锻钢辊辊身表面硬度可达70HSD左右，有良好的耐磨性和高的机械性能，断裂韧性优于铸钢辊，因此，锻钢支撑辊的生产与使用从五十年代以来，很长时间占据绝对的优势。经过大量的生产实践证明，锻钢棍是通过将铸造钢锭经轴向拉长锻压后，锻造比达到2～4时，才能保证较高的抗断性和耐磨性，而且钢的收得率不高，锻钢辊的中心（尤其是大型轧辊）是很难锻透，导致轧辊的中心区强度不大的弱点，同时必须有大吨位水压机等关键设备的支持。现通过计算，辊身直径为1260，净单重达到18t左右的轧辊，必须采用36～56t的铸钢锭，才能保证正常锻造比。而大型锻辊制作周期长、费用高是它致命的缺点。
2．2合金铸半钢辊的优缺点
合金铸半钢具有优良的综合性能，其含碳量在钢系和铁系之间，组织主要由珠光体构成，含有少量的渗碳体，能适应多种轧制条件的轧辊材质，机械性能处于钢、铁之间，有辊身硬度落差小、耐磨损性能高等特点，广泛用于代替铸钢轧辊和普通低合金铸铁轧辊。而现在，铸造半钢辊，通过化学成分的合理匹配，适量合金化并经过适当的热处理以后，使铸造半钢辊也获得较高的表面硬度和深得硬化层，综合性能接近锻钢棍。并且成本低廉，制作周期短。
合金铸造半钢轧辊多少都含有铸造的各种缺陷，如缩松、缩孔、夹渣、气孔，冒口端的质量比浇口端差，尤其是热处理的好坏，直接影响轧辊的整体质量和使用寿命，潜在的魏氏体组织，是导致裂纹产生的根源，内部组织也没有锻钢辊组织致密。
2．3综合选择
锻钢辊的总体性能优于铸钢辊，但要锻打35t左右的铸坯，需要大批专业的设备与之配套，否则很难完成，在全国范围内，能生产此类锻轧辊的厂家很有限，所以它的制作周期长、费用高。铸钢辊质量略差于锻辊，而对于中小型企业，还有能力承接此类轧辊，所以它的制作相对便宜，生产周期短。对于用户，也经过综合考察，倾向选择铸钢辊，并委托我们机制公司生产这批锻改铸的大型轧辊。
3解决冶炼吨位超大的问题
3．1现状分析
我们轧辊厂现有的冶炼能力，最大只有16t，要生产净单重为18t的半钢轧辊，需要浇注重量在31～34t左右。离轧辊厂最近的铸钢厂，它的电炉冶炼吨位在20t，两者加起来可以满足浇注要求，但存在钢水倒运风险。
3．2难点分析
满足大吨位浇注，就需要异地冶炼，两种冶炼方式、两种出钢温度、两种浇注方法，在浇注时汇集在一起，同时注入轧辊冷型中。难点是：解决铸钢冶炼好的钢水经过两个天车、一个平车的转运，钢水温度能下降多少；电炉钢水用底漏式包，中频炉钢水用翻转包浇注，如何解决去渣问题。最难解决的是两台天车同时浇注，合箱的最小距离是多少合适，浇注管过长，直接影响钢水温度和浇注效果。
3．3难点解决
原设想用一台天车连续浇注，但在空包试验过程中，测得换包间隔大于3分钟，这有可能造成凝固隔层，此方案取消：现需要首先掌握合箱的最小距离：将两台浇注用的天车尽力靠在一起，除去1．5米的安全系数，测得合箱的最小距离为6．5m，并以此为标准，设计铸造的浇注系统。第二，掌握钢水运转所耗费的时间，通过空包试转，测得用1．5分钟，加上钢水重量，大概用2分钟，这样反算钢水降温的范围，就得出需要的出钢温度。第三，钢水分配问题，因电炉冶炼的钢水，除磷、硫的效果好，底漏包浇注挡渣能力强，用它作为浇注轧辊的主体水，约占总水的2／3。第四，去渣问题：底漏包在浇注到还剩200～300kg水时，将包移到另处漏渣，翻包的去渣效果差，只能用它浇冒口，不能作为主体水。
4化学成分配比
原锻钢辊的材质是45CrNiMoV，用在热轧带钢连轧机上，特别要求轧辊的高硬度、高韧性、抗磨损。我们现改代为铸造半钢，材质差别巨大，就需要选择合理的化学成分，以满足要求。另外，因同时两种不同原理的炉子进行冶炼，我们分别对化学成分进行微调，以保证混合钢水的总体性能。
5浇注工艺制订
因轧辊冷型组装的总高为7m左右，需要采用专业轧辊浇注坑，合制轧辊冷型，来确保合箱人员的安全和轧辊浇注的质量。两台天车同时浇注，应置2个浇注通道，还要确保两者间隔大于6．5～7m，传统的浇口杯需要改变形状和设置位置。
6热处理工艺制订
