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改善熱軋輥用高速鋼的組織與性能的一個有效方法

  高速鋼熱軋輥具有使用壽命長、軋制的材料表面平整、厚度均勻等優良性能。目前工業上多采用離心鑄造法來制備高速鋼軋輥的輥環,其制備工藝簡單、成本低廉,但是由于軋輥用高速鋼材料中含有較高的Cr、V、W、Mo 等合金元素,因此凝固過程中在離心力的作用下,極易發生成分偏析,使得輥環外層(工作層) 的使用性能較內層(非工作層) 要低。

  淄博元緒冶金機械有限公司采用電渣重熔法來制備高速鋼軋輥材料,并采用適當的變質劑,有效地避免了通常離心鑄造法易造成的內外層成分偏析,改善了組織,提高了性能,取得了良好的效果。他們以回收的廢高速鋼為原料,配置M2 高速鋼軋輥材料,采用贛州龍釔稀土材料公司生產的釔基重稀土復合變質劑(產品型號YFB),通過真空中頻感應爐澆鑄自耗電極棒,澆鑄過程中加入變質劑,變質劑的重量按照高速鋼重量1%進行配比,然后再將制備好的電極棒進行電渣重熔,使用CaF2-Al2O3-CaO 三元渣,制備出Ф110 mm × 300 mm 的高速鋼軋輥鑄錠。高速鋼軋輥鑄錠經過熱處理:800℃退火+ 1050℃淬火+兩次550℃回火。

  金相檢測發現,未添加變質劑的高速鋼試樣中 ,共晶碳化物組織粗大,呈漁網狀結構。其粗大的共晶碳化物在晶界處富集,以魚骨狀為主,只有少量的顆粒狀共晶碳化物分布于晶粒內;而在添加了變質劑的高速鋼試樣中,共晶碳化物形貌發生了改變,同時晶粒內共晶碳化物增多,晶粒變得比較細小。經過退火、淬火、回火熱處理后,添加了變質劑的試樣*晶碳化物網狀結構進一步被打斷; 相比未添加變質劑的高速鋼試樣,鋼*晶碳化物變得更加細小,顆粒狀共晶碳化物數量增加,分布更加均勻,網狀結構斷裂的趨勢更加明顯。與此相應,沖擊韌性由原來的8.7J/cm2 增加到9.8J/cm2。實驗事實證明,采用電渣重熔并在重熔過程中加入變質劑能提高高速鋼的沖擊韌性和抗彎強度。

  采用電渣重熔的方法制備高速鋼材料,熔煉過程中水冷結晶器循環冷卻帶走熱量,所以其冷卻速率較普通的離心鑄造要快的多,因此,形核率得 到提高、使初生晶粒得 到細化,同時枝晶的多次分枝及枝晶間距的減小,使得高速鋼試樣中有部分共晶碳化物網狀結構發生斷裂。加入變質劑后,形核顆粒增加,能夠大大促進晶粒內生成高硬度、高溫穩定性強的顆粒狀的 MC 型共晶碳化物; 同時加入變質劑能夠去除鋼中的 S 和 O 元素,起到凈化鋼液的作用,在接下來的凝固過程中,能夠抑制晶界處共晶碳化物的生成,達到細化晶界處共晶碳化物的目的。此外,添加了變質劑的試樣中晶界處粗大的 M7C3 型共晶碳化物,經過熱處理后分解生成細小的M2C 和 M6C 型共晶碳化物,因此熱處理后使試樣的共晶碳化物網狀結構進一步發生斷裂。上述組織的改善,使得材料的沖擊韌性得以提高。

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