呂艷春

（北京首鋼機電有限公司遷安機械修理分公司，河北 遷安 064400）

熱軋帶鋼卷取機夾送輥及助卷輥是熱軋帶鋼生產(chǎn)線上的重要裝備之一，擔負著將軋制好的鋼板導向、夾送的任務，夾送輥及助卷輥的輥面質量的好壞將直接影響鋼板的質量。目前，為了提高夾送輥的使用壽命，較經(jīng)濟的方法是在輥面堆焊一層具有特殊性能的材料，形成復合材料的工程結構，而特殊性能的焊接材料是其中的關鍵技術。本課題重點針對夾送輥的失效形式進行分析，并有針對性地制定改進措施，以實現(xiàn)在線的正常使用。

1 夾送輥失效形式及改進措施

夾送輥及助卷輥在線使用過程中的問題主要集中在氣孔、夾渣、焊點問題、裂紋問題、輥面黏鋼、壓痕及焊道印問題，這些問題是直接影響熱軋作業(yè)部生產(chǎn)順暢和產(chǎn)品質量的突出問題，也是修復廠家必須嚴肅對待和解決的課題。

1.1 氣孔、夾渣、焊點問題

產(chǎn)生原因：焊絲、焊劑受潮，或堆焊過程中脫渣不徹底，導致輥面容易產(chǎn)生氣孔、夾渣等缺陷。對局部缺陷進行點焊后，上線使用會出現(xiàn)焊點問題。

解決措施：第一，堆焊前，對所用的焊材進行烘干處理，避免堆焊過程中氣孔的產(chǎn)生。第二，堆焊過程中發(fā)現(xiàn)氣孔時，及時用角磨機進行打磨處理。第三，每堆焊一遍，采用角磨機徹底對輥面進行打磨，確保兩個焊道搭接位置的焊渣清理徹底。第四，增加探傷環(huán)節(jié)，一是堆焊之前進行探傷，避免輥子因帶缺陷堆焊導致堆焊后輥面存在氣孔等缺陷；二是熱處理緩冷后車削第一刀進行探傷處理，發(fā)現(xiàn)缺陷時，對缺陷位置進行打磨或車削，確定缺陷尺寸，需要堆焊時，重新對輥子進行預熱、堆焊、熱處理工序；三是輥子打磨前進行探傷，檢查輥面是否存在缺陷。第五，不允許對輥面進行任何局部的點焊處理，當出現(xiàn)氣孔、夾渣等缺陷時，進行車削后再對缺陷位置整體堆焊，確保整個輥面的質量。

1.2 裂紋問題

產(chǎn)生原因：（1）母材本身有裂紋，在堆焊過程中容易產(chǎn)生氣孔或裂紋。（2）焊接過程中不能保證層間溫度，對于高硬度的輥子，在焊接過程中容易出現(xiàn)冷裂紋。（3）焊絲的化學成分也是影響裂紋產(chǎn)生的原因之一。（Ni、Nb、C高的容易產(chǎn)生裂紋；通常情況下Ni ≤2%、C ≤0.4%、Nb 屬裂紋敏感性合金元素，目前使用的焊絲中均不含Nb 元素。

解決措施：（1）針對母材裂紋問題，要求在堆焊前，按照圖紙堆焊層要求進行疲勞層車削。對車到要求尺寸（上夾送輥876mm、下夾為476mm）仍存在裂紋的輥子，繼續(xù)車削至無裂紋才可轉入下道工序。（2）疲勞層車削后，對輥面進行探傷，確保輥面車削至無裂紋為止。（3）堆焊過程中，按照工藝要求控制層間溫度，并做好層間溫度的記錄。（4）對預熱溫度和層間溫度進行控制：①根據(jù)焊絲成分，確定預熱溫度；②根據(jù)Ms 點考慮層間溫度（要求保證整根輥子溫度的均勻性）。（5）焊接完成后，為了避免輥子因冷卻速度快而導致裂紋的產(chǎn)生，要求堆焊完成后，進入與輥子堆焊溫度相當?shù)募訜釥t（約250℃），進行退火，溫升為50℃/h。（6）起弧和收弧位置，容易產(chǎn)生弧坑，堆焊時對弧坑位置進行打磨處理。

