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[摘 要]通过对迁钢1580线支承辊R2的母材成分和力学性能进行分析，并经过硬度测试、金相组织分析以及各项力学性能试验，验证了自主研发的耐磨堆焊材料是符合硬度要求的。
[关键词]支撑辊；堆焊工艺；耐磨性
中图分类号：TG455 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）03-0018-01
支承辊广泛应用于热连轧机中，由于工作条件恶劣和生产要求的提高，经常出现剥落、裂纹、夹渣等情况，严重影响轧制的产品质量，同时轧辊一旦报废，只能替换，这样一来就会给企业造成巨大的经济负担。本文通过与迁钢开展合作，研究埋弧堆焊修复支承辊。
一、待修辊分析
1、辊体尺寸与基体材质
待修辊辊身尺寸为φ1600/1440×2250mm，辊体单重：R2支承辊52.03吨。辊体材质均为Cr3锻钢（NC4A）。
2、机械力学性能
堆焊工作层硬度：60-65HSC；辊面同一圆周硬度落差：≤5HSC；堆焊工作层拉伸性能：抗拉强度σb 1200-1450Mpa，屈服强度σs1050-1250Mpa，延伸率（δ5）：≥7%，断面收缩率（ψ）：≥30%；堆焊工作层冲击值（KV）：≥5J（常温，纵向）。
二、技术指标
1、焊层质量
辊身表面不允许存在裂纹、夹杂、气孔等堆焊缺陷。在整个堆焊层无大于φ2mm单个缺陷。
2、堆焊厚度
堆焊层厚度为87.5mm（单边），其中工作层厚度确保75mm。
3、机械力学性能
堆焊工作层硬度：63—68HSC
辊面同一圆周硬度落差：≤5HSC
堆焊工作层抗拉强调：1200—1450Mpa；
屈服强度：1050—1250Mpa；
延伸率（δ5）：：≥7%；
断面收缩率（ψ）：≥30%；
堆焊工作层冲击值（KV）：≥5J（常温，纵向）
三、焊丝的选用
根据产品的要求设计焊丝直径：φ4.0，配用焊剂：HJ107。
堆焊焊丝化学成份：
四、模板试样制作
焊接母材：45#板材 模板尺寸：450*250*δ25
焊接工艺参数：电弧电压U=29-30V，焊接电流I=450-480A，
焊道搭接45-50%，导前距离：L≈0.05D，前倾角≈5°
焊接速度≈500mm/min，焊丝伸出长度≈32mm
焊接过程层间温度控制：280℃±10℃
焊层厚度：为保证模板的焊接成份与所选焊丝成份相同，应保证最终焊层厚度≥30mm。
五、实验步骤
1.试验样块的制取：将模板做适当的机加工处理，由下至上逐步去除母材及部分焊接材料并采用线切割加工方式对模板进行分割。
试样编号如下：
金相组织试样：Y1-Y9；
纵向拉伸试样：Z1-Z6；
横向拉伸试样：H1-H6；
纵向冲击试样：Z1-Z5为夏比V型缺口试样，Z6-Z10为夏比U型缺口试样；
横向冲击试样：H1-H5为夏比V型缺口试样，H6-H10为夏比U型缺口试样。
2.回火温度及保温时间实验
1）回火温度实验：取金相试样9件（Y1-Y9），试样被测试面朝上，在不同温度条件下做回火保温实验。
Y1：460℃保温2小时，其平均硬度值为HRC50.3；
Y2：480℃保温2小时，其平均硬度值为HRC50.0；
Y3：500℃保温2小时，其平均硬度值为HRC50.9；
Y4：520℃保温2小时，其平均硬度值为HRC51.2；
Y5：540℃保温2小时，其平均硬度值为HRC48.5；
Y6：560℃保温2小时，其平均硬度值为HRC44.7；
Y7：580℃保温2小时，其平均硬度值为HRC42.0；
Y8：600℃保温2小时，其平均硬度值为HRC37.5；
Y9：620℃保温2小时，其平均硬度值为HRC35.7。
2）金相组织分析：经过第一步回火保温实验确定第二步金相试验目标：即对焊态及480℃，500℃，520℃，540℃，560℃回火保温2小时六种状态进行金相组织分析。
焊态：组织为马氏体和索氏体
480℃回火保温2小时：组织为回火马氏体和索氏体，保留部分白色网特征。
500℃回火保温2小时：组织为回火马氏体和索氏体，保留少量白色网特征。
540℃回火保温2小时：组织为回火马氏体。
560℃回火保温2小时：组织为回火屈氏体和索氏体。
