赵 峰，马东康，王虎年，张鹏辉，李进军，华先锋

（西安天力金属复合材料有限公司，陕西 西安710054）

连铸辊是连铸机的重要部件，工作时其表面连续不断地与内部还未凝固的高温铸坯接触，中心孔通冷却水，承受着瞬时高温和水冷产生的交变热应力反复作用，工况条件十分苛刻。根据使用位置的不同，连铸辊失效方式主要有永久性弯曲变形、磨损和裂纹掉渣3种［1］。

目前，对连铸辊主要采用堆焊和铸造的方法制造。堆焊工艺制作的连铸辊在上述工况条件下使用3～4 mon，通常出现表面堆焊层开裂、剥落、掉渣等现象；而铸造法工艺复杂，对合金熔炼、过程控制、设备能力等都有较高的要求，且成本较高［2－5］。爆炸焊接（复合）技术起始于20世纪40年代，从20世纪60年代开始被研究，经过近50 y的发展，爆炸复合产品以优良的性能、低廉的价格已经被广泛应用于石化、火电、核电、造船、航空航天等领域。爆炸复合是指采用爆炸的方式在一种金属上复合另一种材质的金属，以起到防腐蚀、耐磨损、耐高温等作用。

鉴于连铸辊对材料的特殊要求，本文中以爆炸复合的方法制造1Cr13Mo/45钢复合轧辊。以1Cr13Mo/45钢复合棒的爆炸复合工艺为研究对象，通过调整复管与基棒间隙大小和炸药厚度，研究间隙大小和药厚对复合棒复合质量的影响，拟为生产更高性能的连铸辊开辟一条新途径。

1 实 验

1.1 实验方法

复管选用厚度为5 mm的1Cr13Mo的板材卷制焊接而成，内径为140 mm，长度为610 mm；基棒材质为45钢，直径为137 mm，长度为610 mm。通过机加工将基棒加工成从130 mm到135 mm不等的直径，以达到改变复管和基棒之间间隙的目的，使用油毛毡卷制不同直径的药筒，以达到不同药厚设计。然后根据设计的间隙和药厚组合进行装配并爆炸复合。

采用SONATEST Masterscan 340超声波探伤仪检测复合棒的结合情况，在距爆轰末端100 mm处，分别在焊缝处、焊缝对面和垂直于过焊缝直径的一边取金相试样，经粗磨、抛光、腐蚀后，采用OLYMPUS金相显微镜观察结合面的情况，采用工具显微镜测量结合界面波形的波长和波幅。

1.2 工艺参数设计

准备了9根复管和9根基棒，在理论计算和经验的基础上，初步设计了一组工艺参数，并爆炸复合一根复合棒，编号为1，而后对复合棒1超声波探伤、金相等检验的结果进行了调整并设计了其余8根复合棒的工艺参数。9根复合棒的间隙h和对应的药厚H 分布如图1所示。

1.3 实验过程

首先对1Cr13Mo卷焊管进行消应力退火，退火制度为：850℃/1 h（即850℃保温1 h），以消除马氏体不锈钢在卷制和焊接过程中产生的应力，防止后续校圆过程中出现回弹、焊缝开裂等问题。采用手提砂轮机和叶轮机将复管内壁焊缝打磨平整并抛光，根据实测的复管内径按照图1设计每根复管对应的基棒直径，将基棒机加至对应尺寸并抛光外表面。最后，在爆炸复合现场将基棒和复管进行装配后装药爆炸复合，装配示意图如图2所示。

图1 爆炸复合工艺分布图Fig.1 Explosive clad technology scattergram

图2 装配示意图Fig.2 Assembly diagram

2 实验结果

2.1 外形变化

爆炸复合后超声探伤表明，复合棒2、3、6、9复合情况良好，其他5根复合棒都有大小不等的不结合区。爆炸复合后形貌均如图3所示，复合棒在尾端出现不同程度的缩颈现象，这是爆炸复合棒固有的一个特点［6］。图4为径缩量Δd（爆炸复合前复管外径与爆炸复合后复合棒外径之差）随药厚和间隙的变化趋势。

