冷連軋軋機(jī)支撐輥堆焊工藝及使用方案

供稿|張?jiān)茲?，耿波，王吉祥，江?/ ZHANG Yun-tao, GENG Bo, WANG Ji-xiang, JIANG Bo

軋輥堆焊技術(shù)日益成熟，應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大，不同于軋輥制造技術(shù)，它需要利用軋輥?zhàn)髂覆模瑢?duì)新軋輥、受損軋輥或已經(jīng)完成使用壽命的報(bào)廢軋輥進(jìn)行再加工。軋輥堆焊過程中，存在金屬的熔化和結(jié)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(jù)堆焊軋輥大小、材質(zhì)及使用用途進(jìn)行定制處理[1]。鑒于以上特點(diǎn)，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(píng)估。根據(jù)冷軋帶鋼產(chǎn)品質(zhì)量，確定可堆焊軋輥類型，測(cè)算其加工經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)是否符合企業(yè)需求，同時(shí)評(píng)估其堆焊工藝的可行性。(2)軋輥堆焊過程中，確定工藝重點(diǎn)監(jiān)控點(diǎn)。如軋輥堆焊前需系統(tǒng)探傷檢測(cè)、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(jìn)行系統(tǒng)檢測(cè)，規(guī)范堆焊軋輥使用方案。

軋輥堆焊可行性分析

對(duì)邯鋼冷軋廠報(bào)廢軋輥進(jìn)行梳理，選擇報(bào)廢支撐輥進(jìn)行堆焊處理。軋輥堆焊可行性分析如下：

(1)武鋼已經(jīng)率先開展堆焊支撐輥使用技術(shù)研究，通過行業(yè)分析及文獻(xiàn)查新，證實(shí)堆焊技術(shù)已經(jīng)成熟，堆焊支撐輥上機(jī)使用安全，同時(shí)武鋼軋機(jī)布置及控制形式與邯鋼冷軋廠相似，具有借鑒意義[2]。

(2)經(jīng)調(diào)研，軋輥堆焊廠家具備軋輥修復(fù)能力，在國內(nèi)擁有堆焊軋輥使用業(yè)績。

(3)待堆焊軋輥為已經(jīng)報(bào)廢軋輥，無使用價(jià)值，若修復(fù)后等同新軋輥使用，堆焊修復(fù)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(jīng)濟(jì)效益可觀。

軋輥堆焊加工流程及關(guān)鍵點(diǎn)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(shè)計(jì)

焊層設(shè)計(jì)為“2+1+硬面工作層”(含單邊6 mm機(jī)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(cè)

支撐輥軸承內(nèi)套拆除后，輥體統(tǒng)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(cè)軋輥內(nèi)部是否存在缺陷。軋輥探傷完畢，確認(rèn)輥身表面及輥身內(nèi)部無缺陷后方可進(jìn)行下步作業(yè)。對(duì)殘留輥面缺點(diǎn)可用角磨機(jī)打磨去除，對(duì)內(nèi)部缺陷則只能通過局部環(huán)切根除。

堆焊材料選擇

軋機(jī)支撐輥母材化學(xué)成分如表1所示。打底焊絲及局部下切焊補(bǔ)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(jī)支撐輥母材化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

堆焊工藝參數(shù)

對(duì)φ4.0 mm藥芯焊絲，堆焊工藝參數(shù)設(shè)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(dǎo)前距離：70～75 mm。

預(yù)熱及熱處理工藝

支撐輥堆焊前，輥面進(jìn)行預(yù)熱。預(yù)熱初期，加熱速度為35 ℃/h，待輥面溫度達(dá)到420 ℃，保溫34 h。軋輥預(yù)熱同時(shí)，焊接擋圈，以保護(hù)軋輥輥頸(軸承內(nèi)套裝配處)。

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

支撐輥堆焊完畢后，需進(jìn)行回火熱處理，以消除組織應(yīng)力，其熱處理工藝為：初期加熱速度35 ℃/h，待輥面溫度達(dá)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(yōu)化

堆焊軋輥入廠檢測(cè)

堆焊支撐輥投入使用之前，需要對(duì)整個(gè)輥身進(jìn)行超聲波探傷。首先，重點(diǎn)對(duì)結(jié)合層是否存在大于φ2 mm冶金缺陷及缺陷分布狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，以保障結(jié)合層安全有效。其次，對(duì)軋輥使用層內(nèi)冶金組織是否存在裂紋和冶金缺陷進(jìn)行檢測(cè)，以保障軋輥上機(jī)使用中不發(fā)生剝落。邯鋼冷軋廠堆焊軋輥檢測(cè)方案制定依據(jù)鍛鋼軋輥檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)GB/T13314—2008。軋輥硬度檢測(cè)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)及方法如表2所示。

表2 支撐輥硬度檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)及方法

堆焊軋輥使用方案

堆焊支撐輥使用初期，需要重點(diǎn)考察輥面加工硬化及輥身疲勞情況，進(jìn)一步進(jìn)行超聲波探傷，復(fù)核結(jié)合層內(nèi)部在φ2 mm以內(nèi)的微小冶金缺陷是否發(fā)生變化，以保證結(jié)合層安全有效；同時(shí)必須進(jìn)行硬度檢測(cè)，以評(píng)估加工硬化程度和輥面疲勞情況，同時(shí)修訂軋輥換輥制度。軋輥使用中期，主要進(jìn)行硬度檢測(cè)，優(yōu)化軋輥換輥制度和單次修磨量，評(píng)估堆焊軋輥的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。堆焊支撐輥使用方案如表3所示。

表3 2180酸軋機(jī)組堆焊支撐輥使用方案

堆焊軋輥使用績效評(píng)價(jià)

堆焊支撐輥歷次下機(jī)后檢測(cè)表明，軋輥輥身硬度≥68 HSD，均符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，均勻性控制在2 HSD以內(nèi)。按照GB/T13314—2008探傷標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)，輥身內(nèi)部探傷合格。使用至今，已經(jīng)上機(jī)使用10次，累計(jì)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?？紤]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(duì)比如圖2所示。

圖2 堆焊修復(fù)輥與鍛鋼支撐輥的毫米過鋼量對(duì)比

對(duì)比第3～10次連續(xù)8次使用情況發(fā)現(xiàn)，堆焊支撐輥與整體鍛鋼支撐輥毫米過鋼量相當(dāng)，且堆焊支撐輥在第7～10次使用的毫米過鋼量優(yōu)于鍛鋼支撐輥。

結(jié)束語

跟蹤堆焊支撐輥綜合服役使用情況，發(fā)現(xiàn)其修磨量的平均毫米過鋼量與整體鍛鋼支撐輥相當(dāng)。堆焊支撐輥的成本約為整體鍛鋼支撐輥的50%，如果冷連軋F(tuán)1～F5機(jī)架均使用堆焊支撐輥，則支撐輥噸鋼消耗成本將會(huì)節(jié)約50%以上，推廣使用后經(jīng)濟(jì)效益可觀。