3）回火保温时间实验：根据回火温度实验及金相组织分析结果，确定选定回火温度为540℃，焊层硬度值为HRC48.5，组织为回火马氏体满足设计要求。
3、力学性能检测
1）拉伸实验：拉伸实验分别按焊接方向分为纵向取样及横向取样方式，试样编号如下：
Z1-Z6：纵向拉伸试样共6件；H1-H6：横向拉伸试样共6件。
根据实验测试6件纵向拉伸试样（Z1-Z6）各项性能参数平均值如下：
抗拉强度Rm：1461.67MPa
屈服强度Rp0.2：1240MPa
斷后伸长率A（%）：10.25
断面收缩率Z（%）：37.92
6件横向拉伸试样（H1-H6）各项性能参数平均值如下：
抗拉强度Rm：1455 MPa
屈服强度Rp0.2：1241.67 MPa
断后伸长率A（%）：8.58
断面收缩率Z（%）：33.75
2）冲击实验：冲击实验分按焊接方向分为纵向及横向两种取样方式，并作夏比U型缺口及夏比V型缺口两种实验方式，试样编号如下：
Z1-Z10：纵向冲击试样 做U型及V型两种缺口形状实验（各5件）
其中Z1-Z5为夏比V型缺口试样，Z6-Z10为夏比U型缺口试样
H1-H10：横向冲击试样 做U型及V型两种缺口形状实验（各5件）
其中H1-H5为夏比V型缺口试样，H6-H10为夏比U型缺口试样
根据技术需要选取纵向冲击试验（沿焊道方向取样，反映焊层真实冲击性能）结果为：Z1：8；Z2：7；Z3：4；Z4：5；Z5：5；Z6：15；Z7：11；Z8：14；Z9：17；Z10：12。
4、金相检测
根据实验进行复检，与焊态组织对比后结果如下：
Y1（焊态），组织形态为马氏体和索氏体；
Y6（540℃回火保温2小时），金相组织为回火马氏体。
通过复检证明实验确定的540℃热处理温度下焊层组织为回火马氏体，达到设计要求，在此基础上所做的各项力学性能试验结果也满足了设计的焊层参数：
总结：按照设计工艺方案制作的焊层试样，在经过回火温度试验、金相组织分析和回火保温时间试验后，最终确定焊层选择540℃回火温度，硬度达到HRC48.5，具有好的抗回火稳定性，金相组织为回火马氏体，可以满足焊层设计要求。
参考文献
[1]崔朝宏.冷轧辊埋弧堆焊药芯焊丝的研究[D].天津：天津大学，2001：7-9.
[关键词]支撑辊；堆焊工艺；耐磨性
中图分类号：TG455 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）03-0018-01
支承辊广泛应用于热连轧机中，由于工作条件恶劣和生产要求的提高，经常出现剥落、裂纹、夹渣等情况，严重影响轧制的产品质量，同时轧辊一旦报废，只能替换，这样一来就会给企业造成巨大的经济负担。本文通过与迁钢开展合作，研究埋弧堆焊修复支承辊。
一、待修辊分析
1、辊体尺寸与基体材质
待修辊辊身尺寸为φ1600/1440×2250mm，辊体单重：R2支承辊52.03吨。辊体材质均为Cr3锻钢（NC4A）。
2、机械力学性能
堆焊工作层硬度：60-65HSC；辊面同一圆周硬度落差：≤5HSC；堆焊工作层拉伸性能：抗拉强度σb 1200-1450Mpa，屈服强度σs1050-1250Mpa，延伸率（δ5）：≥7%，断面收缩率（ψ）：≥30%；堆焊工作层冲击值（KV）：≥5J（常温，纵向）。
二、技术指标
1、焊层质量
辊身表面不允许存在裂纹、夹杂、气孔等堆焊缺陷。在整个堆焊层无大于φ2mm单个缺陷。
2、堆焊厚度
堆焊层厚度为87.5mm（单边），其中工作层厚度确保75mm。
3、机械力学性能
堆焊工作层硬度：63—68HSC
辊面同一圆周硬度落差：≤5HSC
堆焊工作层抗拉强调：1200—1450Mpa；
屈服强度：1050—1250Mpa；
延伸率（δ5）：：≥7%；
断面收缩率（ψ）：≥30%；
堆焊工作层冲击值（KV）：≥5J（常温，纵向）
三、焊丝的选用
根据产品的要求设计焊丝直径：φ4.0，配用焊剂：HJ107。
堆焊焊丝化学成份：
四、模板试样制作
焊接母材：45#板材 模板尺寸：450*250*δ25
焊接工艺参数：电弧电压U=29-30V，焊接电流I=450-480A，
焊道搭接45-50%，导前距离：L≈0.05D，前倾角≈5°