图3 爆炸复合后形貌Fig.3 Pattern after explosive clad

由图4（a）可知，间隙固定为3 mm时，随药厚的增加，径缩量呈增加趋势；由图4（b）可知，在药厚为60 mm时，径缩量随间隙的增加呈减小趋势。在间隙一定的情况下，增加药量将使复管以更快的速度和更大的能量与基棒碰撞，从而导致基棒承受更大的冲击能量而变形更加严重。研究表明：管棒爆炸复合后，作为复材的管子，由于受到强烈的压缩作用，壁厚将增加，且随着与基棒间隙的增大，复管所受到的压缩和壁厚的增加也越强烈，且壁厚的增加比基棒由于受冲击而导致的径缩量大，因而出现了如图4（b）所示的随间隙增加，径缩量减小的变化趋势。

2.2 界面波形

由于复管有一定的椭圆度，不同位置处的间隙有所不同，如图5所示。

由于间隙大小不同，爆炸后不同位置处的波纹有明显的差异，间隙较小的位置1处的波长较小，间隙较大的位置3和位置4处的波长较大，甚至无波纹出现。如图6所示。

图4 径缩量随药厚和间隙的变化Fig.4 Variation of diameter reduction with explosive thickness and stand－off

图5 装配时实际间隙示意图Fig.5 Actual stand－off diagram when assembling

图6 复合棒1同一截面上不同位置的界面形貌Fig.6 Metallographs of the different position on clad roller 1

2.3 波形参数

图7为波长和波幅随间隙和药厚的变化趋势图。由图7（a）可知，在药厚一定的情况下（60 mm），波长和波幅随间隙的增大都呈增大的趋势，而波幅随间隙的增大增加较慢。由图7（b）可知，当间隙一定时（3 mm），随药厚的增加，波长和波幅无显著的变化。因而可以推断，间隙对复合棒波形的影响远强于药厚对复合棒波形的影响。

图7 波长和波幅随间隙和药厚的变化Fig.7 Variation of wavelength and amplitude with stand－off and explisive thickness

3 结束语

（1）爆炸复合棒的径缩量与复合工艺参数有密切关系，复合后径缩量随炸药厚度的增加而增加，随间隙的增大而减小。（2）在炸药厚度一定的情况下，间隙对复合棒结合界面的波形影响较大，随间隙的增大，波长和波幅呈增加趋势，而在间隙一定的情况下，药厚对波形的影响不明显。（3）间隙的大小对复合效果影响较大。间隙过小，复合后出现不结合的面积增大，间隙过大，易造成波形过大甚至平直界面，本实验证明当间隙为3.0～4.5 mm时，复合效果较好；在间隙合适的情况下，药厚对爆炸复合的影响不大，在本实验中，药厚从45 mm（复合棒2、7）至80 mm（复合棒6）都能得到较好的复合效果。

［1］王贵明.连铸辊材料及制造方法的进展［J］.热加工工艺，1999（1）：39－41.

［2］冯建，史和生，史和庆，等.爆炸焊接3Cr13Mo/42Cr Mo高耐磨耐蚀复合轧辊［P］.中国专利：200810235285.1，2009－06－03.

［3］王素平.离心铸造高速钢复合轧辊生产工艺探讨［J］.轧钢，2008，25（2）：65－67.WANG Su－ping.Dicussion on manufacture technology of centrifugal casting high speed steel roll［J］.Steel Rolling，2008，25（2）：65－67.

［4］李绍友，高宝存，董双鹏，等.表层堆焊轧辊在带钢生产中的应用［J］.河北冶金，2005（6）：55－56.LI Shao－you，GAO Bao－cun，DONG Shuang－peng，et al.Application of surface overlayed roll in strip production［J］.Hebei Metallurgy，2005（6）：55－56.

［5］李建平，徐自立，刘长安，等.新型复合连铸辊套的研制［J］.铸造，2003，52（10）：783－785.LI Jian－ping，XU Zi－li，LIU Chang－an，et al.Development of new kind composites roll covering for continues casting［J］.Foundry，2003，52（10）：783－785.

［6］裴大荣，郭悦霞，马东康，等.钛－不锈钢复合棒结合强度评价［J］.稀有金属材料与工程，1997，26（5）：51－53.PEI Da－rong，GUO Yue－xia，MA Dong－kang，et al.Evaluation on bonding strength of titanium－stainless steel cladding bar［J］.Rare Metal Materials and Engineering，1997，26（5）：51－53.