45钢辊芯2Cr13埋弧堆焊辊道辊性能分析学习体会

文献概况与工业背景

本文发表于《热加工工艺》1993年第1期，由太原工业大学杨世杰、张汉谦、刘满才与太原第二锅炉厂王林娥合作完成。研究以45钢车轴余料作为辊芯，通过埋弧自动堆焊2Cr13不锈钢制备辊道辊，对堆焊层的硬度、组织及其热稳定性进行了系统分析。该研究体现了资源节约和废旧材料再利用的工业理念，同时解决了轧钢生产线中辊道辊耐磨耐热性能不足的实际问题。

工艺方法与技术特点

埋弧自动堆焊工艺优势

埋弧焊（SAW）作为自动焊接方法，具有熔敷效率高、焊接质量稳定、焊缝成形美观等优点，非常适合大面积堆焊层的制备。在辊道辊的堆焊应用中，埋弧焊能够实现连续、均匀的堆焊层沉积，避免手工焊可能产生的操作者疲劳导致的焊缝质量波动。

材料匹配与工艺设计

选用45钢作为辊芯材料，充分利用了车轴余料的力学性能优势。45钢具有良好的强度和韧性，适合作为承受重载的辊芯基材。2Cr13不锈钢作为堆焊层材料，其碳含量约0.2%，铬含量约13%，在常温下具有较好的耐磨性和耐蚀性，且经过适当热处理后可获得马氏体组织，硬度显著提升。

堆焊层性能分析

硬度测试结果

研究给出了堆焊层在不同热处理状态下的硬度数据：

这些数据表明，2Cr13堆焊层在常温下即可获得较高的硬度，满足辊道辊的耐磨要求。450℃回火处理可以在保持较高硬度的同时，消除堆焊残余应力，提高组织的稳定性。

热稳定性分析

热稳定性是辊道辊在实际工况中的关键性能指标。轧钢生产线中辊道辊长期处于高温环境下工作，堆焊层必须在此条件下保持足够的硬度和耐磨性。450℃回火2小时后硬度维持在HRC45左右，说明2Cr13堆焊层具有良好的热稳定性，其马氏体组织在450℃下不易发生明显软化。这一特性使得该堆焊方案能够满足轧钢生产中辊道辊的使用要求。

金相组织分析

2Cr13不锈钢在埋弧焊快速冷却条件下，堆焊层主要形成马氏体组织，可能伴有少量残余奥氏体。马氏体的高硬度来源于碳原子的固溶强化和位错密度的增加。堆焊层中Cr元素的偏析可能导致晶界处碳化物的析出，这对耐磨性有利，但需注意避免过多的网状碳化物影响韧性。

工程实践价值与反思

该研究的一个突出亮点是采用了车轴余料作为辊芯基材，体现了资源循环利用的工业理念。在实际生产中，废旧车轴的再利用不仅可以降低原材料成本，还能减少废弃物处理的环境压力。从焊接工艺角度看，45钢与2Cr13之间的异种钢焊接需要特别注意熔合区的冶金匹配问题，2Cr13的淬硬倾向较强，熔合区可能形成高碳马氏体组织，存在冷裂纹风险。因此，在实际生产中应采取适当的预热措施，控制层间温度，焊后进行去应力处理。该研究已成功投产使用，证明了该工艺方案的工程可行性，为同类辊道辊的制造提供了可靠的技术参考。