轧辊堆焊材料的选择与试验学习体会

研究背景与选材需求

刘慧林等人在《矿冶工程》2004年第24卷增刊上发表的文章，针对涟钢650热轧开坯轧机，对4种国内常用堆焊用材料进行了系统的性能对比试验，目的是选择性能优异的轧辊堆焊材料。热轧开坯轧机是钢铁企业的关键设备，轧辊在高达1000°C以上的钢坯温度下工作，同时承受巨大的轧制力和摩擦，因此对堆焊材料的红硬性、热疲劳性和耐磨性提出了极高的要求。

试验材料与评价体系

试验材料对比

文章选取了4种国内常用堆焊材料进行对比试验：

其中，1#材料H25Cr3Mo2MnVA含有高含量的Cr、Mo、V等合金元素，这些元素在高温下形成稳定的碳化物，赋予材料优异的红硬性和耐磨性。4#材料JL-8110则侧重于耐磨性，适用于复合轧辊的制造。

性能评价体系

文章建立了包含以下方面的综合性能评价体系：

1. 红硬性：材料在高温下保持硬度的能力，通常通过高温硬度测试（如1000°C下硬度）来评价
2. 热疲劳性：材料在循环热载荷下的抗开裂能力，通过热疲劳循环次数来评价
3. 常规力学性能：包括硬度、抗拉强度、冲击韧性等
4. 组织特征：碳化物类型、分布和形态

试验结果与材料选择

1#材料（H25Cr3Mo2MnVA）的综合性能优势

试验结果表明，1#材料在文中所述工艺规范下具有最佳的综合性能，最适合于热轧开坯轧辊的堆焊。其优势体现在：

• 红硬性好：高Cr、Mo、V含量形成的M₇C₃和M₂₃C₆型碳化物在高温下保持高硬度，有效抵抗高温下的塑性变形
• 热疲劳性优良：合金元素形成的碳化物弥散分布在基体中，阻碍热疲劳裂纹的萌生和扩展
• 组织稳定：碳化物形态规则，分布均匀，在热循环中不易发生相变或粗化

4#材料（JL-8110）的耐磨性优势

4#材料JL-8110具有最好的耐磨性，但其综合性能不如1#材料。这提示我们，在轧辊堆焊材料选择中，不能仅追求单一性能的极值，而应综合考虑红硬性、热疲劳性和耐磨性的平衡。

材料选择决策矩阵

工程实践启示

轧辊堆焊工艺要点

结合本文的研究成果和工程实践经验，热轧开坯轧辊堆焊应注意以下工艺要点：

1. 堆焊层厚度控制：通常控制在8-15mm，过薄则耐磨寿命不足，过厚则易产生裂纹
2. 道间温度控制：控制在200-300°C，避免过热导致晶粒粗化
3. 焊后热处理：堆焊后进行缓冷或去应力退火，消除残余应力
4. 堆焊方向：采用交叉堆焊方式，减少纵向裂纹倾向

材料选择的工程考量

在实际工程中，轧辊堆焊材料的选择还需考虑以下因素：

• 服役温度：不同轧制工序的轧辊工作温度不同，需选择对应红硬性等级的材料
• 轧制力大小：大轧制力工况下，堆焊层的抗塑性变形能力更为关键
• 经济因素：高合金堆焊材料的成本较高，需在性能与成本之间寻求平衡
• 可焊性：堆焊材料与轧辊基体的焊接性直接影响堆焊质量

这篇文章虽然发表于2004年，但其材料选择方法和评价体系至今仍有参考价值。在当前钢铁企业节能减排的大背景下，延长轧辊使用寿命、减少更换频率具有重要的经济意义和环境意义。