提高熱軋卷取機(jī)夾送輥表面堆焊質(zhì)量及使用壽命措施

呂艷春

（北京首鋼機(jī)電有限公司遷安機(jī)械修理分公司，河北 遷安 064400）

熱軋帶鋼卷取機(jī)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(dān)負(fù)著將軋制好的鋼板導(dǎo)向、夾送的任務(wù)，夾送輥及助卷輥的輥面質(zhì)量的好壞將直接影響鋼板的質(zhì)量。目前，為了提高夾送輥的使用壽命，較經(jīng)濟(jì)的方法是在輥面堆焊一層具有特殊性能的材料，形成復(fù)合材料的工程結(jié)構(gòu)，而特殊性能的焊接材料是其中的關(guān)鍵技術(shù)。本課題重點(diǎn)針對(duì)夾送輥的失效形式進(jìn)行分析，并有針對(duì)性地制定改進(jìn)措施，以實(shí)現(xiàn)在線的正常使用。

1 夾送輥失效形式及改進(jìn)措施

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

1.1 氣孔、夾渣、焊點(diǎn)問(wèn)題

產(chǎn)生原因：焊絲、焊劑受潮，或堆焊過(guò)程中脫渣不徹底，導(dǎo)致輥面容易產(chǎn)生氣孔、夾渣等缺陷。對(duì)局部缺陷進(jìn)行點(diǎn)焊后，上線使用會(huì)出現(xiàn)焊點(diǎn)問(wèn)題。

解決措施：第一，堆焊前，對(duì)所用的焊材進(jìn)行烘干處理，避免堆焊過(guò)程中氣孔的產(chǎn)生。第二，堆焊過(guò)程中發(fā)現(xiàn)氣孔時(shí)，及時(shí)用角磨機(jī)進(jìn)行打磨處理。第三，每堆焊一遍，采用角磨機(jī)徹底對(duì)輥面進(jìn)行打磨，確保兩個(gè)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(jìn)行探傷，避免輥?zhàn)右驇毕荻押笇?dǎo)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(jìn)行探傷處理，發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí)，對(duì)缺陷位置進(jìn)行打磨或車削，確定缺陷尺寸，需要堆焊時(shí)，重新對(duì)輥?zhàn)舆M(jìn)行預(yù)熱、堆焊、熱處理工序；三是輥?zhàn)哟蚰デ斑M(jìn)行探傷，檢查輥面是否存在缺陷。第五，不允許對(duì)輥面進(jìn)行任何局部的點(diǎn)焊處理，當(dāng)出現(xiàn)氣孔、夾渣等缺陷時(shí)，進(jìn)行車削后再對(duì)缺陷位置整體堆焊，確保整個(gè)輥面的質(zhì)量。

1.2 裂紋問(wèn)題

產(chǎn)生原因：（1）母材本身有裂紋，在堆焊過(guò)程中容易產(chǎn)生氣孔或裂紋。（2）焊接過(guò)程中不能保證層間溫度，對(duì)于高硬度的輥?zhàn)?，在焊接過(guò)程中容易出現(xiàn)冷裂紋。（3）焊絲的化學(xué)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(duì)母材裂紋問(wèn)題，要求在堆焊前，按照?qǐng)D紙堆焊層要求進(jìn)行疲勞層車削。對(duì)車到要求尺寸（上夾送輥876mm、下夾為476mm）仍存在裂紋的輥?zhàn)?，繼續(xù)車削至無(wú)裂紋才可轉(zhuǎn)入下道工序。（2）疲勞層車削后，對(duì)輥面進(jìn)行探傷，確保輥面車削至無(wú)裂紋為止。（3）堆焊過(guò)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(duì)預(yù)熱溫度和層間溫度進(jìn)行控制：①根據(jù)焊絲成分，確定預(yù)熱溫度；②根據(jù)Ms 點(diǎn)考慮層間溫度（要求保證整根輥?zhàn)訙囟鹊木鶆蛐裕?。?）焊接完成后，為了避免輥?zhàn)右蚶鋮s速度快而導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生，要求堆焊完成后，進(jìn)入與輥?zhàn)佣押笢囟认喈?dāng)?shù)募訜釥t（約250℃），進(jìn)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(shí)對(duì)弧坑位置進(jìn)行打磨處理。

1.3 黏鋼問(wèn)題

黏鋼問(wèn)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?zhàn)颖砻娲嬖谥欢ǖ耐钩鑫铮沁@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(zhì)屬馬氏體不銹鋼，含Cr 量高時(shí)，Cr 在500℃以上與接觸金屬的親和力增大。（2）焊絲化學(xué)成分與軋制鋼種化學(xué)成分差異性越小，越容易出現(xiàn)黏鋼問(wèn)題。

解決措施：（1）根據(jù)軋制鋼種的化學(xué)成分，對(duì)比焊絲的化學(xué)成分與鋼種的化學(xué)成分。避免出現(xiàn)成分接近而導(dǎo)致的黏鋼問(wèn)題。（2）嚴(yán)格保證堆焊過(guò)程的層間溫度及熱處理溫度，確保整個(gè)輥面組織的均勻性。

1.4 焊道印問(wèn)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(yán)重，則說(shuō)明輥?zhàn)诱w或局部表面不耐磨。

