基于RZ-11焊丝的大型支承辊埋弧堆焊层强韧性研究——文献学习体会

文献概况与研究意义

本文发表于《金属制品》2026年第52卷第4期，由高性能轧辊材料与复合成形全国重点实验室刘士彬、董艳春等多位作者合作完成，受河北省中央引导地方科技发展资金项目等多项资助。研究采用自主设计的RZ-11型高合金药芯焊丝对大型锻钢支承辊进行埋弧堆焊，系统分析了堆焊层的微观组织演变、硬度分布、拉伸与冲击性能及断口形貌，旨在实现大型锻钢支承辊的高性能再制造。

大型支承辊是热轧板带生产线中的关键备件，其辊颈部位承受巨大的交变载荷和磨损，再制造修复是延长其使用寿命、降低生产成本的重要途径。埋弧堆焊（SAW）因其熔敷效率高、成形美观、自动化程度高等优势，是大型辊件修复的主流工艺。

堆焊层微观组织与硬度分析

堆焊层组织主要由板条马氏体及板条间分布的残余奥氏体构成。板条马氏体是高碳钢焊接熔敷组织的典型特征，其形成与RZ-11焊丝的高碳含量密切相关。残余奥氏体的存在对堆焊层的韧性有一定贡献，但在室温下其含量有限，对韧性的改善作用有限。

堆焊面层硬度为50~55 HRC，硬度分布均匀性良好。从硬度与组织的关系分析，板条马氏体的高硬度源于其高碳含量和位错密度，残余奥氏体的存在虽然硬度较低，但可缓解马氏体的脆性。

力学性能与断裂分析

堆焊层展现出优异的强度，抗拉强度最高达到1260 MPa，这主要源于高碳马氏体及碳化物形成元素的共同作用。然而，室温冲击功仅为3.0~5.0 J，属于较低水平。断口形貌呈现以准解理断裂为主、伴有少量浅小韧窝的混合形貌，表明堆焊层在承受冲击载荷时容易发生脆性断裂。低韧性归因于高碳马氏体的固有脆性及焊接残余应力。

工艺优化方向与工程建议

从材料设计角度，提高堆焊层韧性的主要途径包括：降低焊丝碳含量以减少马氏体脆性；适当增加Ni、Mo等元素以稳定残余奥氏体，提高韧性；优化药芯成分以改善熔敷金属的韧性。从工艺优化角度，可通过控制堆焊层间温度（建议控制在150~250°C）、增加道次数、采用多层多道堆焊等方式降低焊接残余应力，改善堆焊层的强韧性匹配。

从FMEA角度分析，堆焊层的主要失效模式为脆性断裂，触发因素为高碳马氏体的脆性和焊接残余应力。建议在实际应用中，堆焊完成后必须进行消应力热处理（600~650°C），以有效降低焊接残余应力，提高堆焊层的抗裂性能。同时，应严格控制堆焊层的冷却速率，避免过快的冷却导致马氏体脆性加剧。

学习心得与行业启示

本文的研究揭示了RZ-11焊丝堆焊层"高强度-低韧性"的性能特征，为后续通过成分微调与工艺优化以提高堆焊层综合服役性能提供了明确的理论依据与数据支撑。对于从事大型轧辊再制造的技术人员而言，强韧性匹配是堆焊层设计的关键目标，需要在保证足够硬度和耐磨性的前提下，通过材料成分优化和工艺参数调整来提高韧性，避免脆性断裂风险。该研究体现了"问题导向-机理分析-优化建议"的研究范式，为同类堆焊材料开发提供了有价值的参考。