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

文献概况与研究背景

滕宏胤等人在2025年发表的这篇文献，针对梅山钢铁热轧夹送辊的堆焊修复问题，系统对比了三种不同焊丝（Delstain-442、Multipass-249、Multipass-224HC）制备的堆焊层在不同退火温度（500℃和540℃）处理后的组织和性能变化。夹送辊是热轧生产线的关键部件，在轧制过程中承受高温、高压、高速的极端工况，其堆焊层的耐磨性和韧性直接决定了辊子使用寿命和生产效率。该研究具有重要的工程指导意义。

三种焊丝的技术特性对比

焊丝基本特性

焊丝合金成分特点

• Delstain-442：含Cr约20%，C约3%，属于高碳高铬铸铁型焊材，堆焊层组织以马氏体和Cr7C3为主，具有优异的耐磨性。
• Multipass-249：含Cr约18%，C约2.5%，属于高碳高铬型焊材，堆焊层组织相对均匀，韧性和耐磨性平衡较好。
• Multipass-224HC：含Cr约22%，C约3.5%，属于高碳高铬高硬型焊材，堆焊层中Cr7C3含量极高，硬度高但脆性大。

退火处理的冶金学原理

残留奥氏体的转变行为

堆焊层中残留奥氏体（retained austenite）的含量和稳定性对最终性能有重要影响。退火处理的核心作用之一是促进残留奥氏体向马氏体的转变：

文献结果表明，经退火处理后，三种堆焊层中的残留奥氏体均向马氏体转化，其中Delstain-442堆焊层组织转化更为充分。这说明Delstain-442堆焊层中的残留奥氏体稳定性相对较低，更容易在退火过程中发生转变。

退火温度选择的依据

退火温度的选择需要综合考虑以下因素：

1. 消除残余应力：堆焊过程中产生的残余应力需要通过退火消除，防止服役过程中产生应力腐蚀裂纹。
2. 促进组织转变：适当的退火温度可以促使残留奥氏体转变，获得更稳定的组织。
3. 避免过度软化：退火温度过高会导致碳化物溶解、晶粒粗大，硬度显著下降。
4. 保持高温性能：夹送辊在高温工况下工作，堆焊层需要保持高温硬度和耐磨性。

三种焊丝退火后的性能对比分析

硬度与耐磨性对比

韧性对比

韧性是夹送辊堆焊层的关键性能指标，因为辊子在轧制过程中承受周期性冲击载荷。文献指出，540℃退火Multipass-249堆焊层的韧性更好，组织更稳定。而Multipass-224HC堆焊层具有较高的脆性，两种温度退火处理后脆性问题均未显著改善。

这一结果表明，Multipass-224HC虽然耐磨性优异（磨损率相对Delstain-442降低了一个量级），但其脆性缺陷限制了其在承受冲击载荷工况下的应用。

组织稳定性分析

焊丝替换的工程决策分析

替换可行性评估

文献最后提出，540℃退火处理Multipass-249堆焊层综合性能较好，但由于冲击韧性存疑，是否可替换Delstain-442还需进一步验证。这一结论体现了工程决策中"综合性能最优"与"关键性能达标"之间的平衡。

替换决策的关键考量

工程实践中的质量控制要点

堆焊工艺控制

夹送辊堆焊修复的质量控制需要关注以下关键环节：

1. 基体预处理：辊面必须清理干净，去除氧化皮、油污和松动层，必要时进行喷砂处理。
2. 预热控制：基体预热温度一般控制在200~300℃，防止冷裂纹产生。
3. 焊接参数：采用多层多道焊接，控制每层厚度在1.5~2.5mm，避免单道过厚导致组织粗大。
4. 层间温度：严格控制层间温度不超过250℃，防止组织过热。
5. 焊后热处理：堆焊完成后必须进行退火处理，消除残余应力，促进组织稳定。

性能检测与验收

学习心得与启示

这篇文献的研究方法体现了"材料-工艺-组织-性能"系统研究的技术路线，对同类堆焊修复工程具有重要的参考价值。通过对比三种焊丝在不同退火温度下的组织和性能变化，文献揭示了退火处理对堆焊层性能的关键调控作用，为实际工程中的工艺优化提供了数据支撑。

从工程应用的角度来看，焊丝替换决策不能仅凭单一性能指标，而需要综合考虑耐磨性、韧性、高温性能、组织稳定性、成本和工艺成熟度等多方面因素。Multipass-249虽然在某些方面表现优于Delstain-442，但其冲击韧性的不确定性使其替换方案需要更加谨慎的验证。

对于热轧夹送辊堆焊修复工程，建议建立完善的工艺规程和质量验收标准，包括焊丝选择依据、焊接参数窗口、退火工艺规范、性能检测方法和验收标准等。同时，应积累现场使用数据，通过实际服役表现来验证和优化工艺方案，形成持续改进的PDCA循环。

总体而言，这篇文献为夹送辊堆焊修复提供了系统的技术参考，其研究方法和技术结论对同类工程具有重要的指导意义。在实际应用中，应根据具体工况条件选择合适的焊材和工艺，并通过严格的质控确保修复质量。