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在軋制生產(chǎn)中，軋輥與所軋金屬直接接觸，使金屬產(chǎn)生塑性變形，是軋機(jī)的主要變形工具。軋輥是軋機(jī)大型消耗性不見，在整個生產(chǎn)過程中軋輥因磨損而消耗的部分約占軋輥總重量的10%~20%，而大量的軋輥消耗是由于修復(fù)過程中局部缺陷而導(dǎo)致報廢的。因此，如何提高軋輥的使用壽命，對軋輥進(jìn)行修舊利廢，成為降低產(chǎn)品成本的一個重要途徑。
軋輥堆焊是指去除軋輥表面的疲勞層或缺陷后，用合適的堆焊材料、采用科學(xué)的工藝方法將其修復(fù)至原始輥徑的過程，它的主要優(yōu)點(diǎn)是軋輥使用前后的輥徑不變。因此軋輥堆焊技術(shù)為軋輥生產(chǎn)中降低軋輥消耗、提高軋輥使用壽命提供了可能。
各種堆焊技術(shù)的特點(diǎn)
目前在國內(nèi)外冶金行業(yè)使用的堆焊技術(shù)有噴鍍、氣體保護(hù)焊、埋弧焊、電渣焊，其中軋輥埋弧焊是應(yīng)用最廣泛的工藝，具有生產(chǎn)效率高、質(zhì)量好、經(jīng)濟(jì)效益較好的優(yōu)點(diǎn)。各種工藝特點(diǎn)如表1。
表1 各種工藝特點(diǎn)
噴鍍
氣體保護(hù)焊
埋弧焊
電渣焊
熔敷速度/kg·h-1
＞20
＞10
＞30
200~400
堆焊厚度/mm
＞4
10~20
＞100
15~100
堆焊特點(diǎn)
單層或多層
多層
多層
多層
第一層稀釋率/%
理論上為0
8~50
8~50
8~50
結(jié)合形式
機(jī)械
冶金
冶金
冶金
軋輥堆焊材料
軋輥根據(jù)其使用要求的不同，對堆焊材料的選擇也不同，按其合金類型可歸納為八類：
1 低合金鋼：此類合金價格便宜，堆焊金屬組織以索氏體或屈氏體為主，沖擊韌性好，抗裂性好，硬度HRC30~35，易于加工。具有一定的耐磨性，但不能進(jìn)一步提高軋輥使用壽命。
2 熱作模具鋼：該類材料具有良好的紅硬性、高溫耐磨性及較高的沖擊韌性，焊后消除應(yīng)力退火后，硬度一般在HRC45~50，使用壽命比原軋輥提高1~5倍。
3 馬氏體鋼：焊接性能好、耐磨、耐熱性能也較好，但成本較貴。
4 彌散硬化鋼：15Cr3Mo2MnV等，焊態(tài)硬度HRC35~38，易加工。經(jīng)560℃，保溫15小時彌散硬化處理后，硬度可提高到HRC46~47。
5 奧氏體加工硬化鋼：此類材料焊后硬度較低，但使用過程中由于冷加工硬化而大幅度提高。該合金系多用于深孔槽軋輥的孔型堆焊。
6 合金鑄鐵：這類合金具有很高的硬度和耐磨性、良好的熱穩(wěn)定性和抗氧化性。由于含碳很高，無法拔絲故埋弧焊很難，只能鑄成管子作為電極進(jìn)行電渣堆焊。堆焊軋輥比同樣成分鑄造輥耐磨性提高1.5~2倍，而成本比復(fù)合鑄鐵軋輥低1倍。
7 高碳合金鋼：該類材料含炭量及合金元素較高，為防止堆焊時出現(xiàn)裂紋，要求較高的預(yù)熱溫度和層間溫度，堆焊后要進(jìn)行一定的熱處理。
8 馬氏體時效鋼：該材料為Fe-Ni-Co-Mo合金系，焊態(tài)低硬度，便于加工，經(jīng)時效處理硬度大為提高。
上面介紹了集中主要堆焊合金系統(tǒng)的可焊性、抗裂性、加工性及經(jīng)濟(jì)性，在具體選材時要根據(jù)軋輥類型、工作條件，預(yù)期壽命及設(shè)備條件等，進(jìn)行綜合分析、以選區(qū)合適的材料。
軋輥堆焊工藝
嚴(yán)格執(zhí)行正確的軋輥堆焊工藝，是保證軋輥堆焊質(zhì)量的好壞及成功與否的決定性因素。軋輥堆焊過程包括以下步驟：
1 堆焊前采用機(jī)械加工方法，對堆焊孔型進(jìn)行粗加工，去除軋輥表面的疲勞層及缺陷，特別是裂紋必須徹底清除，對多次堆焊的軋輥，應(yīng)經(jīng)超聲波探傷，檢查內(nèi)部情況，在確認(rèn)無裂紋的情況下方可進(jìn)行焊接。
2 預(yù)熱
由于軋輥及堆焊材料均為含炭量和合金元素較高的材料，加之軋輥輥徑大、剛性大、冷卻速度快，很容易在焊接時造成脆性區(qū)，并且由于溫度不均形成很大的熱應(yīng)力造成裂紋。為了防止裂紋的發(fā)生，堆焊前必須對軋輥進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度由輥身及堆焊材料成分而定。為了使軋輥表面得到均勻的硬度，預(yù)熱溫度應(yīng)在材料的Ms點(diǎn)以上。為了減少熱應(yīng)力，加熱速度也應(yīng)當(dāng)控制，特別是大軋輥，升溫速度開始100℃采用約20℃/h，之后可為40℃/h。要求均勻加熱。
3 焊接
焊接是堆焊成敗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，要獲得理想的堆焊層必須綜合考慮某些可變因素，如：焊接電壓、焊接速度、軋輥轉(zhuǎn)速、軋輥的保溫、焊接電流、焊接材料等，對一些含碳及合金元素高的輥芯，為防止脆性區(qū)的裂紋，除一定的預(yù)熱措施外，多采用低碳低合金過渡層進(jìn)行預(yù)先堆焊過渡層。
4 焊后處理
這是軋輥堆焊的最后一道工序，為了減少由于表面和內(nèi)部冷速不一造成體積應(yīng)力而引起裂紋，要控制冷速。一般控制冷速和加熱速度大致相同，冷至100℃時要保溫一定時間，冷至50℃以下可不再控制冷速。為了消除焊接殘余應(yīng)力，必須進(jìn)行回火處理，回火溫度視軋輥使用條件，一般控制在450~600℃之間。回火溫度高，內(nèi)應(yīng)力消除徹底，但硬度降低。因而回火溫度的選擇，既要保證軋輥表面一定的硬度，又要盡量消除內(nèi)應(yīng)力。回火的保溫時間通常取每一寸直徑保溫一小時，多在4~10小時內(nèi)選取，冷卻大部分是隨爐緩冷，降溫至150℃后可空冷。
結(jié)論
軋輥堆焊作為“復(fù)活”軋輥的一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，具有如下優(yōu)點(diǎn)：
1 堆焊后的軋輥使用壽命普遍提高一倍以上。
2 極大的降低了噸鋼成本，提高了生產(chǎn)效率。
3 堆焊后的軋輥具有良好的抗裂性、耐磨性、耐冷熱疲勞性。