复合轧辊用高速钢显微组织及性能的研究

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，同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、开发和生产应用的热点阶段。 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-4％V-4％Mo-5％Cr-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，重点研究了利用RE、Ti、Mg、RE-Ti-Mg-进行变质处理对复合轧辊用高速钢显微组织的影响。 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-4％V-4％Mo-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MC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-4％V-4％Mo-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 摘 要 化，晶粒大小在 20～60 u m之间，网状碳化物处在 10～40 u m之间； 用0．1％＊ 变质时；晶粒大小在扣～100p m之问，而网状碳化物明显 细化，网状碳化物处在 10～30u m之间；用 1．4％RE1i－Mg复合变质后， 晶粒大小在 10～50u m之间，网状碳化物处在 10～20u m之间，组织 细小而均匀，绝大部分晶界碳化物呈断网状分布。 扫描电镜和能谱分析表明，用 1刀％Ti变质处理时，变质剂中的 Ti 可以和钢液中的C生成大量弥散的n 质点1汇作为异质核心促使了 V、Nb形成MC型碳化物。Ti的变质作用是由于 T汇和 MC型碳化物 均为面心立方晶格，且晶格常数相近，两相之间错合度很小（小于5％）， 符合相位尺寸对应原则，所以T汇可以作为MC型碳化物异质核心， 从而极大地促进了非均质形核。由于Mg含量很低，经微区成分分析并 未发现Mg在晶界的富集，然而Mg变质时Mg的存在对凝固过程合金 元素的分布却有较大影响，用扫描电镜对未变质试样和 Mg变质试样组 织采用十点微区成分分析，测得高速钢基体组织中元素含量为：W， 0．40，0．49；MO，0．89，l刀8；V，247，2石5：Cf，3二4，3．57(原于 百分比，％人分析表明，Mg的变质作用的产生是由于Mg影响了合金 元素的偏析，使得基体组织中合金元素含量增加，相当于使合金分配 系数k更偏离于1，从而促进了形成缩颈、晶粒繁殖和成分过冷倾向。 经1．4％M＊ 复合变质处理的高速钢Fe卫％CE％V斗％Mo－ 5oCr刁0WI．5oNb，其热处理组织中分布着大量细小弥散的粒状碳化 物，碳化物网基本上得到消除。