连铸辊堆焊药芯焊丝的研究学习体会

文献背景与技术需求

李午申和冯灵芝在《天津大学学报》2002年第6期发表的这篇文献，针对连铸辊堆焊修复中焊丝材料的选择问题，以Cr13MoNiV为合金系研制了1Cr13Ni2MoV药芯焊丝，并通过系列性能试验验证了其堆焊金属的综合性能。连铸辊是连铸工艺中的核心部件，直接承受钢水的高温冲击、氧化气氛侵蚀和热循环载荷，其堆焊层的性能直接决定连铸辊的使用寿命和连铸生产的稳定性。

连铸辊堆焊层面临的多重恶劣工况，对堆焊材料提出了极为苛刻的要求：

焊丝设计与性能分析

合金系选择与成分设计

文献以Cr13MoNiV为合金系，这一选择基于以下考虑：

• Cr13：铬含量约13%，形成富铬氧化物保护膜，提供基础抗氧化性。同时，Cr13是典型的马氏体不锈钢成分范围，可通过热处理获得高硬度。
• Mo：钼提高高温强度和抗热疲劳性能，抑制碳化物在晶界析出。
• Ni：镍改善韧性，降低冷脆倾向，同时稳定奥氏体相，优化组织。
• V：钒形成高硬度碳化物（VC），提高耐磨性。

最终研制的1Cr13Ni2MoV焊丝，在Cr13MoNiV基础上调整了镍含量为2%，形成了较为合理的成分配比。

堆焊金属性能评价

文献通过一系列性能对比试验，对堆焊金属进行了全面评价：

硬度与组织：堆焊金属硬度适中，组织均匀。适度的硬度既能保证耐磨性，又能避免过硬导致的脆性断裂。组织均匀性保证了堆焊层性能的各向同性。

抗氧化性能：堆焊金属在高温氧化气氛中表现出较高的抗氧化性能，这主要归功于Cr和Mo元素形成的致密氧化膜。

抗热疲劳性能：堆焊金属具有较高的抗热疲劳性能，能够承受连铸过程中反复的热循环载荷。

耐磨性：堆焊金属具有较好的耐磨性，满足连铸辊与铸坯接触面的使用要求。

抗氧化性与抗热疲劳性、耐磨性的关联

文献的一个重要发现是：堆焊金属的抗氧化性、抗热疲劳性及耐磨性之间存在密切关系。提高抗氧化性能，可以增强堆焊金属抗热疲劳裂纹启裂能力，并在很大程度上抑制热疲劳裂纹的扩展，同时可减缓堆焊金属的磨损。

这一发现具有重要的工程指导意义。它表明，在连铸辊堆焊材料设计中，不应孤立地追求单一性能指标，而应从抗氧化性入手，通过改善抗氧化性来协同提升抗热疲劳性和耐磨性。

工程应用与工艺实践

埋弧堆焊工艺要点

文献采用埋弧堆焊工艺进行连铸辊堆焊修复，埋弧堆焊在连铸辊堆焊中具有以下优势：

• 焊接效率高，适合大面积堆焊。
• 熔敷金属纯净，飞溅少。
• 焊缝成形好，表面质量高。
• 易于实现自动化操作。

埋弧堆焊连铸辊时的关键工艺参数包括：

连铸辊堆焊质量控制的PDCA循环

运用PDCA（计划-执行-检查-处理）循环管理连铸辊堆焊质量：

• Plan（计划）：根据连铸辊材质、使用工况选择焊丝牌号，制定堆焊工艺规程，明确质量标准和检验要求。
• Do（执行）：按工艺规程进行堆焊操作，严格控制焊接参数和层间温度。
• Check（检查）：对堆焊层进行硬度检测、金相检查、尺寸测量，必要时进行热疲劳试验。
• Act（处理）：对检查中发现的问题进行分析，调整工艺参数或改进操作方法，形成经验反馈。

焊丝选用的一般性原则

从该文献的研究中可以提炼出连铸辊堆焊焊丝选用的一般性原则：

1. 抗氧化性优先：连铸辊堆焊层的首要任务是抵抗高温氧化，因此抗氧化性是选材的首要考量。
2. 热疲劳与耐磨协同：在满足抗氧化性的基础上，通过合金设计实现抗热疲劳和耐磨性的协同提升。
3. 硬度适中：堆焊层硬度不宜过高，过高的硬度会降低韧性，增加热疲劳开裂风险。
4. 组织均匀：堆焊层组织应均匀致密，避免出现粗大晶粒、网状碳化物或脆性相。

学习总结

这篇文献虽然发表较早，但其研究思路和技术结论至今仍具有重要的参考价值。连铸辊堆焊焊丝的研发是一个系统工程，需要从合金设计、焊丝制造工艺、堆焊工艺优化和性能验证等多个环节协同推进。文献中揭示的抗氧化性与抗热疲劳性、耐磨性之间的内在关联，为堆焊材料设计提供了新的思路。在实际工程中，连铸辊堆焊修复的质量直接影响连铸生产的稳定性和经济性，焊工和工艺人员应当充分理解堆焊材料的性能特点和使用要求，严格按照工艺规程操作，确保堆焊质量。