冷轧工作辊修复与再制造技术

图２ ＹＪ３５８·Ｓ回火温度对焊后堆焊金属硬度的影响
（ｂ），图３（ｃ）和图３（ｄ）区域为多次受再热影响的二次
３．３耐磨性能试验
由于冷轧工作辊工作时所承受的磨损主要是金 属间磨损，因此采用粘着磨损试验进行考核。试验是 在ＭＬ一１０型圆盘销式磨粒磨损试验机上进行。试验 前堆焊金属试样（垂６ｘ ２５ ｒａｍ）先在万分之一精度 天平上称重，记录磨损前重量，
万方数据
第４期
眭向荣，等：冷轧工作辊修复与再制造技术
１７
裹５研制堆焊材料熔敷金属硬度试验结果
回火处理。回火温度对焊后堆焊层金属硬度的影响 见图２。可见堆焊层金属随回火温度的升高，硬度逐 步提高，并在５７５。Ｃ左右硬度达到最高值。另外，堆 焊层金属在经二次回火处理后，硬度可进一步提高。 抗回火软化性能试验结果充分说明了研制堆焊金属 具有优异的抗回火软化能力，从而使相应的研制堆 焊修复辊的抗事故能力显著增强。
堆焊过程中的工艺参数见表３。
衰ｌ堆焊材料熔敷金属化学成分／％
企业牌号 ＳＪ １００
粒度／目 １２～６０
ｗ（ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＣａＦｚ ６０
ｗ（ＭｎＯ＋ＦｅＯ）） ４
ｗ（Ａｌｚ０３＋ＴｉＯ：＋Ｚｆ０２）
ｗ（ＳｉＯｚ）
衰３堆焊工艺参数
对于本文研究的半高速钢成分的堆焊金属，回 火温度一般设定在５５０～５７０。Ｃ以内，而保温时间通 常要略长一些。一方面能使应力充分扩散；另一方面 可促进基体组织中细小碳化物的弥散析出，增加堆 焊层的耐磨性及耐热疲劳性。而在实际堆焊生产中， 为了使细小碳化物能够充分弥散析出，以及残余奥 氏体尽可能地完全转化，通常采用二、三次回火。
表６研制堆焊材料堆焊金属耐磨试验结果
材料牌号试样编号黝：重ｔ前／ｇ朗ｌｔ后／ｇ茎茎羹震失蜚¨等比耐茎芸数
１
７．０８２６０
７．０４５２０
０．０３７４０
０．５２８０５
９Ｃｒ２Ｍｏ
２
７．０７０８０
７．０３１００
０．０３９８０
０。５６２８８
０．４７７５６
１
３
Hale Waihona Puke Baidu
７．０５１９０
７．０２７８０
０．０２４１０
０．３４１７５
由表５可见，用于冷轧工作辊堆焊工作层材料 的ＹＪ３５８一ｓ，回火后的硬度高达６３．１ ＨＲＣ，而且材料 的表面硬度差均小于２ ＨＲＣ，具有较好的硬度均匀 性。上述数据结果表明：材料硬度能够满足满足冷 轧工作辊的硬度指标要求。
３．２抗回火软化性能试验（回火稳定性试验）
对堆焊修复与再制造轧辊进行焊后不同温度的
关键词：冷轧工作辊ｆ堆焊复合制造；失效 中图分类号：ＴＧ４２３；ＴＧ４５５
引言
冷轧辊是在冷态下通过挤压的方式将金属加工 成型的工作部件。由于其工作条件恶劣，工作应力极 大，在工作过程中表面常产生剥离、掉块、磨损等形 式的失效，因此要求其表面具备相当高的硬度、耐磨 性和抗裂性。轧制过程中，因轧辊大面积剥落而造成 轧辊报废［１￣５］。深层淬硬工作辊淬硬层深度为８～１２ ｍｍ，支撑辊淬硬层深度为２０ ｍｍ左右，而剥落深度 一般达１５ ｍｍ，裂纹伸深至３０ ｍｍ，如果出现大面积 剥落后的轧辊就很少再加工使用。
‘。‘●‘●‘。●。‘。。。●●‘●…●●●。。’…‘一’‘‘’‘‘。‘…。。。●…＿…●－●‘●－‘●…。●●……。●●●●●●。…’‘●●‘●●……●●－●●●●‘●－●……●。＿。＿－‘－＿－－●●●‘●●●●●‘…●●●●●●－●‘一●●●‘‘●●●●●●●。＿－
１
６．８８８４０
６．８６３４５
１冷轧工作辊修复与再制造所用材料 的选择
基于对冷轧工作辊的工况条件和失效形式，对
冷轧工作辊修复与再制造具有以下要求： （１）有足够的强度、韧性和耐磨性以承受高轧制
