使用情況發現，堆焊支撐輥與整體鍛鋼支撐輥毫米過鋼量相當，且堆焊支撐輥在第7～10次使用的毫米過鋼量優于鍛鋼支撐輥。

結束語

跟蹤堆焊支撐輥綜合服役使用情況，發現其修磨量的平均毫米過鋼量與整體鍛鋼支撐輥相當。堆焊支撐輥的成本約為整體鍛鋼支撐輥的50%，如果冷連軋F1～F5機架均使用堆焊支撐輥，則支撐輥噸鋼消耗成本將會節約50%以上，推廣使用后經濟效益可觀。