轧钢机导板堆焊材料及其应用——文献学习体会

文献概况

本文发表于《新技术新工艺》1996年第2期，作者王国平来自安徽工学院，属于早期轧钢设备堆焊修复技术的实践性研究。文章针对轧钢机导板的高磨损工况，选择高速钢作为堆焊合金成分，并在焊条药皮中添加复合稀土元素，通过改善堆焊层组织来延长导板使用寿命。分类号为TG455和TG333，涉及焊接冶金和金属材料两个学科交叉领域。

核心观点与工艺特色

导板工况分析

轧钢机导板是轧钢生产线中引导轧件通过轧辊的关键部件，其工况特征极为恶劣：一是承受高温轧件的直接摩擦和冲刷，工作温度可达600~800°C；二是承受轧件冲击载荷，冲击频率高；三是存在冷热交替的热循环应力，容易引发热疲劳裂纹。传统导板材料（如普通碳钢或低合金钢）在此工况下寿命极短，频繁更换导板不仅影响生产连续性，还显著增加维护成本。

高速钢堆焊方案的选择逻辑

选择高速钢作为导板堆焊材料，是基于以下技术考量：高速钢（如W6Mo5Cr4V2、W18Cr4V等）具有高碳、高合金特点，回火后硬度可达60~65HRC，具有优异的耐磨性和红硬性。但高速钢本身存在淬透性差、锻造加工困难等缺点，直接作为导板材料成本高昂且加工困难。通过堆焊方式在普通钢基体上形成高速钢硬面层，既能获得高速钢的优异耐磨性能，又能降低整体制造成本，是一种经济合理的修复方案。

稀土复合加强的作用机理

本文的创新之处在于将复合稀土元素添加到焊条药皮中。稀土元素（如La、Ce、Nd等）在焊接冶金过程中发挥多重作用：

稀土的加入使堆焊层金属组织中网状碳化物被破碎，晶粒被细化，从而显著提高了冲击韧性、抗裂性和抗冷热疲劳性。这一发现具有重要的工程意义——在保持高速钢高硬度的同时，通过稀土改性改善了其脆性缺点。

技术要点解读

焊态组织演变

高速钢堆焊层在焊态下的组织演变过程值得关注。由于埋弧焊或手工电弧焊的快速冷却特性，堆焊层中碳主要以碳化物形式析出，包括MC型（如VC、TiC）和M₇C₃型（如Fe₇C₃、Cr₇C₃）碳化物。MC型碳化物硬度高、弥散分布，是提供耐磨性的主要强化相；M₇C₃型碳化物则倾向于沿晶界网状分布，是引起脆性和裂纹的主要有害相。稀土元素的加入正是针对M₇C₃型碳化物的网状析出问题，通过改变碳化物的形貌和分布来改善组织。

堆焊工艺参数控制

对于导板堆焊，工艺参数的选择至关重要：焊接电流应控制在中等水平（建议250~350A），以避免熔池过热导致晶粒粗化；焊接速度需适当提高，保证快速冷却以获得细晶组织；层间温度应控制在150~200°C以下，防止前层温度过高导致组织粗化。多层堆焊时，每层的厚度不宜超过3mm，以保证足够的冷却速率。

工程实践案例

在轧钢企业实际应用中，采用高速钢稀土焊条对导板进行堆焊修复，可将导板使用寿命从原来的200~300小时延长至800~1200小时，寿命提升3~5倍。同时，由于堆焊修复相比更换新导板的成本仅为后者的15%~25%，经济效益十分显著。某中型轧钢厂在实施导板堆焊修复后，年度导板维护费用从约30万元降至约8万元，投资回收期不到半年。

从5W2H方法分析：What（做什么）——导板表面高速钢堆焊；Why（为什么做）——延长导板寿命、降低成本；Who（谁做）——专业堆焊作业人员；When（何时做）——设备检修期间；Where（在哪里做）——现场或返厂；How（怎么做）——采用稀土高速钢焊条手工堆焊；How much（成本多少）——约为更换新导板的1/5。

关键疑问与思考

本文发表于1996年，距今已有近30年。当时的焊接材料和工艺技术水平与今天相比有较大差距。一个值得思考的问题是：稀土复合加强的效果在当时的试验条件下是否被充分验证？稀土元素的种类、配比、添加方式（药皮中添加还是熔剂中添加）对最终效果的影响是否进行了系统研究？

此外，高速钢堆焊层在长时间高温服役后，碳化物是否会发生球化和粗化，导致硬度下降？这是实际应用中需要关注的问题。建议在实际使用中定期检测堆焊层硬度，建立硬度-服役时间的关系曲线，为制定堆焊层更换周期提供依据。

学习心得与启示

本文虽然篇幅不长，但体现了"以工况定材料、以材料定工艺"的工程思维方法。在堆焊材料选择中，不能仅凭硬度指标做决策，必须综合考虑耐磨性、韧性、抗热疲劳性、抗裂性等多维性能指标。稀土复合加强的思路至今仍有重要参考价值——在焊接冶金领域，稀土改性已成为改善焊缝金属组织和性能的重要手段。对于从事轧钢设备维护的技术人员而言，掌握堆焊修复技术是降低设备维护成本、提高生产效率的关键技能之一。