1.3 黏鋼問題

黏鋼問題主要產(chǎn)生在上下夾送輥和助卷輥輥面上，特別是助卷輥，黏鋼的輥子表面存在著一定的凸出物，正是這些凸出物，使帶鋼表面產(chǎn)生壓痕，這些凸出物是黏在助卷輥輥面的帶鋼材料。

產(chǎn)生原因：（1）夾送輥及助卷輥表層的堆焊材質屬馬氏體不銹鋼，含Cr 量高時，Cr 在500℃以上與接觸金屬的親和力增大。（2）焊絲化學成分與軋制鋼種化學成分差異性越小，越容易出現(xiàn)黏鋼問題。

解決措施：（1）根據(jù)軋制鋼種的化學成分，對比焊絲的化學成分與鋼種的化學成分。避免出現(xiàn)成分接近而導致的黏鋼問題。（2）嚴格保證堆焊過程的層間溫度及熱處理溫度，確保整個輥面組織的均勻性。

1.4 焊道印問題

焊道印為輥面不耐磨或黏鋼的一種表象，若焊道印有明顯的凹凸感，則為黏鋼；若焊道搭接部位銹蝕或磨損嚴重，則說明輥子整體或局部表面不耐磨。

產(chǎn)生原因：（1）焊接材料問題。若輥子上線后即出現(xiàn)明顯的焊道印及不均勻的銹蝕問題，說明焊接材料的耐磨性及熱穩(wěn)定性不好。（2）焊接參數(shù)問題。堆焊速度快，焊縫不能堆滿，導致在交界處焊縫組織疏松，造成焊道搭接位置出現(xiàn)組織和性能不一致問題。（3）層間溫度問題。堆焊過程若層間溫度變化大，使堆焊層溫度反復在回火馬氏轉化體臨界溫度Ms 點上下浮動，輥子堆焊時反復處于回火狀態(tài)，導致輥面組織不均勻，機械性能產(chǎn)生差異。夾送輥在工作過程中受到板帶沖擊及磨損后，由于輥面組織和性能不均，磨損程度不一，造成焊道印問題。

解決措施：（1）選擇合理的焊絲，針對1580 和2160兩條生產(chǎn)線不同的使用工況，采用不同的焊絲進行夾送輥及助卷輥的堆焊。（2）設定合理的焊接參數(shù)及搭接寬度，并嚴格執(zhí)行。（3）嚴格控制堆焊過程的層間溫度，確保滿足工藝要求。

2 焊材選用及工藝的確定

2.1 焊材選用

通過對夾送輥失效形式進行全面分析得知，堆焊材料的選用對使用性能有直接影響，主要為焊材的成分、耐磨性及熱穩(wěn)定性等。

確保堆焊層具有較高的耐磨性、耐熱性及耐疲勞性的情況下，要求堆焊層應有一定的Cr、Mo、Ni、V、W 等元素。

通過對首鋼遷鋼公司熱軋卷取區(qū)域夾送輥的在線使用情況、軋制鋼種種類以及使用工況等因素進行分析，采用不同的焊絲進行試驗，對每批次到廠的原材料進行工藝評定，初步確定焊絲的成分、硬度的參數(shù)，并摸索堆焊工藝參數(shù)。

2.2 修復方案的確定

根據(jù)焊接材料，確定修復工藝路線為：輥面粗加工超聲波探傷 著色探傷 端面擋邊 焊絲焊劑烘干及輥身預熱 堆焊 焊后熱處理 輥面粗加工 著色探傷 精加工 著色探傷 打磨 硬度檢驗 超聲波探傷 動平衡試驗 合裝 裝機使用。

由于堆焊層厚度高（單邊＞10mm），堆焊層數(shù)多，同時，由于堆焊工藝、藥芯焊絲或焊劑本身缺陷，經(jīng)常出現(xiàn)網(wǎng)狀裂紋。針對不同的焊接材料，制定一對一的修復工藝，在試驗過程中，嚴格按照工藝文件執(zhí)行。

