复合轧辊用高速钢显微组织及性能的研究

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1、郑州大学硕士学位论文复合轧辊用高速钢显微组织及性能的研究姓名：于新泉申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：关绍康2002.5.8，硒互28957摘要／随着先进轧机和高效轧制技术的问世，推动了轧钢工业的迅速发展，恫时也促进轧辊制造业迈向新的技术领域；如何提高轧辊的使用寿命及轧制质量以适应轧机的需要是轧辊研制者面临的新课题。近年来，将高速钢用于制造新一代复合轧辊方面取得了突破性进展，高速钢复合轧辊的综合使用寿命可以比传统用高铬铸铁轧辊提高数倍以上，目前被广泛采用的高铬铸铁复合轧辊，有可能在十年之内被高速钢复合轧辊取代。当前正处于复合轧辊用高速钢材料的研制、开发和

2、生产应用的热点阶段。y本文利用金相法(包括黑白金相和彩色金相)、x射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)及洛氏硬度分析仪等手段，对复合轧辊用高速钢Fe．2％C一4％v-4％Mo．5％C卜X％w(其它部分如未作特殊注明均为质量分数)合金系的显微组织、热处理工艺及性能进行了系统地分析。复合轧辊用高速钢具有高碳和高合金的特征，容易形成大量网状碳化物，这些网状碳化物又硬又脆，会严重降低高速钢的性能，且难以用热处理的方法予以消除。采取必要的措施，预先改善铸态高速钢中原始碳化物的大小和分布在复合轧辊用高速钢中是很为关键的。在对化学成分研究的基础上，重点研究

3、了利用RE、Ti、Mg、RE-Ti—Mg进行变质处理对复合轧辊用高速铜显微组织的影响。结果表明：经金相组织观察、x射线衍射和扫描电镜分析，Fe．2％C一4％V-"4％Mo一5％Cr-X％W合金系高速钢凝固组织包含马氏体基体、残余奥氏体及各种类型的碳化物如ME型碳化物、M2c型碳化物、M6c型碳化物和MC／M2C类型复杂碳化物，大部分MC型碳化物分布于晶粒内部，其它类型碳化物则沿晶界呈网状分布。对Fe-2％C一4％v-4％Mo一5％Cr-2％W凝固组织利用扫描电镜和能谱分析发现，组织中颗粒状的MC型碳化物主要含(原子百分比)V(31．70％)，羽毛状的M2C型碳化物主

4、要含Mo(6．47％)和W(1．57％)，鱼骨状的M6C型碳化物主要含W(12．07％)和Mo(5．07％)，MC／M2C类型复杂碳化物主要含Mo(6．17％)和W(1．46％)。对Fe．2％C一4％V-4％Mo一5％Cr-X％W合金系高速钢，含0．6％W的高速钢热处理过程中的氧化现象较为严重，含2．0％W的高速钢能较好地限制网状碳化物的形成以及避免高速钢在热处理时的氧化。随着钨含量的增加，虽然高速钢抗高温氧化性增强，但从金相观察、x射线衍射分析和利用网格法计算碳化物体积分数的结果可知，高速钢晶界处碳化物数量明显增加，碳化物网更趋严重；当w含量达到4％或6％时，凝固

5、组织在以羽毛状的M2C型碳化物和MC／M2C复杂类型碳化物为主的碳化物网中还出现了较多的鱼骨状的M6C型碳化物。经X射线衍射分析和扫描电镜分析，Nb可以促进高速钢中MC型碳化物生成，能与v形成复合MC型碳化物，在高速钢Fe-2％C一5％V-4％Mo一5％Cr-2％W中加入少量的Nb(1．5％)，晶粒内部弥散的粒状MC型碳化物明显增加。对于高速钢Fe．2％C．4％V04％Mo一5％Cr．X％w，其淬火峰值硬度出现在950℃～1100℃温度之间，峰值硬度和达到峰值硬度所需要的温度随着钨含量的增加而提高；当钨含量为2％时，高速钢回火的二次硬化温度在550℃。对于高速钢Fe

6、．2％C一4％V-4％，Mo．5％Cr-2％W，其合适的淬火温度可控制在10001050℃之间，保温12min；回火温度可取550。C，保温25min。为了改善高速钢中网状碳化物的生成和分布及高速钢后续热处理过程中的抗氧化性，从成分设计方面考虑，则要限制W、Mo含量，适当提高V、Nb含量，可将W含量控制在2．O％，Nb含量控制在1．5％。变质处理结果表明，对于高速钢Fe．2％C一5％V-4％Mo．5％Cr-2％W-1．5％Nb铸态试样经x射线衍射分析，用I．0％Ti、O．3％RE变质和1．4％RE．Ti．Mg复合变质处理对高速钢中碳化物的类型转变影响不明显；用0．1

7、％Mg变质，Mg可以使碳化物含量显著减少。Fe．2％C．5％V-4％Mo-5％Cr-2％W-1．5％Nb高速钢未变质试样晶粒粗大，晶粒大小在80～1209m之间，晶界上分布着粗大的碳化物网，网状碳化物处在30～60uiTI之间；加入0．3％RE变质，对高速钢的凝固组织仅有轻度的细化作用；用1．0％Ti变质时，晶粒和晶界上网状碳化物得到明显细摘要化，晶粒大小在20～60um之间，网状碳化物处在10～40um之间；用O．1％Mg变质时；晶粒大小在50～100um之间，而网状碳化物明显细化，网状碳化物处在10～30Hm之间；用1．4％RE—Ti-Mg复合变质后，晶粒大