強(qiáng)少光　郭紅星　楊智強(qiáng)　劉忠全

摘要：文章對(duì)含硼高速鋼軋輥的組織和性能進(jìn)行了研究。先對(duì)不同成分的含硼高速鋼軋輥材料進(jìn)行金相組織分析，再對(duì)含硼高速鋼軋輥材料和硬度測(cè)試、磨損試驗(yàn)以及沖擊韌性試驗(yàn)等進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn)，未經(jīng)過變質(zhì)的試樣組織中的硼化合物在晶體的邊界處呈連續(xù)網(wǎng)狀分布，而經(jīng)變質(zhì)的試樣材料組織細(xì)化，韌性及耐磨性有所提高。

關(guān)鍵詞：含硼高速鋼軋輥；變質(zhì)處理；組織性能；硬度；耐磨性；金相組織分析 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TG333 文章編號(hào)：1009-2374（2015）36-0065-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.36.031

高速鋼軋輥是在高速工具鋼基礎(chǔ)上，通過提高碳、釩含量，從而增加高硬度MC型碳化物數(shù)量而發(fā)展起來的一類新型軋輥材料。這類軋輥具有良好的熱穩(wěn)定性和抗高溫耐磨性，在軋鋼生產(chǎn)中，具有良好的使用效果。但是高速鋼軋輥中往往需要加入大量的合金元素，比如鉻、釩、鎢、鈷以及鈮等，這些元素價(jià)格昂貴，在生產(chǎn)過程中會(huì)提高制造成本，不利于大范圍的生產(chǎn)制造。本文主要針對(duì)含硼高速鋼軋輥的組織和性能探究，研究使用硼元素部分代替貴合金元素的可能，從而降低制造成本。

1 試驗(yàn)材料與方法

高速鋼軋輥材料熔煉采用中頻感應(yīng)電爐，主要的配料包括廢鋼、生鐵，所有原材料熔化為鋼水之后，加入鉻鐵、鎢鐵、鉬鐵以及鎳鐵，待鋼水出爐之前加入的釩鐵、鈦鐵及硼鐵，并實(shí)施脫氧處理，待所有的成分比例調(diào)整到設(shè)計(jì)要求之后，控制好鋼水的出爐溫度以及澆注溫度，將出爐溫度控制在1570℃～1590℃之間，澆注溫度應(yīng)該控制在1450℃～1470℃之間，變質(zhì)采用鋼液沖包的方法，然后澆鑄成φ350×600×1530的軋輥。在變質(zhì)前后分別澆注20×20×120mm的試樣，之后通過切割機(jī)將試塊切割成20×20×20mm以及10×10×55mm的兩種試樣，總共制作的試樣有4種，分別對(duì)其組織和性能進(jìn)行探究。這4種試樣的基本成本主要如表1所示：

主要的試驗(yàn)方法如下：所有試樣的硬度測(cè)量采用的是HR-150A洛氏硬度計(jì)，在試驗(yàn)荷載選項(xiàng)上調(diào)節(jié)到1470N，測(cè)試過程中需要對(duì)試樣在不同的地方標(biāo)記上7個(gè)點(diǎn)，在計(jì)算試樣硬度的時(shí)候去掉其中的一個(gè)最大值和最小值，然后其他五項(xiàng)求取平均值；試樣的顯微硬度測(cè)量采用的是MICROMET-5103數(shù)字顯微硬度計(jì)，選擇荷載的時(shí)候調(diào)節(jié)到50g，荷載持續(xù)時(shí)間15s，顯微硬度值的計(jì)算方法同上，還是求其平均值；試樣的磨損實(shí)驗(yàn)采用的是銷盤磨損試驗(yàn)機(jī)，轉(zhuǎn)速為60r/min，使用280號(hào)SiC水砂紙作為磨料，試樣的進(jìn)給量控制在4mm/s，磨損過程中最初的半徑確定為13mm。試驗(yàn)結(jié)束后的半徑確定為103mm，整個(gè)實(shí)驗(yàn)階段磨盤的行程為16.4m，荷載4.0kg。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 含硼高速鋼軋輥的組織形式