影響堆焊質量的主要因素為三個溫度的控制：即焊前預熱溫度、焊中層間溫度及焊后熱處理溫度，以其中225 焊絲為例，堆焊工序的工藝方案如下：

（1）工件預熱。以80℃/h 的速度升溫至300℃，保溫10h 后開始堆焊作業(yè)。

（2）焊接參數(shù)。為了避免硬質合金層直接與母材堆焊時出現(xiàn)裂紋問題，先進行打底層的堆焊，且堆焊工作應連續(xù)進行，要求焊縫排布均勻，焊接規(guī)范穩(wěn)定。

（3）焊后熱處理。焊后將輥子隨爐緩冷至100℃以下，以60℃/h 的速度升溫至560℃保溫10h，爐冷至80℃以下出爐。

2.3 堆焊層金相組織

采用同種焊絲、按照相同的工藝路線及工藝參數(shù)堆焊一試塊，隨輥子一起進行熱處理，機加工后，對金相組織進行了查看（圖1）。

堆焊層中含有一定成分的Cr、Mo、W、V 等，與C 形成較穩(wěn)定的碳化物。在堆焊過程中，大量溶入基體組織的碳化物起固溶強化作用，回火時，Mo、W、V 以細小碳化物的形式彌散析出，起到彌散強化的作用，堆焊層金相組織為回火馬氏體，具有良好的常溫硬度、紅硬性、耐熱疲勞性和耐磨性。由此初步判斷焊絲化學成分及熱處理工藝設計合理。

3 設備設施的保障

3.1 六頭堆焊機的投入使用

因輥子直徑較大，且堆焊層數(shù)多，堆焊過程中層間溫度控制困難，單機頭堆焊時，輥面不同位置溫差較大，造成組織不均勻，上線使用容易出現(xiàn)焊道印問題。針對上述問題，經(jīng)公司討論確定，委托專業(yè)廠家設計制作六頭堆焊機，提高工作效率，同時，保證工藝條件（圖2、3）。

3.2 保溫工裝的改進

層間溫度是堆焊開始后，堆焊全過程輥面焊道層之間所保持的溫度。之前，我單位采用燃氣加熱的方式補償溫度，層間溫度控制不均勻，且加熱過程中輥面被熏黑，容易出現(xiàn)氣孔缺陷。為了確保層間溫度的均勻性，設計了專用的保溫工裝，該保溫工況具備自動溫控的功能，達到設定溫度后自動斷電，待需要溫度補償時，自動開啟工作模式，溫度控制精準有效。新保溫工裝的投入使用，能夠保證層間溫度在工藝要求范圍內，確保堆焊質量（圖4、5）。

圖1 堆焊層金相組織X500

圖2 多頭堆焊機堆焊上夾送輥

圖3 堆焊過程工藝參數(shù)的控制

圖4 燃氣加熱（改善之前）

圖5 電加熱（改善之后）

多頭堆焊機及保溫工裝投入使用后，工藝條件得到滿足，堆焊質量得到改善及提高。

4 上線試驗情況

改進后試驗堆焊的輥子，分別在首鋼遷鋼2160 及1580生產(chǎn)線進行上線試驗。能夠滿足用戶在線使用要求，使用過程中輥面未再出現(xiàn)黏鋼問題，且每次下線修磨時，對尺寸、成分及硬度進行檢測，均能夠滿足圖紙技術要求。

上線試驗結果表明，通過合理選用原材料、控制堆焊過程層間溫度及熱處理溫度，能有效改進夾送輥修復質量，改進后的輥子上線使用過程中未出現(xiàn)黏鋼、輥面麻點（凹坑）問題，且每次上線后的修磨尺寸在1.5 ～2mm，輥面較其他成分堆焊的夾送輥耐磨性好，使用過程中未出現(xiàn)龜裂問題，確保了帶鋼表面質量。