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改善轧辊用高速钢的组织与性能的一个有效方法

发表时间: 2019-10-22 13:47:57

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高速钢轧辊具有使用寿命长、轧制的材料表面平整、厚度均匀等优良性能

高速钢轧辊具有使用寿命长、轧制的材料表面平整、厚度均匀等优良性能。目前工业上多采用离心铸造法来制备高速钢轧辊的辊环,其制备工艺简单、成本低廉,但是由于轧辊用高速钢材料中含有较高的Cr、V、W、Mo 等合金元素,因此凝固过程中在离心力的作用下,极易发生成分偏析,使得辊环外层(工作层) 的使用性能较内层(非工作层) 要低。

华中科技大学采用电渣重熔法来制备高速钢轧辊材料,并采用适当的变质剂,有效地避免了通常离心铸造法易造成的内外层成分偏析,改善了组织,提高了性能,取得了良好的效果。他们以回收的废高速钢为原料,配置M2 高速钢轧辊材料,采用赣州龙钇稀土材料公司生产的钇基重稀土复合变质剂(产品型号YFB),通过真空中频感应炉浇铸自耗电极棒,浇铸过程中加入变质剂,变质剂的重量按照高速钢重量1%进行配比,然后再将制备好的电极棒进行电渣重熔,使用CaF2-Al2O3-CaO 三元渣,制备出Ф110 mm × 300 mm 的高速钢轧辊铸锭。高速钢轧辊铸锭经过热处理:800℃退火+ 1050℃淬火+两次550℃回火。

金相检测发现,未添加变质剂的高速钢试样中 ,共晶碳化物组织粗大,呈渔网状结构。其粗大的共晶碳化物在晶界处富集,以鱼骨状为主,只有少量的颗粒状共晶碳化物分布于晶粒内;而在添加了变质剂的高速钢试样中,共晶碳化物形貌发生了改变,同时晶粒内共晶碳化物增多,晶粒变得比较细小。经过退火、淬火、回火热处理后,添加了变质剂的试样中共晶碳化物网状结构进一步被打断; 相比未添加变质剂的高速钢试样,钢中共晶碳化物变得更加细小,颗粒状共晶碳化物数量增加,分布更加均匀,网状结构断裂的趋势更加明显。与此相应,冲击韧性由原来的8.7J/cm2 增加到9.8J/cm2。实验事实证明,采用电渣重熔并在重熔过程中加入变质剂能提高高速钢的冲击韧性和抗弯强度。

采用电渣重熔的方法制备高速钢材料,熔炼过程中水冷结晶器循环冷却带走热量,所以其冷却速率较普通的离心铸造要快的多,因此,形核率得到提高、使初生晶粒得到细化,同时枝晶的多次分枝及枝晶间距的减小,使得高速钢试样中有部分共晶碳化物网状结构发生断裂。加入变质剂后,形核颗粒增加,能够大大促进晶粒内生成高硬度、高温稳定性强的颗粒状的 MC 型共晶碳化物; 同时加入变质剂能够去除钢中的 S 和 O 元素,起到净化钢液的作用,在接下来的凝固过程中,能够抑制晶界处共晶碳化物的生成,达到细化晶界处共晶碳化物的目的。此外,添加了变质剂的试样中晶界处粗大的 M7C3 型共晶碳化物,经过热处理后分解生成细小的M2C 和 M6C 型共晶碳化物,因此热处理后使试样的共晶碳化物网状结构进一步发生断裂。上述组织的改善,使得材料的冲击韧性得以提高。


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