轧辊耐磨堆焊焊条D600的性能研究

吕程 陈冰泉 贾勤飞

D600是自行研制的一种新型耐磨堆焊焊条，用于含铬量3～5%的轧辊的堆焊和修复。对熔敷金属成分采用了低合金、微合金体系的研发思路，以保证焊条良好的工艺性能、耐磨性能和较低的成本。本文对焊条的工艺性能、熔敷金属的回火稳定性和耐磨性能进行了研究，并通过金相和X射线衍射分析对回火温度的影响机理进行了初步探讨。

1.D600焊条工艺性能

本试验由经验丰富的持证焊工施焊。观察表明：D600焊条引弧容易，铁水流动性好，电弧平稳，操作性能良好。焊后脱渣容易，但焊缝成形一般，波纹稍粗。采用GX型高温物性测试仪测定药皮熔化温度，测得D600药皮熔化温度为1109℃。根据GB/T25776-2010，测定D600焊条的熔敷效率为121.875%，表明焊条有较高的熔敷效率。按照文献的方法和要求，用45℃甘油法扩散氢测定仪测定得到D600焊条每100g熔敷金属中的扩散氢含量为3.79ml，为低氢型焊条。

2.D600焊条熔敷金属回火稳定性和耐磨性研究

采用D600焊条对试板进行四层堆焊，焊后用磨床将焊缝表面磨平，利用数控线切割机将堆焊试样切割成12个规格为15×14×8mm的小试样，焊缝上表面（即熔敷金属）为试验面。对切下的试样进行编码打钢号。将试样置于箱式电阻炉中分别在100℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃温度进行回火处理，保温40min，空冷。

2.1 熔敷金属硬度试验

用TH110里氏硬度计对焊缝表面进行硬度测试，测试结果如表 2。焊态硬度HRC53.5，完全可以满足轧辊修复堆焊的要求。可以看出，D600焊条熔敷金属具有良好的回火穩定性：除了在200～250℃以及550～600℃回火时出现硬度小幅下降外，硬度值随回火温度的变化波动不大，其中在100℃回火时得到硬度最高值58.8HRC。

表2 焊态及不同回火温度下焊缝表面的硬度值

Tab.2 Hardness of weld surface as-welded and at different temper temperature

回火温度，℃ 焊态 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600

平均硬度值，

HRC 53.5 58.8 54.4 52.5 50.8 54.0 56.1 58.3 56.1 55.8 51.2 50.5

2.2 熔敷金属耐磨性试验

在MM200型磨损试验机上进行磨损试验，载荷8Kg低速磨损30min后清洗、吹干，在电子分析天平上称重。测试结果如表3。从表3可以看出焊态及100～200℃回火试样保持了较好的耐磨性，在250℃～600℃范围回火处理后其在滑动磨损条件下的耐磨性能都有所降低。

表3 D600焊条熔敷金属回火试样滑动磨损试验结果

Tab.3 The results of sliding wear of tempering samples of D600 electrode deposited metal

回火温度/℃ 焊态 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600

磨损量/mg 0.2 0.2 0.1 0.2 0.3 0.4 0.4 0.3 0.5 0.7 0.3 0.7

3.试验结果分析

利用日本理学D/MAX-ⅢC型X射线衍射仪对D600焊态熔敷金属进行组织分析。从图2可以看出，焊态熔敷金属组织为马氏体和残余奥氏体。碳化物的衍射峰和马氏体峰是重合的，所以在衍射图中不能显示。马氏体组织的存在可大幅度提高金属的硬度和强度，碳化物在提高硬度方面也有积极的作用。碳化物同时还起到抗磨骨架的作用，依赖基体的支撑和保护，提高耐磨性能。

图2 D600焊态熔敷金属的X射线衍射图

Fig.2 XRD pattems of D600 deposited metal as welded

用TK-C9201EC倒置金相显微镜观察显微组织，腐蚀剂为4%硝酸酒精溶液。熔敷金属焊态组织以片状马氏体为主，因此具有较高的硬度和耐磨性。经100℃回火处理后，马氏体中的碳原子在晶界周围发生偏聚，形成微小的碳富集区，使硬度有所升高，但组织形态与焊态变化不大，耐磨性没有变化。在200℃回火时，随着回火温度的升高，富集区的碳原子发生了转变，析出针状碳化物，马氏体的含碳量减少，因而硬度略有下降，但由于碳化物的析出，依然保持了良好的耐磨性。400℃回火时，试样中碳化物从马氏体基体中析出，形成小颗粒状的渗碳体，组织是隐针马氏体、残余奥氏体和碳化物。随着回火温度的升高，针状碳化物逐渐变短、变细，因此耐磨性能逐渐下降。当回火温度达到600℃时，马氏体中碳质量分数不断降低，渗碳体析出，晶内针状碳化物完全消失，晶粒略有长大，故耐磨性下降，但硬度变化不大。

4.结论

（1）D600堆焊焊条工艺性能良好， 电弧燃烧稳定， 易引弧，飞溅小，熔敷效率高，脱渣容易，焊缝成形一般，波纹稍粗。（2）D600堆焊层具有较好的回火稳定性和耐磨性，其中在100℃～200℃温度范围回火，可获得较高硬度值（58.8HRC）和较好的耐磨性能。（3）D600堆焊焊条的堆焊合金组织是马氏体、残余奥氏体和少量碳化物。焊态金属和回火后的组织差别不大，硬度值变化较小。低温回火后，组织保持了较高的耐磨性，随着回火温度的升高，耐磨性呈下降的趋势。