卓金管件有限公司不同材料夹送辊堆焊层退火处理后的组织及性能对比学习体会
文献概况与核心观点
本文由梅山钢铁股份有限公司滕宏胤、王银军、吴索团撰写，发表于2025年《金属热处理》第50卷第1期。研究针对热轧夹送辊现用的Delstain-442焊丝及拟替换的Multipass-249、Multipass-224HC两种焊丝，系统对比了三种焊丝制备的堆焊层在500℃和540℃两种退火温度下的组织演变与性能变化。该研究为夹送辊堆焊材料的选型与工艺优化提供了详实的实验数据，具有重要的工程指导价值。
夹送辊服役工况与堆焊修复需求
服役环境分析
热轧夹送辊是热轧生产线的关键部件，其服役环境极为苛刻：
- 高温环境：夹送辊直接接触热轧带钢，表面温度可达700-900℃。
- 重载冲击：承受轧制力、带钢冲击载荷及周期性交变应力。
- 磨损与热疲劳：表面受到带钢的磨粒磨损、氧化磨损与热疲劳开裂的复合作用。
- 腐蚀侵蚀：高温氧化皮、润滑剂及冷却介质对辊面产生腐蚀侵蚀。
在上述复合工况下，夹送辊的堆焊层需同时具备高温硬度保持性、抗热疲劳性能、耐磨性与足够的韧性，这对堆焊材料与工艺提出了极高的要求。
堆焊修复的经济性与必要性
夹送辊整体更换成本高昂，且生产停机时间长。堆焊修复通过恢复辊面磨损余量，可显著延长夹送辊使用寿命，降低综合成本。据行业经验，夹送辊堆焊修复的经济性通常优于整体更换，尤其在辊身磨损均匀、基体无严重损伤的情况下。
三种焊丝的材料特性对比
| 焊丝牌号 | 主要合金元素 | 硬度（HV） | 韧性特征 | 典型应用 |
|---|---|---|---|---|
| Delstain-442 | Cr, Mo, V, Ni | 高 | 中等 | 热轧辊堆焊 |
| Multipass-249 | Cr, Mo, V, Nb | 较高 | 较好 | 热轧辊堆焊 |
| Multipass-224HC | Cr, Mo, V, W | 很高 | 较低 | 高温耐磨辊堆焊 |
Delstain-442焊丝
Delstain-442是瑞典ESAB公司生产的经典热轧辊堆焊焊丝，具有良好的高温硬度保持性与抗热疲劳性能。其合金设计以Cr、Mo、V为主，辅以Ni改善韧性。在500℃和540℃退火处理后，残留奥氏体向马氏体转化较为充分，组织稳定性较好。
Multipass-249焊丝
Multipass-249是ESAB公司开发的高性能热轧辊堆焊焊丝，含有Nb等微合金元素，具有较好的高温耐磨性能与组织稳定性。540℃退火后韧性优于Delstain-442，组织更加稳定。
Multipass-224HC焊丝
Multipass-224HC是高碳高合金焊丝，硬度很高，但脆性较大。两种退火温度下均表现出良好的耐磨性，磨损率相对Delstain-442降低了一个量级，但冲击韧性存疑。
退火处理对组织的影响
残留奥氏体向马氏体的转变
堆焊层中残留奥氏体的存在会影响堆焊层的尺寸稳定性与力学性能。退火处理可促进残留奥氏体向马氏体转变，改善组织均匀性。文献研究表明：
- 500℃退火：残留奥氏体部分向马氏体转变，转变程度有限。
- 540℃退火：残留奥氏体向马氏体转变更为充分，组织稳定性提高。
Delstain-442堆焊层在两种退火温度下均表现出较为充分的奥氏体转变，说明其合金设计有利于马氏体组织的形成与稳定。Multipass-249在540℃退火后组织稳定性最佳，而Multipass-224HC由于高碳高合金特性，奥氏体稳定性较高，转变程度相对较低。
碳化物形态与分布
退火处理不仅影响奥氏体转变，还对碳化物的形态与分布产生重要影响：
- 500℃退火：碳化物颗粒较粗，分布相对不均匀。
- 540℃退火：碳化物颗粒有所细化，分布更加均匀，但高温可能促进部分碳化物溶解与再析出。
碳化物的细化与均匀分布有利于提高堆焊层的硬度与耐磨性，同时改善韧性。
退火处理对性能的影响
硬度与耐磨性
| 焊丝牌号 | 退火温度 | 硬度（HV） | 磨损率（相对值） | 高温耐磨性 |
|---|---|---|---|---|
| Delstain-442 | 500℃ | 高 | 中等 | 较好 |
| Delstain-442 | 540℃ | 很高 | 较低 | 好 |
| Multipass-249 | 500℃ | 较高 | 中等 | 较好 |
| Multipass-249 | 540℃ | 高 | 较低 | 好 |
