許鑑良

(東華大學(xué) 紡織學(xué)院，上海 200023)

·技術(shù)專論

高耐磨金屬針布齒條鋼材探討(二)

許鑑良

(東華大學(xué) 紡織學(xué)院，上海 200023)

為了探討在當代金屬針布齒條加工工藝條件下如何制造高耐磨產(chǎn)品，分析金屬針布的加工工藝和磨損機理，以轉(zhuǎn)杯紡分梳輥齒條為例，對82B，GRST1，GRST2,3個國產(chǎn)新型鋼種和瑞士格拉夫公司產(chǎn)OK40型齒條在快速磨損模擬試驗機上進行對比試驗和分析；詳細論述齒條表面氧化皮、表面粗糙度、鋼材元素成分與齒尖金相組織、鋼材夾雜等對齒條耐磨度的影響；以GRST1鋼為基礎(chǔ)，吸收OK40型和ECC公司齒條產(chǎn)品用鋼材元素成分組合，給出高耐磨金屬針布齒條專用鋼材元素成分。指出：OK40型齒條耐磨度最好，其次為GRST1鋼齒條；影響齒條跑合期磨損的主要因素是其表面氧化皮、沖口和兩側(cè)面表面粗糙度及齒部脫碳層；影響齒條穩(wěn)定期耐磨度的主要因素是鋼材元素成分及其質(zhì)量分數(shù)和金相組織；高耐磨金屬針布齒條專用鋼材元素以GRST1鋼為基礎(chǔ)，加入Mo元素，使其C，Cr，Ni，Al和Mo的質(zhì)量分數(shù)分別為0.74%～0.78%，0.18%～0.22%，0.054%和0.10%～0.20%。

高耐磨；金屬針布；OK40型；齒條；鋼材；耐磨度；表面粗糙度；鋼材元素；金相組織

3.2.1 主要元素在鋼中的作用

各主要元素在鋼中的作用[3-6]如下。

3.2.1.1 碳(C)

C質(zhì)量分數(shù)增加，珠光體數(shù)量增多，可提高鋼材的屈服極限、強度極限和硬度，但塑性和韌性、焊接性能、冷脆性、沖壓性能惡化；當C質(zhì)量分數(shù)接近0.8%時，淬火溫度區(qū)間小，影響在線淬火的穩(wěn)定性。82B鋼齒條淬火后硬度最大、波動亦較大，即是由C質(zhì)量分數(shù)為0.81%所致；GRST1鋼C質(zhì)量分數(shù)最少，故其齒尖硬度亦較小。C質(zhì)量分數(shù)亦影響淬火、回火后碳化物含量：C質(zhì)量分數(shù)大，易形成碳化物，且基體C質(zhì)量分數(shù)亦大，其韌性、塑性等變差。

根據(jù)筆者對鋼齒條磨損機理的研究，針布磨損以軟磨料沖擊疲勞磨損為主，兼有外來硬磨料犁耕、化纖中消光劑氧化鈦等的犁耕、化纖油劑的化學(xué)腐蝕磨損、靜電紡中為電化學(xué)腐蝕磨損。為提高對軟磨料沖擊疲勞磨損的抗力，應(yīng)提高鋼材韌性，C質(zhì)量分數(shù)控制為0.74%～0.78%，如OK40型齒條；為提高對硬磨粒犁耕的抗力，應(yīng)在韌性的基體中均勻分布細小的碳化物硬質(zhì)點，加入少量的Cr，V，Nb等元素；為提高鋼齒條化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕的能力，鋼材中還應(yīng)適當加入少量抗腐蝕元素，如Ni，Cu和Al等。

基于上述，金屬針布齒條鋼材中C質(zhì)量分數(shù)不宜過大，過大則其脆性增大，不耐軟磨料沖刷疲勞磨損且焊接困難、冷加工拉拔易斷裂、軋片易開裂、淬火區(qū)間窄、熱穩(wěn)定性差，不適合金屬針布齒條當今的加工工藝和用戶使用要求；但C質(zhì)量分數(shù)亦不宜過小，否則影響碳化物硬質(zhì)點的形成；因此，齒條的C質(zhì)量分數(shù)控制在0.74%～0.78%最為適宜，如OK40型。