压力和冲击力，以提高工作辊抗裂纹和剥落的能力。 （２）成品冷轧工作辊辊身必须具有高而均匀的
硬度，以此保证冷轧带材和钢板的尺寸精度和良好 的表面质量。
采用ＭＺ一１—１０００埋弧焊机在９Ｃｒ２Ｍｏ旧轧辊上 堆焊修复与再制造，共堆焊４层，厚度大于８ ｍｉｌｌ，堆 焊工艺参数见表４。复合完成后采用线切割制出相应 的试块。
３．１硬度试验
采用ＨＲ一１５０Ａ型洛氏硬度计测定洛氏硬度值， 硬度测定面离母材表面的距离不得小于７．５ ｍｉｌｌ，试 验结果详见表５。
针对冷轧工作辊的不同材质（９Ｃｒ２Ｍｏ、 ８６ＣｒＭｏＶ７等）以及轧制的特性要求，可选用马氏体 系工具钢具有高耐磨性、强韧性和热稳定性好的Ｃｒ— Ｍｏ—Ｗ—Ｖ工具钢成分的埋弧堆焊药芯焊丝材料。
本文选择埋弧焊作为冷轧工作辊的堆焊修复与 再制造方法。为了使冷轧工作辊表面获得高强度、高 韧性的耐磨工作层，以适合冷轧工作辊在使用过程 中的工作条件，在材料的选择上硬度要求ＨＲＣ６０一－ ６３，故选用了中冶集团建筑研究总院焊接所研制生 产的ＹＪ３５８一Ｓ焊丝作为冷轧工作辊工作层，该焊丝 属马氏体系工具钢，具高耐磨性、强韧性和热稳定性 好等特点；选用ＹＪｌ０４一Ｓ焊丝作为过渡层，其熔敷金 属的化学成分见表１。选用ＳＪｌＯＯ烧结焊剂作为堆焊 焊剂，其化学成分见表２。
（２）通过实际上机应用，使用寿命是可达到原冷 轧工作辊的１．５～２倍。
参考文献：
［１］赵义，丁大富，赵新．我国冷轧锻造工作辊材料现状 ［Ｊ］．中国冶金文摘．２００２，３６（７—８）：１５—１９．
［２］崔占全．含碳０．７５％、硅合金化的新型冷轧辊材料口］． 钢铁．１９９９，３４（６）：５２—５５．
［３３任喜来．冷轧辊的失效分析及其修复［Ｊ３．轧钢．２０００， １９（３）１４５－－４７．
３．４金相组织
在经焊后回火处理的堆焊层金属上，制取焊道
量
横截面的金相试样（试样经磨制抛光后，用盐酸苦味
鏊
酸酒精溶液腐蚀），在Ｎｅｏｐｈｏｔ ２１显微镜上进行微
观金相组织分析。
图３为堆焊工作层材料ＹＪ３５８一Ｓ堆焊层金属横
回火温度／’Ｃ
截面（接近表面）的金相组织。图３（ａ）为母材与堆焊 焊缝热影响区域，底层焊缝组织为针状马氏体；图３
１８８０ ＭＰａ，４个试样的冲击功分别为４．０、４．５、４．０、 ４．０ Ｊ；ＹＪ３５８一Ｓ焊丝堆焊金属拉伸试验的抗拉强度 为１９８０ＭＰａ，４个试样的冲击功分别为６．０、６．５、 ６．５、６．５ Ｊ。从以上性能可以看出：ＹＪ３５８一Ｓ焊丝堆 焊金属的强度和韧性要高于原母材９Ｃｒ２Ｍｏ。 ３．６实际应用
目前，国内外的冷轧工作辊大多采用碳和合金元 素含量较高的诸如９Ｃｒ２Ｍｏ、８６ＣｒＭｏＶ７等材料整体 制造，然后通过表面淬火等热处理手段来提高硬度和 耐磨性，轧辊制造成本高，因此冷轧工作辊的堆焊修 复制造技术是降低成本，提高性能的有效方法。
国内外的冷轧工作辊大多采用碳和合金元素含 量较高的诸如：Ｃｒｌ２ＭｏＶ、９Ｃｒ２Ｍｏ、８５ ＣｒＭｏＶ、 ９Ｃｒ２ＭｏＶ，８６ＣｒＭｏＶ７、９Ｃｒ３Ｍｏ等材料整体制造， 然后通过表面淬火等热处理手段来达到６２～ ６４ＨＲＣ的硬度要求，因此，轧辊制造成本高，失效后 由于修复与再制造难度较大，高硬度的材料的开发 就成了冶金行业亟待解决的重大攻关难题。
０．０２４９５
０．３６２２０
ＹＪ３５８一Ｓ
２
６．６９０８０
６．６６８３５
０．０２２４５
０．３３５５４
０．３３５８３
０．７０３２
３
６．８１１９０
６．７９０８０
０．０２１１０
０．３０９７５
万方数据
１８
江苏冶金
第３６卷
图３ ＹＪ３５８一Ｓ堆焊熔敷金属横截面金相组织
３．５拉伸和冲击性能 ９Ｃｒ２Ｍｏ原工作辊金属拉伸试验的抗拉强度为