| Multipass-224HC | 500℃ | 很高 | 低 | 好 |
| Multipass-224HC | 540℃ | 很高 | 很低 | 很好 |
从数据可以看出，540℃退火普遍能带来更高的硬度与更好的耐磨性。Multipass-224HC虽然耐磨性最优，但其高脆性特性在实际应用中可能带来热疲劳开裂的风险。
韧性与冲击性能
韧性是堆焊层抵抗冲击载荷与热疲劳开裂的关键指标。文献指出，Multipass-249在540℃退火后韧性优于其他两种焊丝，但冲击韧性仍存在疑虑。Multipass-224HC的脆性较大，在承受冲击载荷时可能产生裂纹扩展。
在实际夹送辊服役中，韧性不足可能导致堆焊层出现热疲劳裂纹，进而引发堆焊层剥落或辊面损伤。因此，在焊丝选型时，需综合考虑硬度、耐磨性与韧性的平衡。
高温性能对比
| 性能指标 | Delstain-442（540℃） | Multipass-249（540℃） | Multipass-224HC（540℃） |
|---|---|---|---|
| 高温硬度 | 好 | 好 | 很好 |
| 高温耐磨性 | 好 | 好 | 很好 |
| 抗热疲劳性 | 较好 | 好 | 待验证 |
| 组织稳定性 | 好 | 好 | 中等 |
| 综合推荐度 | 高 | 高（需验证） | 中（需验证） |
焊丝选型的工程决策分析
基于FMEA的风险分析
| 焊丝牌号 | 潜在失效模式 | 失效原因 | 后果 | 风险等级 |
|---|---|---|---|---|
| Delstain-442 | 堆焊层磨损过快 | 硬度不足 | 停机更换 | 中 |
| Delstain-442 | 热疲劳裂纹 | 韧性不足 | 堆焊层剥落 | 低 |
| Multipass-249 | 冲击韧性不足 | 组织脆化 | 裂纹扩展 | 中 |
| Multipass-224HC | 热疲劳开裂 | 脆性过大 | 堆焊层剥落 | 高 |
| Multipass-224HC | 冷裂纹 | 淬硬组织 | 堆焊失败 | 中 |
选型建议
基于文献数据与工程实践，我提出以下选型建议：
- Delstain-442：作为现用焊丝，其综合性能稳定可靠，540℃退火后性能进一步提升，适合作为基准焊丝继续使用。
- Multipass-249：540℃退火后综合性能较好，但冲击韧性需进一步验证。建议在非关键部位或低冲击载荷工况下试用，积累数据后再决定是否全面替换。
- Multipass-224HC：耐磨性最优，但脆性较大，风险较高。建议在高温、高磨粒磨损工况下谨慎试用，并加强使用中的状态监测。
退火工艺优化思考
退火温度的选择
540℃退火相比500℃退火，在硬度、耐磨性与组织稳定性方面均表现出优势，但过高的退火温度可能导致碳化物溶解、晶粒粗化与韧性下降。在实际生产中，建议根据焊丝牌号与服役工况，选择最优退火温度。
对于Delstain-442和Multipass-249，540℃退火是推荐方案；对于Multipass-224HC，需评估540℃退火对韧性的影响，必要时可采用较低的退火温度或分段退火策略。
退火工艺参数的细化
退火工艺不仅包括温度，还包括加热速率、保温时间与冷却速率。文献中未详细讨论这些参数对性能的影响，建议后续研究补充以下内容：
- 不同加热速率对碳化物析出行为的影响。
- 保温时间对组织均匀性的影响。
- 冷却速率对残余应力与裂纹敏感性的影响。
学习心得与启示
本文的研究方法系统、数据详实，为夹送辊堆焊材料的选型与工艺优化提供了有价值的参考。通过学习，我深刻体会到材料科学与热处理工艺的紧密结合对堆焊层性能的决定性影响。三种焊丝在退火处理后的组织演变与性能差异，充分说明了合金设计、热处理工艺与服役工况之间的复杂交互作用。
特别值得关注的是，文献中对Multipass-249"冲击韧性存疑"的表述，体现了研究者的严谨态度。在实际工程中，我们不能仅凭硬度与耐磨性数据就做出选型决策，必须综合考虑韧性、抗热疲劳性、组织稳定性等多维度指标。对于新型焊丝的试用，建议采用"小范围试用-状态监测-数据分析-逐步推广"的渐进策略，确保选型决策的科学性与可靠性。
此外，我也思考了一个更深层次的问题：夹送辊堆焊修复的寿命预测与状态评估。如果能建立基于堆焊层微观组织、硬度分布与磨损形态的寿命预测模型，将有助于实现夹送辊的预测性维护，进一步降低停机损失与维修成本。