不同材料夹送辊堆焊层退火处理组织性能对比学习体会

文献概况与研究意义

滕宏胤、王银军和吴索团于2025年在《金属热处理》发表的《不同材料夹送辊堆焊层退火处理后的组织及性能对比》一文，针对热轧夹送辊的堆焊修复材料选择问题，系统对比了三种焊丝（Delstain-442、Multipass-249、Multipass-224HC）在500℃和540℃两种退火温度下的组织演变和性能变化。夹送辊是热轧生产线上的关键设备，在轧制过程中承受高温、高压和剧烈摩擦，其堆焊层的耐磨性直接决定了轧制生产效率和产品质量。该研究对于夹送辊堆焊材料的优化选择和工艺改进具有重要的工程指导价值。

三种焊丝的材料特性对比

夹送辊堆焊材料的选择需要综合考虑硬度、耐磨性、韧性、高温性能和与基体的匹配性。文献中涉及的三种焊丝代表了不同的材料设计理念：

从材料设计角度看，Delstain-442属于经典的马氏体不锈钢堆焊材料，其耐磨性主要来源于大量弥散分布的Cr7C3和Cr23C6碳化物。Multipass-249引入了Ni元素，提高了奥氏体稳定性，在退火后能保留更多残余奥氏体，从而获得更好的韧性。Multipass-224HC则走的是"以硬度换韧性"的路线，通过极高的碳和铬含量获得极高的硬度和耐磨性，但脆性较大。

退火处理对堆焊层组织的影响机理

退火处理是堆焊层性能调控的关键环节。文献中研究的500℃和540℃退火温度处于马氏体不锈钢的低温回火温度范围，其主要作用机理包括：

第一，残余奥氏体的分解。在堆焊凝固过程中，由于冷却速度快，部分奥氏体未能转变为马氏体而保留至室温，形成残余奥氏体。退火加热到500-540℃时，残余奥氏体发生马氏体转变（A→M），这一转变过程称为"二次淬火效应"。文献结果表明，三种堆焊层中的残余奥氏体均向马氏体转化，其中Delstain-442堆焊层的转化最为充分，这与其较高的碳和铬含量有关，这些元素降低了马氏体转变温度（Ms点），使得残余奥氏体在较低温度下即可稳定存在，退火时更容易发生转变。

第二，碳化物的析出与聚集。退火过程中，过饱和固溶态的碳和合金元素从马氏体中析出，形成碳化物。碳化物的析出形态和分布对堆焊层性能有决定性影响。细小弥散的碳化物有利于提高耐磨性，而粗大聚集的碳化物则降低韧性。540℃退火相比500℃退火，碳化物的析出更充分，但同时聚集长大的趋势也更明显。

第三，马氏体的分解。马氏体在退火过程中发生分解，形成回火马氏体。回火马氏体由α相和弥散分布的ε-碳化物组成，其硬度和韧性介于淬火马氏体和回火索氏体之间。

性能对比分析

文献的核心贡献在于对三种焊丝在两种退火温度下的性能进行了系统对比。从结果分析：

Delstain-442堆焊层：退火后残余奥氏体转化最为充分，540℃退火可获得更好的高温硬度和高温耐磨性能。这表明Delstain-442在退火工艺窗口内具有较好的性能稳定性，适合作为夹送辊的常规堆焊材料。其组织转化充分意味着碳化物析出更完全，硬度更高，但同时韧性有所下降。

Multipass-249堆焊层：540℃退火后韧性更好，组织更稳定，高温耐磨性能更优。这一结果表明Multipass-249在较高退火温度下具有更好的综合性能，Ni元素的加入有效抑制了碳化物的过度聚集，保持了组织的均匀性。但文献也指出，Multipass-249的冲击韧性存疑，是否可完全替换Delstain-442还需进一步验证。这一审慎的结论体现了工程技术人员应有的科学态度。

Multipass-224HC堆焊层：具有较高脆性，但两种温度退火后均有良好的耐磨性，磨损率相对Delstain-442降低了一个量级。磨损率降低一个量级是一个非常显著的性能提升，这意味着在相同工况下，Multipass-224HC堆焊层的使用寿命可能是Delstain-442的十倍左右。然而，高脆性意味着在冲击载荷或温度急变条件下容易产生裂纹，限制了其应用范围。

退火温度的工艺窗口选择

从工程实践角度，退火温度的选择需要在硬度、耐磨性和韧性之间取得平衡。500℃和540℃两个温度的对比揭示了以下规律：

对于夹送辊这种承受高温、高压和剧烈摩擦的工况，耐磨性是首要指标，但韧性也不能忽视，因为夹送辊在轧制过程中可能受到钢卷的冲击。因此，退火温度的选择应根据具体的轧制工况和夹送辊的工作条件来确定。对于轧制薄板、高频次的工况，可适当提高退火温度以获得更高的耐磨性；对于轧制厚板、低频次的工况，可适当降低退火温度以获得更好的韧性。

工程应用建议与思考

基于该文献的研究成果，结合夹送辊堆焊修复的工程实践，我提出以下建议：

第一，对于现有使用Delstain-442的夹送辊，可考虑将退火温度从常规的500℃提高到540℃，以获得更好的高温耐磨性能，同时通过增加退火保温时间（2-4小时）来保证残余奥氏体的充分转化。

第二，对于拟替换为Multipass-249的夹送辊，建议先进行小范围的试点应用，重点监测冲击韧性和裂纹萌生情况。可考虑在Multipass-249堆焊层表面增加一道Delstain-442的过渡层，以改善与基体的冶金结合和韧性匹配。

第三，Multipass-224HC虽然耐磨性极佳，但高脆性限制了其在夹送辊上的应用。可考虑将其用于磨损严重但冲击载荷较小的部位，如夹送辊的导板或衬板，而非直接用于夹送辊的辊面。

该文献的研究方法值得借鉴：通过控制变量法，系统对比不同焊丝在不同退火温度下的组织性能，为工程选材提供了定量依据。这种基于试验数据的选材方法，比凭经验选材更加科学可靠。在当前热轧生产线对效率和质量的更高要求下，堆焊材料的优化选择将成为提高生产线竞争力的重要途径。