热轧辊堆焊材料及工艺研究

热轧辊堆焊材料及工艺研究

摘要研究了Cr-W-V和Cr-Mo-V堆焊金属在热疲劳试验过程中组织的变化行为以及化学成分和组织对耐热疲劳性能和耐磨性能的影响，并制定了合理可行的夹送辊和助卷辊的堆焊工艺。研究结果表明，起弥散强化作用的钨的碳化物在热疲劳试验过程中易于聚集长大，从而降低热疲劳强度；在Cr-Mo-V堆焊金属中加入小于1 %的镍，会提高热疲劳性能，但加入过多的镍则显著降低相变温度(Ac1)，并对耐磨性不利；基体组织为均一、稳定的板条马氏体，且在其上分布着弥散、稳定的钒的碳化物，有利于抗热疲劳和抗磨损。

关键词热轧辊堆焊热疲劳性能磨损

STUDY ON SURFACING MATERIALS AND TECHNOLOGY

FOR HOT ROLLING MILL ROLLS

SHEN Fenggang LU Xuegang CHEN Ziqiang X Lengqian XUE Jin

(Xi′an Jiaotong University)

ABSTRACT In the paper,the change of microstructure of Cr-W-V & Cr-Mo-V building up metals during thermal fatigue test has been investigated,and the effects of chemical composition and microstructure on the resistance to thermal fatigue and wear have been analyzed.It is shown that tungsten carbides which are contributor of dispersed phase hardening are easy to gather and grow up and the resistance to thermal fatigue is reduced consequently,the thremal fatigue resistance will be raised by adding Ni less than 1 % in surfacing metals,excessive Ni will reduce the transformation temperature (Ac1)evidently and also do harm to wear resistance.The structure of homogeneous and stable lath martensite as matrix with stable fine vanadium carbides on is of advantage to resist thermal fatigue and wear.

KEY WORDS hot rolling rolls,surfacing,thermal fatigue property,wear

冶金热轧辊是钢铁企业轧钢设备上的关键零件。轧辊质量的好坏、使用寿命的长短影响到轧机的作业率、钢材的质量、维修费用等，最终将直接影响到钢材的成本。轧辊的工作表面直接接触轧材，由于受到工作压力、冲击、磨损、热作用等，经过一段工作时间以后，轧面会发生损坏，因此，需采用表面堆焊技术对其进行修复。有关热疲劳问题，国内外虽然进行了大量的研究工作［1］，但主要是在如何分析、计算及控制热应力方面，而对于成分和组织对热疲劳性能的影响及有关热疲劳过程中的组织变化机制的研究却不多。提高材料的热疲劳性能和耐磨性能有时是矛盾的，如何处理好这一矛盾，使热轧辊表面堆焊金属获得良好

的综合性能是一个重要课题。本文拟对这些内容加以研究和探讨，摸索出一定的规律。

1表面堆焊金属合金系统的选择和组织的确定

1.1合金系统的选择

从影响热疲劳和磨损的内在因素来看，选择热轧辊表面堆焊材料的合金系统首先应满足热稳定性好这一要求，在此基础上再通过调整堆焊金属的化学成分和组织来满足其它各方面的性能要求，从而最终获得具有良好耐热疲劳和耐磨损性能的堆焊金属。热稳定性较好的耐热合金系统有：Cr-Mo、Cr-Mo-V、Cr-W-V、Cr-W-V-B和Cr-Mo-V-Ti-B等。其中钨、钒均能析出强化，这对进一步提高材料的高温性能有利，但含钨较高的材料，其耐热疲劳性能较差［2］；钛、硼虽可提高钢的晶界强度和韧性等，但钛、硼不易过渡。故基于以上的考虑，本文选用Cr-W-V和Cr-Mo-V合金系统作为热轧辊表面堆焊金属的基本合金系统。

1.2组织的确定

为获得良好的耐热疲劳性和耐磨性，堆焊金属应具有合适的组织。从材料的力学性能对热疲劳性和耐磨性的影响看，提高材料的强度和硬度有利于提高热疲劳性和耐磨性，但热疲劳性还要求材料的组织要有较好的塑性、韧性，以减缓热疲劳裂纹的扩展。在焊接条件下，板条马氏体是比较理想的组织。从材料的耐磨性角度来看，基体组织中第二相对材料耐磨性有重要影响。在马氏体基体上分布着均匀细小的碳化物尤其是高硬度的合金碳化物比单一的马氏体组织具有更高的耐磨性［3］。所以，热轧辊表面堆焊金属为了能够满足耐热疲劳和耐磨性能的要求，应该具有板条马氏体的基体组织，在回火时能弥散析出特殊碳化物，使材料性能得到进一步的改善。

2试验材料及方法

2.1试验材料

堆焊母材采用Q235钢板。试验选用H3Cr2-W8V和H25Cr3Mo2MnVA两种焊丝，焊剂为HJ260和研制的MgO-CaF2-SiO2-Al2O3渣系的碱性烧结焊剂。表1为焊丝的化学成分。

2.2试验设备和方法

表1焊丝的化学成分%

Table 1The chemical composition of welding wire%

焊丝 C Mn Si S P Cr W Mo V

H3Cr2W8V 0.328 0.300 0.225 —— 2.550 7.98 —0.35

H25Cr3Mo2MnVA 0.260 1.210 0.496 0.03 0.02 3.180 — 1.52 0.51