9Cr13轧辊钢堆焊熔覆层回火处理与回火脆性学习体会

文献概况

本文出自湖北理工学院机电工程学院李涛与王向杰，发表于2018年《铸造技术》第39卷第1期。研究采用Cr-Ni-Mn系药芯焊丝对9Cr13轧辊钢进行堆焊修复，系统考察了焊后不同回火温度对熔覆层组织、硬度及韧性的影响规律，并确定了回火脆性温度区间。轧辊是轧钢生产线的核心部件，其工作表面的耐磨性、抗压强度和韧性直接影响轧制质量和轧辊使用寿命，堆焊修复是延长轧辊寿命的重要技术手段。

组织演变规律的系统解读

文献通过金相分析、显微硬度测试和冲击韧性试验，揭示了9Cr13轧辊钢堆焊熔覆层在50~600℃回火温度范围内的组织演变规律。这一规律可以划分为四个特征区间：

从冶金学角度分析，这一演变规律符合经典钢的回火转变理论，但具体表现与常规碳钢有所不同。9Cr13属于高碳高铬冷作模具钢，其堆焊熔覆层的碳含量和合金元素含量较高，这导致：

1. 淬火后熔覆层中马氏体含量高，且由于碳含量较高，马氏体片较粗大，残余应力较大。
2. 低温回火（50~200℃）主要释放部分残余应力，碳化物尚未充分析出，组织仍为粗大片状回火马氏体，韧性较差。
3. 中温回火（300~550℃）阶段，碳化物开始大量析出，马氏体片逐渐分解为板条状组织，碳化物的弥散分布有效阻碍了位错运动，同时板条组织本身具有较高的韧性。
4. 600℃过回火时，碳化物粗化聚集，马氏体完全分解为铁素体+碳化物的混合组织，强度和韧性均下降。

回火脆性温度区间的确定

文献根据冲击韧度值确定了熔敷层的回火脆性温度区间为150~200℃。回火脆性是钢在特定温度区间回火后韧性显著降低的现象，分为第一类回火脆性（低温回火脆性，不可逆）和第二类回火脆性（高温回火脆性，可逆）。

对于9Cr13轧辊钢堆焊熔覆层而言，150~200℃的回火脆性区间属于第一类回火脆性范畴。第一类回火脆性的产生机制主要与以下因素有关：

• 马氏体中残余碳的偏聚：在低温回火过程中，残余奥氏体分解和残余碳从马氏体中析出，碳原子在马氏体晶界偏聚，削弱晶界结合力。
• 残余奥氏体的分解：堆焊熔覆层中可能含有少量残余奥氏体，在150~200℃区间内残余奥氏体开始分解，释放的碳原子加剧晶界偏聚。
• 晶界碳化物的析出：少量碳化物在晶界析出，形成连续网状分布，严重削弱晶界强度。

从工程应用角度，这一发现具有重要的指导意义：轧辊堆焊修复后的热处理工艺必须避开150~200℃的回火脆性区间，推荐采用550℃左右的中温回火处理，以获得最佳的硬度-韧性匹配。

工艺优化建议

基于文献研究结论，对9Cr13轧辊钢堆焊修复的热处理工艺提出以下建议：

1. 焊后热处理制度：堆焊完成后，建议在550℃×2h进行回火处理，随后空冷。此温度可确保熔覆层获得细小的板条状回火马氏体与弥散分布的细小颗粒状混合组织，硬度和韧性均处于较优水平。
2. 避免回火脆性区间：严禁在150~200℃区间进行回火或保温，即使是在焊后消除应力处理过程中也应避开此温度区间。
3. 多层堆焊的热处理控制：若采用多层堆焊，每层堆焊后应进行中间回火处理（建议500~550℃），以消除层间应力，防止裂纹产生，同时避免进入回火脆性区间。
4. 焊丝选择：Cr-Ni-Mn系药芯焊丝是合适的选择，其合金成分与9Cr13母材匹配良好，熔敷层碳含量适中，有利于获得良好的组织和性能。

学习心得与启示

本文的研究方法值得借鉴：通过系统改变回火温度，全面考察组织、硬度和韧性的变化规律，而非仅关注单一性能指标。这种"全温度区间扫描"的研究方法，能够完整揭示热处理对材料性能的规律性影响，为工艺优化提供全面的数据支撑。

从工程实践角度，轧辊堆焊修复后的热处理工艺往往存在"重硬度、轻韧性"的倾向，导致修复后的轧辊虽然表面硬度达标，但韧性不足，在轧制过程中容易剥落或断裂。文献揭示的回火脆性区间和最优回火温度，为制定科学合理的焊后热处理制度提供了明确的理论依据。在实际生产中，建议将550℃回火作为9Cr13轧辊堆焊修复的标准工艺参数，并在工艺规程中明确标注避开150~200℃回火脆性区间的要求。