辊身直径在850～950mm以下的半钢辊，采用正常的热处理工艺，基本可以保证内在质量，但直径超过1000mm的辊，在制订热处理工艺就需考虑，辊身厚大热透性差，在人炉、350℃、650℃这三段，要设置充分的缓热时段，否则半钢辊极易发生断裂事故。超大规格的半钢辊通过热处理，不仅通过奥氏体化转变提高辊身硬度，更要改变内部晶粒粗大，让内部组织更细化均匀，所以大型辊的热处理合理设置非常重要，既要保证轧辊质量，又要考虑热处理的经济性。如果条件允许，最好安排在加工粗车后留量，再进行最终热处理，效果会更佳。
7过程实施
第一，出钢温度：根据钢水转运时间，反算出铸钢电炉出钢温度为1530℃～1550℃，过程降温20℃左右，但通过实际验证，因钢水多降温没有按常规，只低了7℃～8℃，结果第一支辊局部粘砂，事后出钢温度下降30℃，就基本合适。第二，轧辊压重的重要性，前3支浇注顺利，使工人们产生松懈，第4支合箱时缺少自重冒口，就安置2节较轻的冒口，造成浇注时压重力不够钢水跑火，轧辊报废。
8加工验证
加工发现轧辊的辊脖黏砂最多，分析原因是此处正在浮动芯圈的位置，椿砂不紧造成的；冒口端没有铸造缺陷反而浇口端出现细小缩松。
9理化验证
9．1化学成分
化学成分当场判定合格才允许浇注，所以不存在问题。
9．2金相检验
首次，正火金相检验发现：存在局部魏氏体，判定是因轧辊过大冷却缓慢造成的，后来采取补救措施，金相检验又发现：晶粒细化不够。分析原因是保温方法被误导，造成不能快速降温，晶粒粗大。后来的金相检验基本合格，但还没有达到最好，主要是我们选用的风机功率过小，制冷效果不佳。
试样编号：1××半钢轧辊正火试样。
材料：150CrNiMo。
腐蚀剂：4％硝酸酒精。
热处理状态：正火。
组织说明：①沿晶界析出的由块状、针状碳化物组成的网格，呈明显的魏氏组织，套用《GB13299－1991钢的显微组织评定方法》判定魏氏组织为3级；②被网格包裹着的索氏体基体上均匀分布着细小的碳化物颗粒。
试样编号：2××半钢轧辊正火试样。
材料：150CrNiMo。
腐蚀剂：4％硝酸酒精。
热处理状态：正火。
组织说明：①组织为细珠光体＋贝氏体＋残余奥氏体；②未见明显魏氏组织。
9．3探伤检验
首次，探伤检验发现：□1150的轧辊下辊颈没有回波，而辊身、冒口端的回波很强劲，这种结果出乎大家意外。检验人员判定：只有两种可能性，一是晶粒粗大，二是存在铸造缺陷。最后在下辊颈镗孔时发现有直径15mm，长200mm的缩孔。改进后再无出现此类问题。
10上机验证
通过上机实际使用，其他性能基本与锻钢辊接近，只是辊身偏软，建议改进热处理工艺，在扩散过程增加喷雾处理以提高辊身表面硬度。
通过采用异地冶炼，联合浇注，成功浇注出超出我们原有生产能力的轧辊，不但扩大自身产品范围，还给全公司做出了良好的典范，现在我们机制公司可以通过铁（钢水）的转运，解决跨行铸造、超吨位冶炼的难题。
参考文献
［1］文铁铮，郭玉珍．冶金轧辊技术特性概论．河北科学技术出版社
［2］殷光虹．现代轧辊材料金相图谱．机械工业出版社
［3］铸造轧辊内部技术标准．酒钢机制公司．内部资料，2007年
作者简介：
林立，女，1968年8月出生。1990年毕业于沈阳冶金机械专科学校，本科，在酒钢机制公司轧辊厂工作，工程师，主攻方向是轧辊新材质的研制与轧辊性能的完善。通讯地址：甘肃嘉峪关酒钢机制公司轧辊厂；邮编：735100；电话：13830790135；E—Mail：LINLI@jIUGANG．COM。
石化装置用工业纯钛的焊接
张建晓 贾小斌 尉洪阳 方婧 王子伟 孙祯
（兰州兰石机械设备有限责任公司 兰州 730050）
摘要：工业纯钛是一种极为优良的耐腐蚀材料，在石油化工设备上得到广泛应用。在化肥工业中，尿素合成反应的中间产物具有强烈的腐蚀性。应用钛作为尿素设备的衬里材料，较316L不锈钢对尿素中间产物有更好的耐蚀性。由于钛的活泼性和对加热敏感性，因此钛设备的制造，焊接是关键工艺，特别是大型衬钛设备的制造，焊接工作量很大，如何确保质量是生产钛设备的主要问题。本文结合衬钛设备的产品结构特点，进行了工业纯钛的手工钨极氩孤焊试验，主要对工业纯钛手工钨极氩弧焊的保护效果，焊接规范参数的选择进行了试验分析，初步掌握了工业纯钛的焊接工艺，并对焊缝的气孔、焊缝金相组织和焊缝污染程度对质量的影响进行了讨论。
