焊后回火处理对9Cr13轧辊钢堆焊熔覆层组织及回火脆性的影响——学习体会

文献概况与研究背景

本文发表于2018年《铸造技术》第39卷第1期，由湖北理工学院李涛、王向杰完成。研究以Cr-Ni-Mn系药芯焊丝对9Cr13轧辊钢进行堆焊，系统考察了焊后回火温度对熔覆层组织、硬度及韧性的影响规律，并确定了熔敷层的回火脆性温度区间。轧辊作为钢铁工业的核心装备部件，其表面堆焊修复技术直接关系到轧辊的使用寿命和轧制质量。9Cr13属于高碳高铬冷硬轧辊钢，其基体硬度高、淬透性好，堆焊修复时的焊接性是一个长期存在的技术难题。

回火温度对组织演变的影响规律

低温回火阶段（50~200℃）

在50~200℃低温回火范围内，熔覆层主要表现为粗大的片状回火马氏体，硬度较高但韧性较低，冲击断口表现为典型的脆性断裂。这一阶段的组织特征表明，低温回火仅能消除部分焊接残余应力，对马氏体片本身的形态改变有限。片状马氏体内部的微裂纹和晶界处的脆性相在此温度区间未能得到有效改善，因此材料处于"硬而脆"的状态。从FMEA（失效模式与影响分析）的角度来看，这一温度区间是堆焊层服役过程中最危险的区域——一旦轧辊在服役中因局部热输入（如轧制热）使温度进入此区间，堆焊层将面临脆性断裂的风险。

中温回火阶段（300~550℃）

300~550℃中温回火范围内，随着回火温度升高，熔覆层中粗大片状回火马氏体逐渐减少，硬度逐渐降低，韧性逐渐改善。当回火温度达到550℃时，堆焊熔覆层中的粗大片状回火马氏体完全消失，转变为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，断口出现大量的断裂韧窝，硬度及韧性均达到较优水平。板条状回火马氏体相较于片状回火马氏体，其内部含有高密度的位错和细小碳化物，具有更好的塑性和韧性，这是550℃回火获得优良综合力学性能的组织学基础。

高温回火阶段（600℃）

当回火温度达到600℃时，堆焊熔覆层主要表现为尺寸较大的颗粒状组织，韧性反而降低。这是因为过高的回火温度促进了碳化物的粗化和聚集，形成了尺寸较大的颗粒状组织，虽然硬度进一步降低，但材料的抗变形能力和抗断裂能力均有所下降，这对轧辊堆焊层的耐磨性和抗冲击性均不利。

回火脆性的确定与工程意义

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℃。这一结论具有重要的工程指导意义：在轧辊堆焊修复后的热处理工艺设计中，必须严格避免使堆焊层温度进入此脆性区间。在实际生产中，轧辊堆焊后通常需要进行整体调质处理，热处理工艺曲线的制定应确保堆焊层在加热和冷却过程中快速通过150~200℃区间，或在冷却时采用分段冷却策略以缩短在此温度区间的停留时间。

与工程实践的结合

轧辊堆焊修复的热处理工艺设计

对于9Cr13轧辊钢的堆焊修复，推荐的热处理工艺为：堆焊完成后进行整体正火（850~900℃）加550℃×2h回火。正火处理可以细化堆焊层和热影响区的晶粒，消除焊接残余应力，为后续回火提供均匀的组织基础。550℃回火则可以获得文献所述的优良板条状+弥散颗粒状混合组织，实现硬度与韧性的最佳平衡。在实际操作中，需特别注意炉温均匀性控制，避免堆焊层与基体之间因温度梯度产生新的残余应力。

药芯焊丝的选择考量

文献采用Cr-Ni-Mn系药芯焊丝，这一选择与9Cr13轧辊钢的化学成分匹配。药芯焊丝中的Cr元素可以提高堆焊层的耐磨性和抗氧化性，Ni元素有利于提高堆焊层的韧性和降低脆性转变温度，Mn元素则可以改善堆焊层的淬透性和强度。在实际生产中，焊丝的化学成分需要根据轧辊的具体使用工况（如轧制温度、轧制力、冷却方式等）进行适当调整。

关键疑问与思考

文献中未详细讨论回火保温时间对组织的影响，仅给出了不同回火温度的对比数据。在实际生产中，保温时间是热处理工艺的重要组成部分，过短的保温时间可能导致组织转变不完全，过长的保温时间则可能引起碳化物粗化和晶界弱化。此外，文献中提到的回火脆性温度区间150~200℃与传统的回火脆性概念（通常指250~400℃的低温回火脆性和500~650℃的高温回火脆性）存在差异，这可能与9Cr13轧辊钢的特殊成分（高碳高铬）以及堆焊熔覆层的快速凝固组织特征有关，值得进一步深入研究。

学习心得与启示

本文最突出的贡献在于通过系统的回火温度梯度试验，清晰地揭示了9Cr13轧辊钢堆焊熔覆层从脆性到韧性再到过回火的完整组织演变规律，并精确确定了回火脆性温度区间。这种"温度-组织-性能"三位一体的研究方法，为轧辊堆焊修复的热处理工艺设计提供了坚实的科学依据。对于从事轧辊修复的技术人员而言，理解回火温度与组织性能之间的对应关系，是制定合理热处理工艺的前提。在实际生产中，轧辊堆焊修复后的热处理往往由外委热处理厂完成，修复技术人员需要充分理解热处理工艺的原理和参数含义，才能有效地与热处理厂沟通并监督热处理质量。轧辊是钢铁生产线的"心脏"部件，其修复质量直接关系到轧制生产的安全性和产品质量，这一研究为轧辊堆焊修复技术的进步提供了有价值的参考。