轧辊堆焊材料选择与试验学习体会

文献背景与研究目的

刘慧林等2004年发表于《矿冶工程》的这篇论文，针对涟钢650热轧开坯轧机轧辊的堆焊修复需求，系统对比了4种国内常用堆焊用材料的耐热疲劳性、红硬性、常规力学性能和金相组织。热轧开坯轧辊是热轧生产线的核心部件，其工作辊在轧制过程中承受高温金属的接触热、巨大的轧制力和反复的温度循环，红硬性不足会导致轧辊表面硬度急剧下降，热疲劳裂纹则会引发轧辊早期失效。选择合适的堆焊材料，对于延长轧辊使用寿命、降低生产成本具有重要意义。

四种堆焊材料的性能对比

论文对4种材料进行了系统的试验分析，其中1#材料H25Cr3Mo2MnVA在所述工艺规范下表现出最佳的综合性能，最适合用于热轧开坯轧辊的堆焊；4#材料JL-8110具有最好的耐磨性，可用于复合轧辊的制造。从材料设计思路来看，H25Cr3Mo2MnVA属于高铬高钼型热硬性合金，Cr和Mo的加入显著提高了合金的红硬性和回火稳定性，V的加入则通过形成细弥散的碳化物（VC、V₂C）强化了基体。JL-8110属于碳化钨型耐磨堆焊材料，其高耐磨性来源于硬质相WC的均匀弥散分布，但其红硬性和热疲劳性能可能不如高铬合金。

红硬性与热疲劳性的工程意义

红硬性是衡量堆焊材料在高温下保持硬度的能力，通常以特定温度下的硬度值或硬度保持率来表征。热轧开坯轧辊的工作温度通常在600-900℃之间，若堆焊层的红硬性不足，在轧制过程中表面硬度会急剧下降，导致轧辊表面过早磨损，轧件表面质量恶化。H25Cr3Mo2MnVA中的Mo和V是重要的红硬性元素，Mo通过形成M₂C型碳化物提高了高温下的沉淀强化效果，V的碳化物在高温下仍然稳定，有效阻止了位错运动。

热疲劳性则关系到轧辊在反复加热-冷却循环中的抗裂能力。热轧过程中，轧辊表面温度在数秒内从室温升至数百摄氏度，冷却后再次接触高温轧件，这种剧烈的温度循环会在表面产生周期性热应力，当热应力超过材料的抗热疲劳强度时，表面会产生微裂纹并逐渐扩展。堆焊层的组织均匀性和裂纹敏感性是影响热疲劳性能的关键因素，组织粗大或存在脆性相的材料更容易产生热疲劳裂纹。

工艺规范与工程应用建议

该研究强调在所述工艺规范下1#材料具有最佳综合性能，这提示我们堆焊材料的性能发挥高度依赖于工艺参数的匹配。在实际生产中，堆焊工艺参数（电流、电压、焊接速度、层间温度、预热温度等）需要根据材料特性进行优化调整。对于高铬高钼型合金，过高的层间温度可能导致碳化物粗化，降低红硬性；而过低的层间温度则可能引起裂纹。建议在实际应用中采用中等预热温度（150-200℃），控制层间温度不超过300℃，并在堆焊完成后进行适当的缓冷处理以释放残余应力。

该文献虽然发表于2004年，但其研究方法论和结论至今仍有参考价值。在当前的轧辊修复实践中，堆焊材料的选择仍然需要综合考虑红硬性、热疲劳性、耐磨性和成本等因素，不能片面追求某一项性能的极致。H25Cr3Mo2MnVA作为高铬高钼型热硬性合金的代表，在热轧开坯轧辊堆焊修复中仍被广泛采用。JL-8110等碳化钨型材料则更适合用于冷加工或中等温度工况下的复合轧辊制造。该研究为国内轧辊堆焊材料的选型提供了重要的试验数据和工程依据，其PDCA式的材料筛选方法也值得借鉴。