高速钢轧辊材料的高温氧化行为和激光表面改性研究

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1、东北大学硕士学位论文摘要高速钢轧辊材料的高温氧化行为和激光表面改性研究摘要高速钢轧辊是轧钢生产中的主要消耗备件，其性能好坏直接影响轧材的表面质量和轧材的成本，在轧钢生产中占有重要地位。提高高速钢轧辊的表面质量和降低生产成本是当今轧钢领域的重要研究课题。所以，研究高速钢轧辊材料表面组织结构和性能具有重要的理论和重大的：E程应用价值。针对高速钢热轧辊材料研究现状和存在的问题，本文对高速钢热轧辊材料在空气、水蒸气和100％水蒸气等条件下的高温氧化行为及高速钢热轧辊材料的激光表面改性行为进行了系统研究。主要利用扫描电镜(SEM)和x射线衍射仪(xRD)对氧化试样的表面氧化膜形貌、微区成分及氧化相组成进

2、行了表征；利用高温热天平测定了轧辊外层氧化动力学参数并对氧化机制进行了探讨。同时，利用金相、SEM及显微硬度仪等手段，对高速钢轧辊材料激光表面表面改性后的硬化层组织、硬度、耐磨性及其机理进行了研究。实验结果表明，高速钢热轧辊材料在三种条件下的氧化温度对氧化膜形貌及氧化增重的影响显著。出于各合金元素有较高的抗氧化性，氧化首先发生在基体表面，并且氧化核，Ii,首先在碳化物与基体交界处优先生长。高速钢热轧辊材料在空气中氧化时，其表面氧化产物主要是Fe203；在水蒸气和100％水蒸气中氧化时，表面氧化产物主要是Fe203和Fe304的混合物。试样在100％水蒸气中的氧化速率最小。高速钢激光表面改性后，

3、其硬化层的组织明显细化，硬化层深度在O．4mm～O．5mm之间，其表面层的显微硬度明显提高，耐磨性比原始高速钢试样的耐磨性提高近1倍。当激光电流I=100A，频率f=300Hz，波长护1．064pm，光斑直径d=4mm，扫描速度v=5mm／s，脉宽O．6ms时，被处理试样的组织、硬度及耐磨性较好。采用上述优化的激光工艺参数对高速钢进行激光表面改性后，再放入100％水蒸气中氧化，其氧化温度的变化对试样表面氧化膜的形貌及氧化增重的影响较大，试样在650℃、725℃、800℃恒温氧化2小时，其初期氧化速率小于原始高速铡试样的初期氧化速率。关键词：轧辊，高速钢，高温氧化，激光表面改性，显微硬度，耐磨性

4、。东北大学硕士学位论文ABSTRACTHigh-TemperatureOxidationandLaserSurfaceModificationofHighSpeedSteelforHotRollAbstractHigh—speedsteel(HSS)rollismainconsumedcomponentinsteelrollingproduction，whichdirectlyinfluencesthesurfacequalityandcostofrolledmaterials．Itplaysanimportantroleinsteelrollingproduction．Improvingsu

5、rfacequalityofhigh—speedsteelrollmadreducingcostofproductionisaIlimportantsubjectinthefieldofsteelrolling．So，itisveryvaluableinengineeringandtheorytostudysurfacestructureandperformanceofhi曲一speedsteelroll．ForresolvetheprobleminthestudyoftheHSS，thehigh-temperatureoxidationbehaviorofHSSforhotrollwassy

6、stematicallystudiedinair，watervaporand100％watervaporrespectively，madthelasertransformationhardnessexperimentwasalsoinvestigated．Theoxidescale．microanalysisandthecompositionofthesampleswereinvestigatedbythescanningelectronmicroscopy(SEM)andX—raydiffraction(XRD)，theoxidationkineticsparametersoftheoute

7、rlayeroftherollerwasalsomeasuredbythehightemperaturethermobalanceandanalysedtheoxidationmechanism．Bytheanalysisofthephotograph，SEM，microhardnessinstrumentandsoon，thehardenedlayermicrostructure，hardnes