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高铬铸钢由于碳及合金元素的含量较高,具有较高的强度及耐磨性,广泛用作热轧辊。然而其组织中含有大量的一次碳化物,呈网状沿晶界分布,致使轧制过程中产生的裂纹极易沿晶界扩展。另外,轧制过程中高铬铸钢中碳化物与基体的氧化协同性较差,高温条件下发生氧化磨损,恶化了热轧辊的高温耐磨性能,导致轧辊过早失效。本文在高铬铸钢表面进行激光熔凝处理,对熔凝层的微观组织特征进行分析,探讨搭接参数对组织和性能的影响,深入研究激光熔凝处理后的高温氧化行为、高温磨损性能及二者之间的内在联系。高铬铸钢组织由回火马氏体和大量网状的M7C3碳化物组成。当采用P=2700W、v=300mm/min、搭接率为33.3%的工艺参数进行激光熔凝处理,可获得表面平整、无气孔、表面硬度高且水平分布均匀的硬化层。激光熔凝处理后组织发生显著变化,高铬铸钢中的网状碳化物完全溶解,熔凝层内组织细化,组织形态由表及里依次为等轴晶—树枝晶—胞状晶,显微组织为奥氏体和颗粒状的M23C6碳化物。熔凝层内碳和合金元素的分布相对均匀,奥氏体组织受到固溶强化、位错强化及细晶强化的共同作用,硬度可达到473.1HV0.2。热影响区显微组织由隐晶马氏体、残余奥氏体和弥散碳化物组成,硬度达到759HV0.2。采用SYSWELD软件建立与实际光斑符合较好的热源模型,对激光熔凝过程中的温度场及应力场进行分析。结果表明,激光熔凝过程中,光斑中心瞬时加热速度可达3.2×104℃/s,瞬时冷却速度可达1.5×104℃/s。单道激光熔凝处理后,熔凝层承受拉应力,距光斑中心2.5mm处的热影响区,Mises应力达最大值713MPa。激光熔凝层由于组织具有较高的强韧性,未发生开裂,热影响区的组织韧性较差,且该区残余拉应力较大,沿碳化物与基体界面产生裂纹。预热和搭接处理可有效降低熔凝层残余拉应力和裂纹敏感性,预热150℃保温1h可预防热影响区开裂。激光熔凝层在低于400℃回火后,硬度基本保持在430HV0.2左右,低于未经回火处理的激光熔凝层硬度(473.1HV0.2)。回火过程中二次硬化始于450℃,此时熔凝层内仍存在孪晶及位错亚结构,细小M23C6碳化物的析出及少量马氏体的生成使熔凝层硬度略有增加(456HV0.2)。560℃回火后由于二次碳化物的析出、大量马氏体的生成及位错强化的共同作用,熔凝层硬度高达672HV0.2。经650℃回火基体完全转变为铁素体,析出的二次碳化物聚集长大、呈网状分布,硬度降低至400HV0.2。高温氧化试验表明,激光熔凝前后高铬铸钢在650℃时氧化缓慢,氧化动力学曲线近似呈对数规律,800℃时氧化速率剧增,氧化动力学曲线遵循抛物线规律。高铬铸钢基体的氧化膜由Fe和Fe2O3组成,高温下高铬铸钢氧化核心在基体与碳化物界面处优先生长,发生不均匀氧化,基体氧化严重,800℃时基体氧化膜开裂。激光熔凝层表面氧化膜由Fe、Fe2O3和(Fe0.6Cr0.4)2O3组成,由于熔凝层的组织细小,氧化初期表面近似均匀氧化,随后通过扩散控制氧化膜逐渐增厚。与未处理试样相比,激光熔凝试样的氧化膜较厚。高温磨损试验表明,激光熔凝处理后560℃和650℃的耐高温磨损性能明显提高,800℃时试样增重但增重量小于未处理试样。高铬铸钢560℃时发生磨粒磨损,磨损面出现大量细小的犁沟和碳化物颗粒。650℃时以粘着磨损为主,并伴随微观犁削。温度升高至800℃时,粘着严重,磨损面存在较深犁沟。激光熔凝处理后熔凝层具有较高的强韧性,560℃和650℃时的耐磨性明显提高,560℃的磨损机制为轻微的磨粒磨损,650℃时发生粘着磨损。激光熔凝试样高温下表面发生均匀氧化而形成连续致密的氧化膜,有效降低了激光熔凝层800℃时的粘着磨损倾向。