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

文献概况与研究意义

滕宏胤、王银军与吴索团在《金属热处理》2025年第50卷第1期发表的《不同材料夹送辊堆焊层退火处理后的组织及性能对比》一文，针对热轧生产中夹送辊的堆焊修复与性能优化问题，系统对比了三种不同焊丝（Delstain-442、Multipass-249、Multipass-224HC）制备的堆焊层在两种退火温度（500℃和540℃）下的组织演变与性能变化。夹送辊是热轧带钢生产中的关键部件，承受高温钢带的高压摩擦与冲击载荷，其堆焊层的耐磨性与韧性直接决定轧制质量与设备寿命。

三种焊丝的材料特性对比

Delstain-442

Delstain-442是一种经典的高铬铸铁型堆焊焊丝，化学成分以Cr（约28%~32%）、Mo（约3%~5%）为主，属于高合金铸铁类堆焊材料。其堆焊层组织以马氏体为基体，含有大量Cr7C3型碳化物，硬度高（约600~700HV），耐磨性优异，但韧性相对不足。该焊丝是目前热轧辊堆焊修复的常用材料。

Multipass-249

Multipass-249是一种含Ni-Cr合金堆焊焊丝，相比Delstain-442具有更高的Ni含量和更低的Cr含量，堆焊层组织以奥氏体-马氏体双相组织为主，残留奥氏体含量较高。其特点是韧性较好、抗热疲劳性能优良，适合高温工况下的堆焊修复。

Multipass-224HC

Multipass-224HC是一种高Cr高Mo铸铁型焊丝，合金含量最高，堆焊层硬度最高（可达700~800HV），但脆性也最大。该焊丝适用于极端磨损工况，但对基体与堆焊层的界面结合要求更为严格。

退火处理对组织的影响机制

残留奥氏体的分解行为

三种焊丝的堆焊层在焊接冷却过程中均会产生一定量的残留奥氏体（retained austenite）。退火处理的核心作用之一是促使残留奥氏体向马氏体转化。Delstain-442堆焊层的残留奥氏体在退火过程中转化最为充分，这是因为其Cr含量较高、碳活度较低，奥氏体稳定性相对较低，在较低温度下即可发生分解。Multipass-249由于Ni含量较高，奥氏体稳定性强，需要更高温度才能充分分解。

碳化物析出与球化

退火过程中，堆焊层中的碳化物会发生形态与分布的变化。500℃退火时，碳化物以细小颗粒状弥散分布为主，起到有效的弥散强化作用。540℃退火时，部分碳化物开始聚集长大，形成较大的块状碳化物，虽然降低了硬度，但改善了韧性。

性能对比分析

关键发现

540℃退火的Multipass-249堆焊层综合性能最优：残留奥氏体分解充分，组织以细粒马氏体+弥散碳化物为主，硬度适中（540~580HV），韧性良好，高温耐磨性优异。然而，文献也指出其冲击韧性存在疑问，是否可完全替代Delstain-442还需进一步验证。

Multipass-224HC堆焊层虽然硬度最高、耐磨性最好（磨损率比Delstain-442降低了一个量级），但脆性过大，在热轧夹送辊承受冲击载荷的工况下存在剥落风险，两种退火温度下均表现出高脆性特征。

工程应用建议与思考

从工程应用角度，夹送辊堆焊修复的选材需综合考虑以下因素：轧制温度（决定高温耐磨性需求）、轧制力（决定冲击韧性需求）、生产节奏（决定修复周期与成本）。对于热轧板带生产中的夹送辊，540℃退火的Multipass-249是一个值得关注的候选方案，但建议在正式替换前进行以下验证工作：

1. 开展高周疲劳试验，评估堆焊层在反复热-力循环下的裂纹萌生与扩展行为。
2. 进行模拟轧制条件下的磨损试验，获取更贴近实际工况的磨损数据。
3. 对比三种焊丝的堆焊层与辊基体界面的结合强度，评估剥落风险。

学习心得与启示

本文的研究方法体现了"材料-工艺-性能"三位一体的系统化研究思路，即通过改变焊丝成分与热处理工艺两个变量，系统考察其对堆焊层组织与性能的影响规律。这种多因素正交试验的设计方法在堆焊材料研发中非常实用。

从工程实践角度看，堆焊层的性能优化不能仅追求单一指标的极值（如最高硬度或最低磨损率），而应在硬度、韧性、耐磨性之间寻求最佳平衡。夹送辊作为承受复合载荷的关键部件，其堆焊层需要同时满足耐磨与耐冲击的双重需求，这决定了选材与工艺的复杂性。未来研究可进一步引入服役模拟试验与有限元分析，建立堆焊层组织-性能-寿命的预测模型，为工程选材提供更可靠的理论依据。