82B鋼齒條C質(zhì)量分數(shù)最大，在對比鋼種齒條中最不耐磨；在加工中，則拉拔困難、拉拔道數(shù)增多、半球化道數(shù)增多，色差嚴重，其焊接困難是最好的證明；GRST2鋼齒條亦有類似情況。不加研究，盲目大量使用高C質(zhì)量分數(shù)鋼材，在當今齒條制造工藝條件下，無法制造質(zhì)量穩(wěn)定的高耐磨金屬針布。

3.2.1.2 錳(Mn)

Mn是良好的脫氧劑、脫硫劑，可減弱S引起的鋼熱脆性；Mn使馬氏體點下降從而增加殘余奧氏體量，Mn顯著地推遲珠光體和貝氏體轉(zhuǎn)變；C質(zhì)量分數(shù)小對珠光體影響大，大則對貝氏體轉(zhuǎn)變影響大，并使二者的轉(zhuǎn)變溫度區(qū)域下降，但對貝氏體轉(zhuǎn)變的影響更大。

Mn和Fe形成固溶體，提高鐵素體和奧氏體硬度和強度，細化珠光體，提高其強度，增加淬透性；經(jīng)淬火回火后，有明顯強化效果，但使塑性略降低。Mn有明顯的過熱傾向，因此加熱時應(yīng)嚴格控制溫度與時間，晶粒易粗大、增加回火脆性；因此，錳鋼易于形成帶狀組織，并促進各向異性。

對比鋼種中，OK40型齒條中Mn質(zhì)量分數(shù)最大，C質(zhì)量分數(shù)也較大，因此淬火穩(wěn)定性很難控制；另外，Mn質(zhì)量分數(shù)增大，則齒條的彈性大，包小直徑的分梳輥較困難。

3.2.1.3 硫(S)

S在鋼中偏析嚴重，惡化鋼的質(zhì)量，降低鋼的塑性。FeS熔點低(1190 ℃)，與鐵素體共晶溫度低(988 ℃)，鋼凝固時FeS析集在原生晶界處；在1100 ℃～1200 ℃熱軋時則FeS熔化，削弱晶粒間抱合力而導(dǎo)致鋼熱脆，因此，對S質(zhì)量分數(shù)應(yīng)嚴加控制。加入Mn可形成熔點較高的MnS，防脆。S質(zhì)量分數(shù)大，焊接時產(chǎn)生SO2，金屬內(nèi)形成氣孔，疏松而易斷頭。

對比鋼材中，82B鋼和OK40型中S質(zhì)量分數(shù)最小，GRST1鋼和GRST2鋼則是OK40型的2倍，影響耐磨度。GRST2鋼偏析嚴重[7]，與其S質(zhì)量分數(shù)大有密切關(guān)系。

3.2.1.4 磷(P)

P在鋼中固溶強化和冷作硬化。低合金結(jié)構(gòu)鋼中加入P，能提高強度和耐大氣腐蝕，降低冷沖壓性能；Mn，S，P聯(lián)合使用則鋼的脆性大增，故易切削；P熔于鐵素體，雖能提高鋼的強度和硬度，但偏析嚴重、增加回火脆性、顯著降低鋼的塑性和韌性，齒條則不能適應(yīng)軟磨料沖擊疲勞磨損；冷加工時易脆裂，并影響焊接性能。

對比鋼種中，P質(zhì)量分數(shù)以O(shè)K40型齒條最小，82B鋼是OK40型的2倍，GRST1鋼和GRST2鋼的則是OK40型的3倍，故耐磨度顯著不如OK40型齒條。

82B鋼冷拉脆斷，GRST2鋼剝殼就斷、拉絲極困難，即因其晶粒粗大、晶界偏析嚴重、存在夾雜物所致[3]；GRST1鋼的冷加工性能較好，可能與加入V，Nb等增大了韌性有關(guān)，彌補了S，P引起的脆性，故耐磨度較82B鋼好。

3.2.1.5 鉻(Cr)

