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轧辊修复常采用在轧辊表面堆焊硬面合金以提高轧辊的使用寿命,硬面药芯焊丝的应用越来越广泛,亟待开发出具有良好焊接性能和耐高温磨损性能的硬面药芯焊丝。本文针对轧辊堆焊修复的实际需求,开发出了Fe-Cr-C系马氏体不锈钢埋弧硬面药芯焊丝,全面研究微合金元素Nb、V、Ti对马氏体不锈钢堆焊层的硬度及高温耐磨性能的影响。在焊接电流370~420A,焊接电压31.5V,焊接速度20.3m/h的焊接条件下,焊接工艺性能良好,焊接接头的力学性能达到使用标准,高温耐磨性能满足轧辊堆焊修复的使用要求。添加微合金元素Nb、V、Ti的药芯焊丝堆焊层在420℃中温回火和600℃高温磨损后,硬度下降幅度均低于不添加Nb、V、Ti的药芯焊丝堆焊层,研究表明在马氏体不锈钢硬面堆焊药芯焊丝中加入微合金元素Nb、V、Ti,能有效地提高埋弧堆焊层的抗高温回火软化的能力,使回火后能保持较高的表面硬度。600℃高温磨损过程中,添加Nb、V、Ti的药芯焊丝堆焊层均比不含Nb、V、Ti堆焊层相对耐磨性好,结果表明在马氏体不锈钢堆焊层和42CrMo中碳低合金钢的高温磨损中,42CrMo钢表面高温下形成的氧化皮,粘着于马氏体不锈钢硬面堆焊层表面,导致其表面产生粘着磨损和磨粒磨损。研究表明合金元素Nb、V、Ti形成的弥散分布的碳氮化物硬质相颗粒在高温磨损过程中起耐磨骨架作用,提高堆焊层金属的高温磨损性能。磨损过程中高温硬度值高,有利于减少磨粒的压入深度,同时能使磨损表面粘着概率降低,有利于提高高温磨损过程中抗磨粒磨损和粘着磨损性能。药芯焊丝堆焊层的高温磨损性能不仅与高温硬度有重要关系,也与基体材料和碳氮化物硬质相颗粒之间的强韧匹配有关。研究表明,有良好断裂韧性的马氏体不锈钢基体才能有效地支撑和镶嵌Nb、V、Ti的碳氮化物,碳氮化物在高温磨损中的耐磨骨架作用才能更好体现;在外力作用下,碳氮化物周围产生位错增殖,阻碍其滑移,延阻了其剥离,从而能更好提高高温耐磨性能。若基体组织断裂韧性较差,在高温磨损过程中,易在碳氮化物硬质相颗粒周围先发生断裂机制的块状剥落而造成较大体积的失重量,反而造成高温磨损性能的下降。