铁基高温耐磨堆焊焊条的研究——文献学习体会

一、文献概况与技术背景

本文发表于1995年《沈阳工业大学学报》第17卷第3期，由沈阳工业大学与沈阳锅炉压力容器检验研究所的刘政军、季杰、郝雪枫三位作者联合完成。研究针对高温工况下的耐磨堆焊需求，开发了两种铁基高温耐磨堆焊焊条合金系统，并通过金相组织分析和高温硬度测试验证了其优异的耐磨性能。该研究在当时的国内铁基堆焊材料领域具有开创性意义，至今仍对高温耐磨堆焊材料的设计具有参考价值。

二、两种合金系统的技术特点

2.1 Cr-Ni-B-W-V-Nb合金系统

该合金系统以铬、镍为基体强化元素，硼、钨、钒、铌作为碳化物形成元素。堆焊层组织特征为：合金奥氏体基体＋骨架状共晶碳化物＋颗粒状共晶碳化物。

• 奥氏体基体提供了良好的韧性和高温稳定性，避免了马氏体组织在高温下可能发生的回火脆化和应力裂纹；
• 骨架状共晶碳化物沿晶界连续分布，形成抗磨骨架结构，在磨损过程中起到支撑和耐磨的双重作用；
• 颗粒状共晶碳化物弥散分布在基体中，通过第二相强化机制提高基体硬度；
• 铌的加入细化了碳化物颗粒，提高了碳化物的热稳定性。

2.2 Cr-B-W-Mo-Nb合金系统

该合金系统以铬、硼、钨、钼、铌为主要合金元素，堆焊层组织为：隐晶马氏体＋块状硬质相＋颗粒状硬质相。

• 隐晶马氏体基体具有极高的硬度，为堆焊层提供了高耐磨性；
• 块状硬质相（主要为钨、硼的复合碳化物/硼化物）提供了突出的抗磨粒磨损能力；
• 颗粒状硬质相弥散分布在马氏体基体中，起到强化和阻碍位错运动的作用；
• 钼的加入提高了马氏体的热稳定性，延缓了高温下的软化。

2.3 两种合金系统对比

三、高温耐磨性能分析

高温耐磨性是一个综合指标，涉及硬度保持性、抗氧化性、抗热疲劳性和抗磨损性等多个方面。两种合金系统在高温下的表现各有侧重：

Cr-Ni-B-W-V-Nb系统在高温下由于奥氏体基体的固溶强化和碳化物的弥散强化共同作用，硬度衰减相对平缓。骨架状共晶碳化物的连续分布使得在磨损过程中即使基体材料被磨除，碳化物骨架仍能维持一定的表面硬度，表现出良好的耐磨持久性。

Cr-B-W-Mo-Nb系统在常温及中温下硬度更高，但隐晶马氏体基体在高温下存在回火软化倾向。钼和铌的加入在一定程度上缓解了这一问题，但整体韧性不如奥氏体基体系统。该合金系统更适合于高温但冲击载荷较小的工况。

四、学习心得与工程应用思考

本文虽然发表于1995年，但其合金设计思路——通过碳化物形态和基体组织的合理搭配实现高温耐磨——至今仍是堆焊材料设计的基本范式。在实际工程中，选择堆焊材料时不能仅看硬度指标，必须综合考虑使用温度、载荷类型、磨损机制和环境介质。

从焊接工艺角度看，铁基堆焊焊条的熔敷金属合金收得率、稀释率和熔合比是影响堆焊层最终组织和性能的关键因素。对于含硼、钨等强碳化物形成元素的合金系统，熔池温度过高可能导致碳化物过度溶解，影响硬质相的形态和分布。因此，焊接时通常建议采用直流反接、降低电流密度、增大焊道层数等工艺措施来控制稀释率。

在当前的工程实践中，铁基高温耐磨堆焊焊条已广泛应用于水泥行业回转窑衬板、钢铁行业耐磨衬板、矿山机械耐磨件等领域。本文的研究为后续铁基堆焊材料的开发奠定了合金设计基础，其"基体组织＋硬质相形态"双维度调控的思路，对今天的耐磨堆焊材料研发仍具有重要的指导意义。