產(chǎn)生原因：（1）焊接材料問(wèn)題。若輥?zhàn)由暇€后即出現(xiàn)明顯的焊道印及不均勻的銹蝕問(wèn)題，說(shuō)明焊接材料的耐磨性及熱穩(wěn)定性不好。（2）焊接參數(shù)問(wèn)題。堆焊速度快，焊縫不能堆滿，導(dǎo)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(wèn)題。（3）層間溫度問(wèn)題。堆焊過(guò)程若層間溫度變化大，使堆焊層溫度反復(fù)在回火馬氏轉(zhuǎn)化體臨界溫度Ms 點(diǎn)上下浮動(dòng)，輥?zhàn)佣押笗r(shí)反復(fù)處于回火狀態(tài)，導(dǎo)致輥面組織不均勻，機(jī)械性能產(chǎn)生差異。夾送輥在工作過(guò)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(wèn)題。

解決措施：（1）選擇合理的焊絲，針對(duì)1580 和2160兩條生產(chǎn)線不同的使用工況，采用不同的焊絲進(jìn)行夾送輥及助卷輥的堆焊。（2）設(shè)定合理的焊接參數(shù)及搭接寬度，并嚴(yán)格執(zhí)行。（3）嚴(yán)格控制堆焊過(guò)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(guò)對(duì)夾送輥失效形式進(jìn)行全面分析得知，堆焊材料的選用對(duì)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(yīng)有一定的Cr、Mo、Ni、V、W 等元素。

通過(guò)對(duì)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(jìn)行分析，采用不同的焊絲進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)每批次到廠的原材料進(jìn)行工藝評(píng)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(fù)方案的確定

根據(jù)焊接材料，確定修復(fù)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(yù)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(yàn) 超聲波探傷 動(dòng)平衡試驗(yàn) 合裝 裝機(jī)使用。

由于堆焊層厚度高（單邊＞10mm），堆焊層數(shù)多，同時(shí)，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(duì)不同的焊接材料，制定一對(duì)一的修復(fù)工藝，在試驗(yàn)過(guò)程中，嚴(yán)格按照工藝文件執(zhí)行。

影響堆焊質(zhì)量的主要因素為三個(gè)溫度的控制：即焊前預(yù)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(yù)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(zhì)合金層直接與母材堆焊時(shí)出現(xiàn)裂紋問(wèn)題，先進(jìn)行打底層的堆焊，且堆焊工作應(yīng)連續(xù)進(jìn)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?zhàn)与S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?zhàn)右黄疬M(jìn)行熱處理，機(jī)加工后，對(duì)金相組織進(jìn)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(guò)程中，大量溶入基體組織的碳化物起固溶強(qiáng)化作用，回火時(shí)，Mo、W、V 以細(xì)小碳化物的形式彌散析出，起到彌散強(qiáng)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(xué)成分及熱處理工藝設(shè)計(jì)合理。

3 設(shè)備設(shè)施的保障

3.1 六頭堆焊機(jī)的投入使用

因輥?zhàn)又睆捷^大，且堆焊層數(shù)多，堆焊過(guò)程中層間溫度控制困難，單機(jī)頭堆焊時(shí)，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(wèn)題。針對(duì)上述問(wèn)題，經(jīng)公司討論確定，委托專業(yè)廠家設(shè)計(jì)制作六頭堆焊機(jī)，提高工作效率，同時(shí)，保證工藝條件（圖2、3）。

3.2 保溫工裝的改進(jìn)

層間溫度是堆焊開始后，堆焊全過(guò)程輥面焊道層之間所保持的溫度。之前，我單位采用燃?xì)饧訜岬姆绞窖a(bǔ)償溫度，層間溫度控制不均勻，且加熱過(guò)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(shè)計(jì)了專用的保溫工裝，該保溫工況具備自動(dòng)溫控的功能，達(dá)到設(shè)定溫度后自動(dòng)斷電，待需要溫度補(bǔ)償時(shí)，自動(dòng)開啟工作模式，溫度控制精準(zhǔn)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(nèi)，確保堆焊質(zhì)量（圖4、5）。

圖1 堆焊層金相組織X500

圖2 多頭堆焊機(jī)堆焊上夾送輥

圖3 堆焊過(guò)程工藝參數(shù)的控制

圖4 燃?xì)饧訜幔ǜ纳浦埃?/p>

圖5 電加熱（改善之后）

多頭堆焊機(jī)及保溫工裝投入使用后，工藝條件得到滿足，堆焊質(zhì)量得到改善及提高。

4 上線試驗(yàn)情況

改進(jìn)后試驗(yàn)堆焊的輥?zhàn)?，分別在首鋼遷鋼2160 及1580生產(chǎn)線進(jìn)行上線試驗(yàn)。能夠滿足用戶在線使用要求，使用過(guò)程中輥面未再出現(xiàn)黏鋼問(wèn)題，且每次下線修磨時(shí)，對(duì)尺寸、成分及硬度進(jìn)行檢測(cè)，均能夠滿足圖紙技術(shù)要求。

上線試驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)合理選用原材料、控制堆焊過(guò)程層間溫度及熱處理溫度，能有效改進(jìn)夾送輥修復(fù)質(zhì)量，改進(jìn)后的輥?zhàn)由暇€使用過(guò)程中未出現(xiàn)黏鋼、輥面麻點(diǎn)（凹坑）問(wèn)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(guò)程中未出現(xiàn)龜裂問(wèn)題，確保了帶鋼表面質(zhì)量。