軋輥修復常采用在軋輥表面堆焊硬面合金以提高軋輥的使用壽命,硬面藥芯焊絲的應用越來越廣泛,亟待開發出具有良好焊接性能和耐高溫磨損性能的硬面藥芯焊絲。 本文針對軋輥堆焊修復的實際需求,開發出了Fe-Cr-C系馬氏體不銹鋼埋弧硬面藥芯焊絲,全面研究微合金元素Nb、V、Ti對馬氏體不銹鋼堆焊層的硬度及高溫耐磨性能的影響。在焊接電流370~420A,焊接電壓31.5V,焊接速度20.3m/h的焊接條件下,焊接工藝性能良好,焊接接頭的力學性能達到使用標準,高溫耐磨性能滿足軋輥堆焊修復的使用要求。
添加微合金元素Nb、V、Ti的藥芯焊絲堆焊層在420℃中溫回火和600℃高溫磨損后,硬度下降幅度均低于不添加Nb、V、Ti的藥芯焊絲堆焊層,研究表明在馬氏體不銹鋼硬面堆焊藥芯焊絲中加入微合金元素Nb、V、Ti,能有效地提高埋弧堆焊層的抗高溫回火軟化的能力,使回火后能保持較高的表面硬度。600℃高溫磨損過程中,添加Nb、V、Ti的藥芯焊絲堆焊層均比不含Nb、V、Ti堆焊層相對耐磨性好,結果表明在馬氏體不銹鋼堆焊層和42CrMo中碳低合金鋼的高溫磨損中,42CrMo鋼表面高溫下形成的氧化皮,粘著于馬氏體不銹鋼硬面堆焊層表面,導致其表面產生粘著磨損和磨粒磨損。 研究表明合金元素Nb、V、Ti形成的彌散分布的碳氮化物硬質相顆粒在高溫磨損過程中起耐磨骨架作用,提高堆焊層金屬的高溫磨損性能。磨損過程中高溫硬度值高,有利于減少磨粒的壓入深度,同時能使磨損表面粘著概率降低,有利于提高高溫磨損過程中抗磨粒磨損和粘著磨損性能。 藥芯焊絲堆焊層的高溫磨損性能不僅與高溫硬度有重要關系,也與基體材料和碳氮化物硬質相顆粒之間的強韌匹配有關。研究表明,有良好斷裂韌性的馬氏體不銹鋼基體才能有效地支撐和鑲嵌Nb、V、Ti的碳氮化物,碳氮化物在高溫磨損中的耐磨骨架作用才能更好體現;在外力作用下,碳氮化物周圍產生位錯增殖,阻礙其滑移,延阻了其剝離,從而能更好提高高溫耐磨性能。若基體組織斷裂韌性較差,在高溫磨損過程中,易在碳氮化物硬質相顆粒周圍先發生斷裂機制的塊狀剝落而造成較大體積的失重量,反而造成高溫磨損性能的下降。
