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随着工业生产中对高强钢的强度要求的越来越高,对用来轧制高强钢的轧机性能要求也逐渐提高。在钢板的轧制过程中,支撑辊作为轧机的重要零部件,长期在高温、高应力循环的恶劣环境下工作,易出现磨损或掉块现象,造成设备损坏。目前,通过采用表面强化技术对待加工工件进行加工修复,可以减少设备更换费用,提高机械设备的可靠性,延长零件使用寿命。18Ni300马氏体时效钢是一种无碳或超低碳Fe-Ni基高强钢,具有良好的机械强度、韧性、可焊性和抗裂纹扩展性。但单一使用马氏体时效钢对工件进行表面强化,其硬度和耐磨性难以满足较为恶劣的工况使用条件,本文采用等离子堆焊技术,优化出最佳的18Ni300马氏体时效钢等离子堆焊工艺参数,并使用优化后的等离子堆焊工艺参数制备出不同WC含量的复合堆焊层,研究球形WC含量对WCp/18Ni300复合堆焊层显微组织、硬度和磨损性能的影响;研究固溶时效热处理对不同球形WC含量的WCp/18Ni300复合堆焊层显微组织、硬度和摩擦磨损性能的影响。同时对18Ni300马氏体时钢效单道堆焊层及多层多道堆焊层进行对比试验,分析固溶时效前后堆焊层组织与性能的差异。试验结果表明:18Ni300马氏体时效钢堆焊层表面至母材结合界面可分为等轴晶区、柱状树枝晶区,胞状晶区和熔合线过渡区;添加球形WC颗粒细化并均匀化等离子堆焊涂层的显微组织,随着球形WC含量的增加,堆焊层组织越细,同时柱状晶含量降低,产生大量细小的晶粒。18Ni300马氏体时效钢堆焊层的物相组成主要为α-Fe、γ-（Fe,Ni）和Co3Fe7。固溶时效热处理后,堆焊层组织未发生明显改变,晶粒略微粗化,晶界变得模糊,产生大量Fe-Cr相。球形WC的添加影响WCp/18Ni300复合堆焊层组织马氏体组织转变,WCp/18Ni300复合堆焊层中物相由α-Fe、γ-Fe、WC、Fe3W3C和Fe-Cr组成。固溶时效热处理后,WCp/18Ni300复合堆焊层中γ-Fe转变为α-Fe,Fe3W3相含量增多,同时生成M7C3。添加15wt%和25wt%球形WC颗粒的复合堆焊层的显微硬度并没有提升,反而显微硬度下降,分别为308.5HV和282.3HV。当WC颗粒添加量为35%时,显微硬度大于18Ni300基体材料的硬度,达到373.4HV。WCp/18Ni300复合堆焊层经固溶时效后力学性能得到显著提升,复合堆焊层的显微硬度和耐磨性能添加的球形WC颗粒的含量呈正相关关系,添加35wt%WC的复合堆焊层力学性能最优,显微硬度达到628HV,平均摩擦系数为0.28。WCp/18Ni300复合堆焊层试样的磨损机理为以粘着磨损为主,同时伴有严重的氧化磨损。由于18Ni300马氏体时效钢单道堆焊试样经固溶时效热处理未达到固溶强化效果,力学性能反而下降,故通过设计18Ni300马氏体时效钢多层多道堆焊对比试验,结果表明,多层多道堆焊层试样未热处理显微硬度为333.5HV,摩擦系数为0.73,经固溶时效后堆焊层中α-Fe含量增加,显微硬度达到460HV,摩擦系数为0.56,多层多道堆焊层的磨损机理时是粘着磨损和轻微的氧化磨损的混合机制。