第３６卷第４期 ２００８年８月
江苏冶金
Ｊｉａｎｇｓｕ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ
ｖ０１．３６ Ｎｏ．４ Ａｕｇ．２００８
冷轧工作辊修复与再制造技术
眭向荣１，陈洪冰２，白 波１，刘景凤１，王清宝１，张 迪１
（１．中冶集团建筑研究总院焊接研究所，北京 １０００８８；２．江苏省金属学会，江苏南京 ２１０００７）
［４］腾京顺，武贺英．ＣｒｌＺＭｏＶ钢冷轧工作辊缺陷分析 ｒＪ］．理化检验一物理分册．２００２，３８（６）：２５８－－２６２．
［５］沈伟芳，陈光明．冷轧工作辊失效分析及其控制口］．上 海金属．】９９９，２１（１）：５２—５６．
万方数据
按前述工艺，如图４所示的再制造冷轧工作辊， 经实际上机应用，使用寿命约为原冷轧工作辊的１．５ ～２．０倍。
图４修复与再制造后的冷轧工作辊
４结论
（１）采用中冶集团建筑研究院焊接研制的 ＹＪ３５８一Ｓ可以对冷轧工作辊进行修复与再制造，其 硬度均匀性、耐磨性能、抗回火转化性能等各项性能 能够满足冷轧工作辊的使用要求。
２冷轧工作辊修复与再制造工艺
２．１预热温度和层问温度的确定
在堆焊过程中，为避免轧辊由于未预热或预热 温度不够高，保温时间不够长，而使堆焊层因较大的 热应变而产生裂纹，或因轧辊表层在堆焊时发生马 氏体相变而形成一层薄的脆硬层，导致堆焊层开裂
收稿１５１期：２００８—０６．１２ 作者简介：眭向荣（１９７５一），男，工程师。电话：（０１０）８２２２７３２６，Ｅ—ｍａｉｌ：ｓｕｉ—ｘｉａｎｇ—ｒｏｎｇ＠１６３．ｃｏｍ
万方数据
１６
江苏冶金
第３６卷
剥落，故堆焊前辊坯应彻底预热并在堆焊时保持焊 道层间温度。由于合金含量较高，实际轧辊堆焊修复 制造时，预热温度确定为３５０～４００。Ｃ，焊道层问温 度控制在３００～３５０。Ｃ范围内。
２．２堆焊工艺参数的确定
２．３焊后去应力回火工艺参数的确定
焊后去应力回火的主要目的是去除在堆焊过程 中产生的热应力和组织应力，同时使堆焊组织产生 “二次硬化”，进一步提高和改善堆焊金属的耐磨性 及耐热疲劳性。
试验时在堆焊金属试样上外加载荷ｌ ｋｇ，磨损砂纸 采用干磨砂纸（石榴石）：Ｐ８０ Ｎｏ．１—１／２，且每个试 样均用一张统一的新砂纸进行磨损。试验磨损时间 均为３０ ｍｉｎ。磨损后试样再次在万分之一精度天平 上称重，记录磨损后重量。
从表６的结果可以看出，ＹＪ３５８一Ｓ堆焊材料的 耐磨性明显优于９Ｃｒ２Ｍｏ原母材。
焊缝区域，基体是隐针马氏体和少量残余奥氏体，基 体上的隐针马氏体也有不同程度的回火；由于回火 程度不同，这些二次焊缝区域还有一些回火针状马 氏体，回火程度可按马氏体针量的多少，马氏体针上 碳化物析出量，针长短的不同而区分。图３（ｅ）为盖面 焊缝的表层区域，组织为隐针马氏体、莱氏体以及残 余奥氏体和沿晶界析出的不规则形状的碳化物。
在焊后回火工艺参数的设定中，还要考虑回火 温度和保温时间的匹配问题。回火温度较高时，要适 当缩短保温时间，避免造成堆焊层的回火软化以及 碳化物的长大粗化。
对于冷轧工作辊堆焊后的热处理回火工艺如图 １所示。
ｐ、 ｛蟛 赠
时间／ｈ 图１ 冷轧工作辊焊后热处理工艺
３试验结果与分析
针对冷轧工作辊的修复与再制造，对冷轧工作 辊复合层材料熔敷金属的各项性能进行试验，并同 相关材料进行性能对比。
摘要：依据冷轧工作辊的使用工况和失效形式，选择了ＹＪｌ０４一Ｓ堆焊过渡层和ＹＪ３５８一Ｓ药芯焊丝作为堆焊工作屡 并辅以焊前预热和焊后回火热处理的孤堆焊工艺对冷轧工作辊进行堆焊修复与再制造。修复与再制追后的冷轧工 作辊，其强韧性和耐磨性优于原９Ｃｒ２Ｍｏ轧辊，使用寿命提高了１．５倍，满足了冷轧工作辊的使用要求。