Cr能增加鋼淬透性，并有二次硬化作用，提高碳鋼硬度和耐磨性而不使鋼變脆。Cr質(zhì)量分數(shù)大于12%的鋼有良好的高溫抗氧化性和耐氧化性介質(zhì)腐蝕的作用，提高碳素鋼軋制狀態(tài)下的強度和硬度，降低伸長率和斷面收縮率；Cr質(zhì)量分數(shù)大于15%時，使鋼的強度、硬度下降，伸長率和斷面收縮率相應(yīng)有所提高，經(jīng)淬火回火后具有較好綜合力學(xué)性能，在滲碳鋼中可以形成鉻碳化物有利于提高耐磨性。

GRST1鋼和GRST2鋼均含有少量Cr元素，有利于提高耐磨度，二者耐磨度均優(yōu)于無Cr元素的82B鋼。

3.2.1.6 鎳(Ni)

Ni強化鐵素體，并細化珠光體、提高強度，對塑性影響不顯著。對不經(jīng)調(diào)質(zhì)處理而在熱軋、正火或退火狀態(tài)使用的低碳鋼，含一定量Ni能提高強度而不顯著降低其韌性，每加1%Ni則強度提高29.4 Pa，且屈服強度提高。對于中碳鋼，Ni可降低珠光體轉(zhuǎn)變溫度，使珠光體變細、降低共析點的碳質(zhì)量分數(shù)，因而比相同碳質(zhì)量分數(shù)的碳素鋼珠光體數(shù)量多，使含Ni珠光體鐵素體鋼強度較相同C質(zhì)量分數(shù)的碳素鋼高；反之，鋼強度相同時可使Ni鋼C質(zhì)量分數(shù)適當降低，能使鋼的韌性和塑性增強而提高疲勞抗力、減小對缺口的敏感性、降低低溫脆性轉(zhuǎn)變溫度。Ni不增加鋼對蠕變的抗力，Ni耐酸、堿，對大氣、鹽都有抗蝕能力。

GRST2鋼和GRST1鋼均含有少量Ni，且后者的Ni質(zhì)量分數(shù)是前者的2倍，這可能是影響這2個鋼種拋光后表面粗糙度Ra值較大的原因之一，且GRST1鋼的表面粗糙度波動最大。

3.2.1.7 釩(V)

V與C，N，O有極強的親合力而形成相應(yīng)化合物，在鋼中以碳化物存在，其主要作用是細化鋼的組織和晶粒、降低過熱敏感性、提高鋼的強度和韌性。當在高溫熔入固溶體時，增加淬透性；反之，如以碳化物存在時，降低淬透性，增加淬火鋼的回火穩(wěn)定性，并產(chǎn)生二次硬化效應(yīng)。鋼中的V質(zhì)量分數(shù)除高速工具鋼外，一般均不大于0.5%，高強度鋼中V質(zhì)量分數(shù)為0.02%～0.06%時，即可細化晶粒、增大強度；合金工具鋼中V質(zhì)量分數(shù)為0.10%～0.20%時，即可增加耐磨性和強度。

V在普通低合金鋼中能細化晶粒、提高正火后的強度和屈服比及低溫韌性、改善鋼的焊接性能；V在合金結(jié)構(gòu)鋼中，一般熱處理條件下降低淬透性；在調(diào)質(zhì)鋼中主要提高鋼的強度和屈服比、細化晶粒、降低過熱敏感性；在滲碳鋼中細化晶粒，滲碳后直接淬火、不需二次淬火；V在彈簧鋼、軸承鋼中，能提高強度和屈服比、提高比例極限和彈性極限、降低熱處理時脫碳敏感性，從而提高表面質(zhì)量。無Cr含V的軸承鋼中碳化物彌散度高，使用性能良好；V在工具鋼中細化晶粒、降低過熱敏感性、增加回火穩(wěn)定性和耐磨度。

GRST2鋼V質(zhì)量分數(shù)為0.08%～0.15%，介于高強度鋼和合金工具鋼之間。GRST1鋼V質(zhì)量分數(shù)為0.10%～0.20%，相當于合金工具鋼中V的添加量。正因兩鋼種加入了V元素，細化了晶粒，提高了強度和耐磨性。這是兩個鋼種均比82B鋼耐磨，且GRST1鋼的耐磨度優(yōu)于GRST2鋼的主要原因之一。

