轧钢机导板高速钢稀土堆焊材料研究的文献学习体会

文献概况

本文发表于《新技术新工艺》1996年第2期，由安徽工学院王国平完成。研究针对轧钢机导板这一关键部件的工况条件，选用高速钢作为堆焊合金成分，并将复合稀土元素添加到焊条药皮中，通过改善堆焊层组织来提高其冲击韧性、抗裂性和抗冷热疲劳性能。该研究虽然年代较早，但其核心思路——通过合金化设计改善堆焊层组织与性能——在当前的堆焊工程实践中仍具有重要的参考价值。

工况分析与材料选型

轧钢机导板的工作条件

轧钢机导板是轧钢机中的重要导向部件，其工作条件极为苛刻。导板需要承受高温轧件的直接接触和摩擦，同时承受轧制力的冲击和反复的热循环作用。具体工况特征如下：

高速钢作为堆焊材料的选择依据

高速钢（如W6Mo5Cr4V2、W18Cr4V等）具有优异的淬透性、红硬性和耐磨性，其高碳、高合金成分使其在堆焊后能够形成大量弥散分布的碳化物，提供高硬度。然而，传统高速钢堆焊层存在网状碳化物粗大、晶粒粗大、韧性不足等问题，容易在冲击和热循环作用下产生裂纹。

稀土复合添加剂的组织调控机理

稀土的晶粒细化作用

复合稀土（通常为La、Ce、Nd等的混合氧化物或氟化物）添加到焊条药皮中后，在电弧高温下与熔池中的氧化物发生反应，形成低熔点的稀土化合物。这些化合物在熔池凝固过程中起到以下作用：

• 作为异质形核核心，促进晶核形成，细化晶粒
• 吸附在晶界上，抑制晶粒长大
• 与硫、磷等有害元素形成高熔点化合物，净化熔池

网状碳化物的破碎与弥散化

高速钢堆焊层中最关键的缺陷是网状碳化物。粗大的网状碳化物不仅降低了堆焊层的韧性，还容易成为裂纹源。稀土的加入通过以下机制改善碳化物形态：

1. 稀土元素与碳形成稀土碳化物，改变碳化物的形核方式
2. 稀土促进碳化物的球化和弥散化，避免网状分布
3. 细化晶粒后，晶界面积增大，碳化物沿晶界析出的驱动力减小

性能提升的综合效果

稀土复合添加剂的加入使堆焊层实现了以下性能提升：

工程实践中的工艺要点

焊条选用与焊接参数

在实际应用中，选择含有稀土复合添加剂的高速钢焊条时，需要注意以下工艺要点：

• 焊条烘干：按焊条说明书要求严格烘干，防止药皮受潮影响稀土效果
• 焊接电流：采用略低于常规值的电流，避免过热导致晶粒粗化
• 焊接速度：适当提高焊接速度，减小热输入，控制晶粒尺寸
• 层间温度：控制在150~250°C，避免过高的层间温度导致组织粗化

堆焊层质量控制

堆焊层的金相检验是确保质量的关键环节。建议对以下项目进行检验：

• 晶粒度：控制在8级以上，确保晶粒细化效果
• 碳化物形态：观察碳化物是否呈弥散球状分布，无网状
• 硬度分布：堆焊层硬度应均匀，硬度梯度平缓
• 裂纹检测：采用磁粉检测（MT）检查表面和近表面裂纹

与钢管行业堆焊技术的关联

虽然该研究针对轧钢机导板，但其核心原理与钢管行业中的堆焊技术高度相关。在钢管制造中，堆焊技术广泛应用于：

• 耐磨内衬管（如输送矿浆、煤浆的管道）
• 耐腐蚀管板（如压力容器管板的奥氏体不锈钢堆焊）
• 特殊工况管件（如高温、高压环境下的耐磨管件）

稀土复合添加剂的组织调控原理同样适用于上述场景。例如，在输送磨蚀性介质的管道内壁堆焊耐磨层时，采用稀土复合焊材可以有效改善堆焊层的组织和性能，延长管道使用寿命。

反思与启示

该研究虽然发表于1996年，但其核心思路——通过合金化设计改善堆焊层组织——在当前的堆焊工程实践中依然适用。稀土元素在焊接冶金中的晶粒细化和碳化物调控作用已被大量研究证实，是当前焊材开发的重要方向之一。

从工程实践角度看，该研究的最大贡献在于证明了稀土复合添加剂在高速钢堆焊中的有效性。然而，实际应用中还需要考虑稀土添加剂的成本、焊条的储存稳定性以及不同批次的一致性等问题。建议在工程应用中，对稀土焊条进行严格的批次检验和工艺验证，确保堆焊质量的稳定性。

对于从事钢管和管件堆焊工程的技术人员而言，该文献提供了一个重要的启示：堆焊材料的性能不仅取决于合金成分，更取决于微观组织的控制。通过合理的合金设计和工艺优化，可以显著改善堆焊层的综合性能，延长部件使用寿命，降低生产成本。