堆焊热轧制备高铬铸铁低碳钢耐磨复合板性能研究学习体会

文献概况与工艺创新点

本文发表于《塑性工程学报》2019年第26卷第5期，由太原科技大学山西省冶金设备设计理论与技术重点实验室的李艳威、李玉贵等作者完成。研究采用了一种创新的复合板制备工艺：先利用高铬铸铁焊条对碳钢板表面进行堆焊，再经过对称组坯后采用15%、25%、30%的压下率在四辊轧机上进行多道次包覆热轧。

该工艺的创新之处在于将堆焊与热轧两种传统工艺有机结合。传统堆焊复合板存在结合界面缺陷（裂纹、空隙）和堆焊层组织粗大等问题，而热轧工艺可以通过塑性变形消除界面缺陷、细化组织、改善结合质量。这种"堆焊+热轧"的复合工艺路线，为耐磨复合板的制造提供了一种新的技术选择。

热轧工艺参数与组织演变

研究设置了三个压下率梯度：15%、25%和30%，采用四辊轧机进行多道次包覆热轧。四辊轧机具有辊身弯曲小、板形控制好的特点，适合复合板的热轧加工。

实验结果表明，复合板经过热轧后板形良好，高铬铸铁与低碳钢实现了热塑性变形。原堆焊结合界面处的裂纹和空隙缺陷被消除，且出现了无碳化物区域和组织共生现象，剪切强度提高。热轧使得堆焊高铬铸铁层的共晶碳化物链网状被打碎，碳化物弥散分布。

界面结合机理分析

从微观机理角度分析，热轧对复合板界面结合的改善主要通过以下途径实现：

1. 塑性变形消除缺陷：堆焊过程中产生的微裂纹和空隙，在热轧的塑性变形作用下被压合、弥合，界面接触面积增大，结合强度提高。
2. 热塑性变形促进扩散：在高温和应力的共同作用下，界面两侧的原子扩散加速，促进了冶金结合。
3. 组织共生现象：热轧过程中，高铬铸铁层和低碳钢层在界面处发生了组织交互影响，形成了过渡区域，有利于应力传递和结合强度提高。
4. 碳化物破碎与弥散：高铬铸铁中典型的网状共晶碳化物链在热轧变形下被打碎，形成弥散分布的细小碳化物颗粒，这种状态比原始网状碳化物更有利于耐磨性能。

无碳化物区域的出现是一个值得关注的现象。在热轧过程中，部分区域的碳化物可能发生了溶解或迁移，形成了局部无碳化物区域。这种区域虽然硬度较低，但韧性较好，在一定程度上改善了复合板的整体韧性。

工程应用与工艺优化建议

从工程应用角度，"堆焊+热轧"工艺路线具有以下优势：

• 适用于大批量生产：热轧是连续的工业化工艺，适合规模化生产耐磨复合板；
• 产品质量可控：压下率、轧制温度等参数可精确控制，产品质量稳定性高；
• 材料利用率高：对称组坯使得两面均为高铬铸铁层，材料利用率优于单面堆焊。

但该工艺也存在一些需要注意的问题：

• 热轧温度窗口需要严格控制，过高可能导致高铬铸铁层过烧，过低则塑性变形不充分；
• 压下率过大会导致板形控制困难，甚至产生裂纹；
• 四辊轧机的辊面磨损和更换成本需要考虑。

从FMEA的角度分析，该工艺的主要风险点包括：热轧温度不足导致界面结合不良、压下率过大导致板形缺陷或开裂、轧制速度过快导致变形不均匀等。建议在实际生产中建立严格的热轧温度监控和压下率控制体系。

学习心得与启示

该研究的核心启示在于"工艺组合创新"的价值。堆焊和热轧都是成熟的传统工艺，但将它们组合使用产生了"1+1>2"的效果。这提示我们，在解决工程问题时，不应局限于单一工艺，而应积极探索不同工艺的协同组合。

对于从事耐磨材料制造的工程师，该研究提供了一个有价值的技术路线参考。特别是对于需要大批量生产耐磨复合板的企业，"堆焊+热轧"工艺路线可能比单纯的堆焊工艺更具经济性和质量优势。建议在实际应用中，先从小批量试制开始，逐步优化热轧温度、压下率和道次分配等关键参数，建立适合自身设备的工艺规范。