3.2.1.8 鈮(Nb)

Nb部分熔入固熔體，起固熔強化作用。熔入奧氏體時，顯著提高鋼的淬透性，以碳化物和氧化物微粒存在時，細化晶粒并降低鋼淬透性，增加鋼的回火穩(wěn)定性，有二次硬化作用；微量Nb可在不影響鋼塑性和韌性下提高鋼強度，細化晶粒，提高沖擊韌性，降低脆性轉(zhuǎn)變溫度；當Nb質(zhì)量分數(shù)大于C質(zhì)量分數(shù)的8倍時，幾乎可固定鋼中所有碳，使鋼具有很好的抗氫性能；在奧氏體鋼中可防止氧化介質(zhì)對鋼的晶間腐蝕；由于固定碳和沉淀硬化作用，能提高熱強鋼的高溫性能，如蠕變強度等。

Nb在普通低合金鋼中能提高屈服強度和沖擊韌性、降低脆性轉(zhuǎn)變溫度，有利于焊接；在滲C和調(diào)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼中增加淬透性，從而提高韌性和低溫性能。

Nb在鋼中生成Nb(CN)，在950 ℃僅少量熔解于奧氏體，加熱到1250 ℃時大部分Nb(CN)都能熔解到奧氏體中去；冷卻時，大約在700 ℃附近將從鐵素體中析出高度分散的沉淀物，這種沉淀物與母相共格，產(chǎn)生沉淀強化，然而因晶粒度較大，在強化的同時使脆性轉(zhuǎn)變溫度升高、使沖擊韌性下降；因此，采用控制軋制的方法，把Nb鋼加熱到1250 ℃～1350 ℃進行軋制，同時將終軋溫度控制在Ar3附近，以便得到很細的晶粒度，這樣在軋制結(jié)束后冷卻時，Nb(CN)將在晶粒度很細小的鐵素體上以細小均勻分布的形式沉淀出來；在低碳含Mn鋼中，在相同晶粒時加入0.02%的Nb，可使鋼的σs比不加Nb的鋼提高135 MPa,這是沉淀強化效應(yīng)，但沉淀強化總是引起韌性損失。若采用高溫加熱軋制、控制終軋溫度，得到細的晶粒，利用Nb細化晶粒和沉淀強化的效應(yīng)，既可提高強度,又可改善沖擊韌性；但這種鋼在加熱到900 ℃～950 ℃時(例如正火處理)，沉淀強化作用將消失，此時鋼強度提高完全是由于Nb細化了晶粒所致，Nb加入量一般為0.015%～0.05%。

GRST1鋼Nb質(zhì)量分數(shù)為 0.04%～0.10%，而GRST2鋼則為0.04%～0.08%，兩者相近；但GRST1鋼的冷熱加工性能、焊接性能均良好，而GRST2鋼則剝殼、拉絲、焊接均困難，其中原因除其含有W元素外，很可能在熱軋過程中未按高溫軋制、終軋溫度失控而致使晶粒粗大、偏析嚴重[7]、韌性喪失，耐磨度不及GRST1鋼。

3.2.1.9 鎢(W)

W的熔點高、比重大，是貴合金元素。W與C形成的WC有很高的硬度和耐磨性，加鎢工具鋼可顯著提高工具鋼的紅硬性和熱強性，作切削工具及鍛模具用；但W鋼冷作加工硬化嚴重，其拉絲易斷裂、拉絲道數(shù)增加、軋片易裂開、軋輥易損等，很難適應(yīng)現(xiàn)有金屬針布齒條的加工工藝。

GRST2鋼W質(zhì)量分數(shù)高達0.60%～0.90%，冷作加工難。

3.2.1.10 稀土元素RE(Rare Earth Element)