焊接速度≈500mm/min，焊丝伸出长度≈32mm
焊接过程层间温度控制：280℃±10℃
焊层厚度：为保证模板的焊接成份与所选焊丝成份相同，应保证最终焊层厚度≥30mm。
五、实验步骤
1.试验样块的制取：将模板做适当的机加工处理，由下至上逐步去除母材及部分焊接材料并采用线切割加工方式对模板进行分割。
试样编号如下：
金相组织试样：Y1-Y9；
纵向拉伸试样：Z1-Z6；
横向拉伸试样：H1-H6；
纵向冲击试样：Z1-Z5为夏比V型缺口试样，Z6-Z10为夏比U型缺口试样；
横向冲击试样：H1-H5为夏比V型缺口试样，H6-H10为夏比U型缺口试样。
2.回火温度及保温时间实验
1）回火温度实验：取金相试样9件（Y1-Y9），试样被测试面朝上，在不同温度条件下做回火保温实验。
Y1：460℃保温2小时，其平均硬度值为HRC50.3；
Y2：480℃保温2小时，其平均硬度值为HRC50.0；
Y3：500℃保温2小时，其平均硬度值为HRC50.9；
Y4：520℃保温2小时，其平均硬度值为HRC51.2；
Y5：540℃保温2小时，其平均硬度值为HRC48.5；
Y6：560℃保温2小时，其平均硬度值为HRC44.7；
Y7：580℃保温2小时，其平均硬度值为HRC42.0；
Y8：600℃保温2小时，其平均硬度值为HRC37.5；
Y9：620℃保温2小时，其平均硬度值为HRC35.7。
2）金相组织分析：经过第一步回火保温实验确定第二步金相试验目标：即对焊态及480℃，500℃，520℃，540℃，560℃回火保温2小时六种状态进行金相组织分析。
焊态：组织为马氏体和索氏体
480℃回火保温2小时：组织为回火马氏体和索氏体，保留部分白色网特征。
500℃回火保温2小时：组织为回火马氏体和索氏体，保留少量白色网特征。
540℃回火保温2小时：组织为回火马氏体。
560℃回火保温2小时：组织为回火屈氏体和索氏体。
3）回火保温时间实验：根据回火温度实验及金相组织分析结果，确定选定回火温度为540℃，焊层硬度值为HRC48.5，组织为回火马氏体满足设计要求。
3、力学性能检测
1）拉伸实验：拉伸实验分别按焊接方向分为纵向取样及横向取样方式，试样编号如下：
Z1-Z6：纵向拉伸试样共6件；H1-H6：横向拉伸试样共6件。
根据实验测试6件纵向拉伸试样（Z1-Z6）各项性能参数平均值如下：
抗拉强度Rm：1461.67MPa
屈服强度Rp0.2：1240MPa
斷后伸长率A（%）：10.25
断面收缩率Z（%）：37.92
6件横向拉伸试样（H1-H6）各项性能参数平均值如下：
抗拉强度Rm：1455 MPa
屈服强度Rp0.2：1241.67 MPa
断后伸长率A（%）：8.58
断面收缩率Z（%）：33.75
2）冲击实验：冲击实验分按焊接方向分为纵向及横向两种取样方式，并作夏比U型缺口及夏比V型缺口两种实验方式，试样编号如下：
Z1-Z10：纵向冲击试样 做U型及V型两种缺口形状实验（各5件）
其中Z1-Z5为夏比V型缺口试样，Z6-Z10为夏比U型缺口试样
H1-H10：横向冲击试样 做U型及V型两种缺口形状实验（各5件）
其中H1-H5为夏比V型缺口试样，H6-H10为夏比U型缺口试样
根据技术需要选取纵向冲击试验（沿焊道方向取样，反映焊层真实冲击性能）结果为：Z1：8；Z2：7；Z3：4；Z4：5；Z5：5；Z6：15；Z7：11；Z8：14；Z9：17；Z10：12。
4、金相检测
根据实验进行复检，与焊态组织对比后结果如下：
Y1（焊态），组织形态为马氏体和索氏体；
Y6（540℃回火保温2小时），金相组织为回火马氏体。
通过复检证明实验确定的540℃热处理温度下焊层组织为回火马氏体，达到设计要求，在此基础上所做的各项力学性能试验结果也满足了设计的焊层参数：
总结：按照设计工艺方案制作的焊层试样，在经过回火温度试验、金相组织分析和回火保温时间试验后，最终确定焊层选择540℃回火温度，硬度达到HRC48.5，具有好的抗回火稳定性，金相组织为回火马氏体，可以满足焊层设计要求。
参考文献
[1]崔朝宏.冷轧辊埋弧堆焊药芯焊丝的研究[D].天津：天津大学，2001：7-9.