王熙琳

（天津市冶金新技术开发推广中心有限公司 天津 300050）

引言

轧辊是轧钢生产中的工艺件，特点是价格高，消耗量大。而且其质量的好坏，不仅直接关系到其使用周期，对所轧制钢材的质量，特别是表面质量，产品产量以及产品成本核算都会产生非常大的影响。而采用堆焊修复(或制造)的复合轧辊，在降低轧辊的(制造)成本的同时，也提高了轧辊综合性能，降低了轧辊的消耗量，提高了轧机的作业率和钢材产品的质量。

高合金含量的大型冷轧和热轧支撑辊，其工作状态是一种较大的交变应力状态，要求即要有良好的韧性还要有适中的硬度，这就给堆焊带来一定的技术困难，多年来随着药芯焊丝性能的不断提高，广大钢厂也逐渐认可了经过堆焊的支撑辊。

但大直径冷轧支承辊的辊面修复一直是各个修复专业厂的难点，特别是堆焊材料的选用。本文就201CS焊丝在我厂的试验情况做一阐述。

1 实验材料与设备

1.1 材料

试棒材料：45#钢

焊丝：201CS

焊剂：501

1.2 设备

进行试棒埋弧堆焊时采用ZD5(L)一630堆焊机床，焊后热处理采用45Kw箱式炉，焊后加工试棒采用C640车床、铣床和线切割设备，硬度测试采用HBRV-187.5硬度计，堆焊层、过渡层及基体的微观组织的观察采用光学显微镜及数码摄像显微镜。

2 试验过程

堆焊全过程包括预处理、堆焊和焊后热处理等工序，其工艺流程如下：坯料——加工成棒料——预热——堆焊——焊后热处理——检测焊层表面硬度——切割试棒——检测试棒断面硬度——观察堆焊层、过渡层及基体的微观组织。

2． 1 试棒加工

加工后的棒料：¢145*540

2.2 堆焊前的预热

为了达到堆焊过程中堆焊金属及热影响区的缓慢冷却的目的，降低淬硬倾向并减少焊接应力，防止母体材料和堆焊材料在堆焊过程中出现裂纹，所以需要进行堆焊前的预热，同时依据母材以及堆焊材料的碳含量和合金含量来确定预热的温度。

2.3 堆焊过程

为避免堆焊材料发生相变及淬回火效应，应使整个堆焊层焊完之后在热处理电炉中同时进行焊接内部的转变，因此堆焊过程中必须控制预热及层间温度，只有这样才能保证堆焊层的组织、硬度。

堆焊时使用具有下降电源特性 (指采用自动埋弧堆焊方法)的直流电源，采用专业堆焊设备，进行圆周方向连续自动堆焊，坚决杜绝中途停止的现象，直至焊至规定尺寸。

为保证堆焊质量防止辊身两端出现“缺肉”，采取先在辊身的两端沿圆周方向堆焊一周，然后再进行螺旋线堆焊的方法。同时堆焊时各堆焊层间的焊道位置相瓦错开1／2焊道宽度，已达到保证各堆焊层间硬度的均匀性要求。

要求：

焊接电流：380A

焊接电压：28V

焊接速度：550mm／min

堆焊：首先用510焊丝沿试棒圆周方向连续螺旋堆焊一遍，然后用20lcs焊丝在510焊丝的基础上沿试棒圆周方向连续螺旋堆焊，直至焊至规定尺寸。

2． 4堆焊后的热处理

为了改善焊后组织和消除焊接应力的目的，堆焊后要进行焊后热处理，焊后热处理还可以形成二次硬化，进一步提高轧辊堆焊工作表层面的硬度和耐磨性。

对堆焊轧辊进行回火处理时，炉内的升温速度要慢，这是为了保证温度均匀；在降温过程中，也应缓慢冷却，这是为了避免产生新的应力。为保证材料的性能能够达到最大的发挥，采用中温回火，以产生充分的强化效应。待轧辊逐渐冷却至150℃以下时出炉，并在无风空气中自然冷却至室温。

堆焊后的热处理是在45KW箱式电阻炉中进行，热处理温度为520℃。

2.5 热处理后检查、机加工和性能测试

2.5.1 试棒经热处理后首先检查焊层表面硬度：HRc45—47。

2.5.2 将试棒进行切削加工，加工成¢170*15试块，随后磨削该试块断面，检测其试棒断面硬度变化。

试棒断面硬度变化：

2.5.3 用线切割设备切割¢170*15试块，制备成金相试样检测堆焊层和过渡层的微观组织结构。

3 结果与讨论

3.1 硬度变化

在堆焊层与基体之间的过渡层硬度逐渐下降。其主要原因是由于基体和堆焊层之间的一定区域内存在原子扩散，使基体与堆焊层之间出现过渡层，出现硬度比基体硬度高而比堆焊层硬度低的状况，即基体堆焊层具有稀释作用。

3.2 组织结构

图l和图2为堆焊层的横截面微观组织结构图，堆焊层的平均厚度为35mm。从图中可以看出堆焊层与基体之间形成一层过渡层，即在一定区域内基体与堆焊层之间存在原子扩散，堆焊层与基体的界面达成冶金结合，由显微组织可以看出堆焊层组织比基体组织细小。

图1

图2

图3

图4

图3 和图4为堆焊过渡层和堆焊层的微观组织结构图，堆焊过渡层的组织是针状马氏体组织，它具有硬度高、韧性低、脆性大、伸长率和断面收缩率小的特点。堆焊层是典型的板条状马氏体组织，可以分辨出不同的马氏体板条间的边界。它具有良好的强度和韧性。

结语

（1）堆焊层的硬度值符合冷轧支承辊的硬度要求。

（2）堆焊层的微观组织符合冷轧支承辊的使用要求。

（3）201CS焊丝可以应用于堆焊层冷轧支承辊。