強(qiáng)少光　郭紅星　楊智強(qiáng)　劉忠全

摘要：文章對含硼高速鋼軋輥的組織和性能進(jìn)行了研究。先對不同成分的含硼高速鋼軋輥材料進(jìn)行金相組織分析，再對含硼高速鋼軋輥材料和硬度測試、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)識碼：A

中圖分類號：TG333 文章編號：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，這些元素價格昂貴，在生產(chǎn)過程中會提高制造成本，不利于大范圍的生產(chǎn)制造。本文主要針對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，測試過程中需要對試樣在不同的地方標(biāo)記上7個點(diǎn)，在計(jì)算試樣硬度的時候去掉其中的一個最大值和最小值，然后其他五項(xiàng)求取平均值；試樣的顯微硬度測量采用的是MICROMET-5103數(shù)字顯微硬度計(jì)，選擇荷載的時候調(diào)節(jié)到50g，荷載持續(xù)時間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)

對制作的軋輥材料進(jìn)行硬度測試，對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，回火的溫度對于含硼高速鋼軋輥的力學(xué)性能影響較小，對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；（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)于其他幾個試件。

4 結(jié)語

含硼高速鋼軋輥合金材料中用廉價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)展的趨勢和方向。

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作者簡介：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）