試樣中的1#和2#試樣是沒有經(jīng)過變質(zhì)處理的含硼高速鋼軋輥試樣，利用金相顯微鏡及掃描電鏡觀察其顯微組織如圖1所示，通過對(duì)其組織形式觀察，含硼高速鋼軋輥在鑄態(tài)下的組織主要包括碳硼化合物、α-Fe以及所占比例較少的殘余奧氏體，碳硼化合物在組織形式上主要是呈連續(xù)網(wǎng)狀分布，但是在局部會(huì)表現(xiàn)出網(wǎng)狀的斷裂。由Fe-B二元合金相圖可知硼在γ相中的最大固溶度為0.02%，多余的硼原子就會(huì)集聚并產(chǎn)生結(jié)晶。1#和2#試樣使用XRD分析后，可以確定沒有變質(zhì)的軋輥材料的物相，軋輥材料的基本組成主要是奧氏體以及α-Fe，這兩種組織中，奧氏體數(shù)量的下降、馬氏體數(shù)量的上升有助于提高材料的耐磨性。

3#和4#試樣采用了變質(zhì)處理工序，經(jīng)過變質(zhì)處理后的金相以及掃描的電鏡照片如圖2所示，而與沒有變質(zhì)的1#含硼高速鋼軋輥試樣相比其組織中的碳化物形態(tài)上出現(xiàn)了網(wǎng)狀的斷裂。通過加入變質(zhì)劑進(jìn)行變質(zhì)處理，可以減小共晶組織枝晶間距，細(xì)化組織中共晶組織以及奧氏體晶粒，并使其分布更加均勻，而變質(zhì)劑中的鈦元素屬于強(qiáng)碳化合物形成元素，鈦元素在與碳元素發(fā)生反應(yīng)，形成高硬度耐磨相。含硼高速鋼軋輥經(jīng)過變質(zhì)處理后，奧氏體晶粒細(xì)化明顯；共晶組織團(tuán)簇減少且分布更加均勻；硼碳化合物變細(xì)?。唤M織形態(tài)網(wǎng)狀形態(tài)明顯，但呈現(xiàn)出了斷開、不連續(xù)的現(xiàn)象。

2.2 含硼高速鋼軋輥的硬度及磨損試驗(yàn)

對(duì)制作的軋輥材料進(jìn)行硬度測(cè)試，對(duì)于含硼高速鋼軋輥的宏觀硬度以及顯微硬度分別如圖3和圖4所示，從圖中可以看出，1#材料和其他幾種材料相比，1#試件的強(qiáng)度是最低的，這是因?yàn)?#試件的含碳量明顯的低于其他幾組試件的含碳量，較高的碳含量會(huì)形成大量碳化物出，從而使材料具有較高的硬度。但4#樣組織細(xì)小均勻，其耐磨性和韌性更好。

3 結(jié)論

通過對(duì)以上的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，得出以下結(jié)論：（1）含硼高速鋼軋輥的鑄態(tài)組織包括馬氏體、奧氏體以及其他的一些碳硼化合物；（2）經(jīng)過變質(zhì)處理之后的試樣，在組織形態(tài)網(wǎng)狀形態(tài)明顯，但呈現(xiàn)出了斷開、不連續(xù)的現(xiàn)象，組織得到細(xì)化，回火的溫度對(duì)于含硼高速鋼軋輥的力學(xué)性能影響較小，對(duì)其耐磨性影響也較小。但是回火溫度的升高，材料的硬度表現(xiàn)出下降趨勢(shì)；（3）經(jīng)變質(zhì)處理后，4#樣耐磨性、韌性高，硬度更穩(wěn)定，而且在抗切削以及疲勞磨損方面都強(qiáng)于其他幾個(gè)試件。

4 結(jié)語(yǔ)

含硼高速鋼軋輥合金材料中用廉價(jià)硼元素部分的替代昂貴的合金材料，降低了高速鋼軋輥制造成本，同時(shí)擁有較高的耐磨性、強(qiáng)韌性和高硬度，是高性能軋輥發(fā)展的趨勢(shì)和方向。

參考文獻(xiàn)

[1]王天義，曹建芳，饒建華.軋輥材料及其熱處理工藝發(fā)展的現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J].西部探礦工程，2005，（7）.

[2]賈建平.中國(guó)軋輥制造業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)（上）[J].中國(guó)鋼鐵業(yè)，2008，（9）.

[3]劉光俊.金屬加工用的硬質(zhì)合金軋輥進(jìn)展[J].硬質(zhì)合金，1994，（1）.

作者簡(jiǎn)介：強(qiáng)少光（1985-），男，陜西扶風(fēng)人，云南昆鋼重型裝備制造集團(tuán)有限公司助理工程師，研究方向：離心鑄造及熱處理工藝。

（責(zé)任編輯：陳 潔）