不同材料夹送辊堆焊层退火处理后的组织及性能对比的学习体会

文献概况与技术背景

滕宏胤、王银军、吴索团发表于《金属热处理》2025年第50卷第1期的这篇文献，是近年来热轧夹送辊堆焊技术领域的最新研究成果。该研究针对梅山钢铁股份有限公司热轧生产中现用的Delstain-442焊丝以及拟替换的Multipass-249和Multipass-224HC两种焊丝，系统对比了三种焊丝制备的堆焊层在不同退火温度（500°C和540°C）下的组织演变与性能变化。该研究由梅山钢铁有限公司项目资助，具有明确的工程应用导向，研究结论对热轧生产线的夹送辊选型与维护具有直接指导意义。

核心观点提炼

文献的核心发现可概括为以下三点：

1. 退火处理促使三种堆焊层中的残留奥氏体向马氏体转化，其中Delstain-442堆焊层的转化最为充分。
2. 540°C退火的Multipass-249堆焊层在韧性、组织稳定性和高温耐磨性方面表现最优，综合性能最好，但由于冲击韧性存疑，是否可完全替换Delstain-442仍需进一步验证。
3. Multipass-224HC堆焊层脆性较高，但两种退火温度下均表现出优异的耐磨性，磨损率较Delstain-442降低了一个数量级。

关键技术要点解读

三种焊丝的组织特征与退火响应

三种焊丝的堆焊层在未经退火处理时，均含有相当数量的残留奥氏体，这是高碳高合金堆焊材料在快速冷却条件下的典型组织特征。残留奥氏体的存在对堆焊层的性能具有双重影响：一方面，奥氏体具有较好的塑性和韧性，可以缓解堆焊层的脆性；另一方面，奥氏体在服役过程中可能发生相变，导致尺寸变化和性能不稳定。

退火处理是促使残留奥氏体分解、获得稳定组织的关键热处理工艺。文献中采用的500°C和540°C两个退火温度，均处于残留奥氏体的分解温度区间内。

退火温度对性能的影响规律

退火温度是影响堆焊层性能的关键工艺参数。500°C与540°C两个温度点之间的40°C差异，虽然看似不大，但对堆焊层的组织与性能产生了显著影响：

• 硬度：540°C退火后，堆焊层硬度普遍高于500°C退火后，这是因为更高的退火温度促进了碳化物的进一步析出与球化，同时促进了奥氏体的分解，使基体硬度提高。
• 韧性：540°C退火的Multipass-249堆焊层表现出更好的韧性，这与其组织中残留奥氏体的适量保留有关。残留奥氏体在受载时发生应力诱导马氏体相变，吸收变形能，起到增韧作用。
• 高温耐磨性：540°C退火处理显著提升了堆焊层的高温耐磨性能，这归因于更稳定的组织结构和更均匀的碳化物分布。
• 脆性：Multipass-224HC在两种退火温度下均表现出较高的脆性，这与其高碳高合金成分以及组织中残留奥氏体的分解不充分有关。

高温耐磨性能的差异分析

文献特别关注了堆焊层的高温耐磨性能，这与热轧夹送辊的服役工况密切相关。夹送辊在热轧生产中长期承受高温钢坯的摩擦与挤压，工作温度可达400-600°C，因此堆焊层的高温耐磨性是其核心性能指标。

三种焊丝堆焊层的高温耐磨性能差异主要归因于以下因素：

1. 碳化物类型与分布：不同类型碳化物（如M7C3、M2C、MC等）的高温稳定性不同，MC型碳化物（如WC、VC）在高温下具有更高的热稳定性。
2. 基体组织：马氏体基体在高温下发生回火，硬度下降；而含有一定比例残留奥氏体的组织在高温下更加稳定。
3. 元素偏析：堆焊层中的合金元素分布均匀性影响碳化物的形成与分布，偏析严重的区域耐磨性较差。

工程应用分析与PDCA循环

当前应用现状（Plan）

梅山钢铁公司目前使用Delstain-442焊丝对热轧夹送辊进行堆焊修复，该焊丝性能稳定可靠，但成本较高。公司拟引入Multipass-249和Multipass-224HC作为替代方案，以降低维护成本并提升夹送辊的使用寿命。

研究验证过程（Do）

通过系统对比三种焊丝在两种退火温度下的组织与性能，获得了以下关键数据：

• Multipass-224HC的磨损率较Delstain-442降低了一个数量级，耐磨性显著提升，但脆性问题是其主要短板。
• Multipass-249的综合性能最优，540°C退火后韧性、组织稳定性和高温耐磨性均表现良好。
• Delstain-442的奥氏体转化最为充分，组织稳定性好，但高温耐磨性相对较弱。

问题分析与对策（Check & Act）

学习心得与启示

这篇2025年的最新文献体现了热轧夹送辊堆焊技术研究的前沿水平。其研究方法科学严谨，采用"成分-工艺-组织-性能"的经典范式，通过控制变量法系统对比了不同焊丝和退火温度对堆焊层性能的影响。文献结论具有明确的工程指导价值，为企业的焊丝选型和工艺优化提供了数据支撑。

从工程实践的角度来看，该研究也揭示了一个重要原则：堆焊材料的选型不能仅凭单一性能指标（如硬度或耐磨性）进行判断，而必须综合考虑硬度、韧性、耐磨性、组织稳定性以及高温性能等多个维度。Multipass-224HC虽然耐磨性最优，但脆性问题限制了其应用范围；Multipass-249综合性能最优，但冲击韧性仍需验证；Delstain-442性能均衡但成本较高。这种多目标优化问题在实际工程中十分常见，需要技术人员在深入理解材料性能的基础上，结合具体工况需求做出合理选择。

此外，该研究也提示我们，退火处理作为堆焊后的重要热处理工序，其对堆焊层性能的影响不容忽视。在实际生产中，应建立完善的堆焊后热处理工艺规范，包括退火温度、保温时间、冷却速率等参数的标准化，以确保堆焊层性能的一致性和稳定性。