关键词：工业纯钛 焊接工艺 衬里
工业纯钛是一种极为优良的耐腐蚀材料，在石油化工设备上得到广泛应用。在化肥工业中，尿素合成反应的中间产物具有强烈的腐蚀性。应用钛作为尿素设备的衬里材料，较316L不锈钢对尿素中间产物有更好的耐蚀性。我国钛矿贮量丰富，因此钛及其合金作为石油化工设备新型的抗腐蚀材料有着广阔的前景。
由于钛的活泼性和对加热敏感性，因此钛设备的制造，焊接是关键工艺，特别是大型衬钛设备的制造，焊接工作量很大，如何确保质量是生产钛设备的主要问题。
本文结合衬钛设备的产品结构特点，进行了工业纯钛的手工钨极氩弧焊试验，初步掌握了工业纯钛的焊接工艺。现就试验结果作一介绍。
1工业纯钛的焊接特点
（1）钛具有很高的活泼性。在高温下与氧、氮、碳、氢等亲和力很强。在300℃以上开始析氢，在600℃以上大量吸收氧和氮。氢溶于钛中，不仅导致产生气孔，而且冷却时析出钛氢化合物能剧烈降低韧性，在组织应力作用下还会产生裂缝。氧和氮与钛生成化合物能使焊接接头的硬度提高，塑性严重下降。高温下碳与钛生成碳化钛也能使焊缝塑性下降，产生裂缝，因此焊接工业纯钛时除材料本身严格控制这些杂质外，在焊接前还必须做严格细致的准备工作，清除焊接部位的可污染物，并且为了保证焊接质量，焊接过程中还必须采取有效措施来可靠地保护焊接熔池和高于400℃以上的焊接区，使之免受空气污染。
（2）钛的熔化温度高，导热系数小，热容量大，因此焊接时高温区较宽，高温停留时间长，冷却速度慢，这就使焊接接头易产生过热组织、晶粒粗大降低塑性。根据这个特点，要求焊接区快速冷却为宜。但当焊缝冷却太快时，高温β相又易转变成不稳定的组织α相，也使塑性下降变脆。因此，为了使焊接接头有良好的机械性能，必须选择合适的焊接规范，以使过热倾向和淬硬倾向都相对较小。
2焊接装备
根据钛的焊接特点和衬钛设备结构特点，采用惰性气体保护焊方法。由于氩弧焊方法具有设备简单、操作灵活等特点，只要采取有效的保护措施，焊接质量就能得到保证。本试验采用了手工钨极氩弧焊焊接方法。
钛板焊接对焊接设备，特别是焊枪、保护罩、夹具都有比较严格要求，分别加以介绍：
2．1焊接设备
根据焊接需要。设备选用YC－500交直流氩弧焊机，外加两只电磁气阀和两只流量计来控制拖罩和背面的保护气体。
2．2焊枪
工业纯钛的焊接，关键在于如何避免焊接接头的污染，而焊枪的结构和尺寸对焊接熔池的保护有决定性影响，为了获得可靠的保护，焊接所用焊枪要比焊接不锈钢、铝等所的焊枪要求保护气流更加稳定，保护更加充分。获得层流是保证电焊稳定，焊接熔池免于氧化的首要条件。它除了有上部径向进气、有较长的缓冲室和较大的光滑圆锥状喷嘴外，并在喷嘴上部装二层铜丝网，使气流更加稳定。这种结构的焊枪，熔池周围的保护区很宽，焊接的焊缝为银白色。
2．3保护拖罩
由于钛在较高的温度下极易吸收气体，因此要求温度在400℃以上的焊接区都需保护，即在焊枪上加拖尾保护装置。保护罩的形状视接头的形式而定。在直缝焊接时采用的保护拖罩形状，拖罩的尺寸为50mm×180mm×30mm，下面有帽檐，氩气由引入管到分布管。分布管上占有一排ф1．0mm小孔，间距为5～7mE，氩气向上喷出。为了使气流稳定，分布均匀，盒内装有两层铜丝网。
2．4焊接夹具和背面保护
设计合理夹具，对于工业纯钛的焊接是很重要的。钛的弹性模量小，焊接时容易变形，合适的夹具有控制变形、加速冷却及控制保护气流等作用。试验表明有循环冷却水冷却的夹具在焊5～6mm钛板时比不通循环水的夹具，焊接区高温停留时间短，特别是多层焊时焊接区保护效果更好。
3焊前准备
3．1试验用材料
对厚度为6mm的TA2板进行了焊接工艺试验。填充金属用ф2．5×2的钛丝；焊接用保护气体为氩气，焊接用电极为铈钨极。