稀土元素是指元素周期表中的57～71號鑭系元素，加上21號鈧(Sc)和39號釔(Y)共17個元素，性質(zhì)接近、不易分離，即為稀土元素。稀土元素具有強烈的脫氧能力，提高抗氧化能力和耐腐蝕性；對氧的親和力和吸附能力也很大，同時能與硫生成高熔點的各種稀土硫化物，比其他元素具有更強烈的去硫能力，還能改善非金屬夾雜物的形狀，使之球化，從而減少非金屬夾雜物，使鋼組織致密、純凈。低合金鋼加入適量RE，有良好的脫氧去硫作用；在高溫下保持鋼細晶粒，提高高溫強度。稀土元素的這些作用，顯著改善鋼的橫向塑性和韌性等機械性能，減少各向異性系數(shù)，降低脆性轉(zhuǎn)變溫度。GRST1鋼冷拉、軋片性能良好，比82B，GRST2鋼易拉拔、軋片，熱加工性能好，淬火后晶粒細小、易焊接，非常適合金屬針布目前的加工工藝，這與該鋼種含有稀土元素和氧元素不大于50μg/g很有關(guān)系。

3.2.1.11 銅(Cu)

Cu改善低合金鋼抗大氣腐蝕性，提高鋼強度和屈服比。Cu質(zhì)量分數(shù)為0.20%～0.50%的鋼軌鋼耐磨，且耐蝕性為一般碳素鋼的2～5倍；銅質(zhì)量分數(shù)大于0.75%，時效強化，過高會導(dǎo)致鋼脆；在奧氏體不銹鋼中，能提高對H2SO4，H3PO4，HCl的抗腐蝕性。

GRST1鋼和GRST2鋼均含有少量Cu，且GRST1的Cu質(zhì)量分數(shù)是GRST2的2倍。這就是拋光后兩鋼種表面粗糙度比82B鋼差，且GRST1鋼的表面粗糙度Ra值更大的重要原因，實踐證明拋光后的GRST1鋼齒條置于大氣中，可在1 a內(nèi)不銹蝕。

3.2.1.12 鋁(Al)

ECC齒條、OK40型和GRST2鋼均含有少量Al，Al元素主要用來脫氧和細化晶粒：在滲氮鋼中形成堅硬耐蝕的滲氮層，提高鋼沖擊韌性、抗氧化、耐銹蝕，改善電磁性能；提高滲碳鋼耐磨性、疲勞強度及心部力學(xué)性能；在鐵素體及珠光體鋼中，含Al量多則降低高溫強度和韌性。含Al的缺點是影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能，GRST2鋼的制成品拋光效果比82B鋼差，可能與含Al有關(guān)。

3.2.1.13 鉬(Mo)

Mo能提高鋼的淬透性、熱強性，防止回火脆性，增加剩磁和矯頑力及在某些介質(zhì)中的抗蝕性，提高鋼抗回火性和回火穩(wěn)定性，使零件可在較高溫度下回火，有效地消除殘余應(yīng)力，提高塑性；降低滲碳鋼中碳化物在晶界上形成的連續(xù)網(wǎng)狀，減少滲碳層中殘留奧氏體，增加表面層耐磨性；Mo在鍛模鋼中，能保持鋼硬度穩(wěn)定，增加對變形、開裂和磨損的抗力；Mo鋼能提高對有機酸(蟻酸、醋酸和草酸)及過氧化氫、硫酸、亞硫酸、硫酸鹽、酸性材料和漂白粉等抗蝕性，防氯離子點腐蝕；Mo質(zhì)量分數(shù)為1%的高速鋼，具有高耐磨、高回火和紅硬性等。

ECC公司制造的齒條Mo質(zhì)量分數(shù)達0.92%，GRST2鋼中則不大于0.02%，其硬度略高于無Mo的GRST1鋼，后期耐磨度較82B鋼好，拋光效果較差，可能與此鋼種含少量Mo有關(guān)。

3.2.1.14 氮(N)

N部分溶于鐵，提高了鋼的淬透性，增加了蠕變強度；鋼表面滲N后，能增加硬度和耐磨性，顯著改善抗蝕性；在低碳鋼中，殘留N導(dǎo)致時效脆性；N在低合金鋼中，能與Nb，V形成特殊碳化物Nb(CN)和V(CN)，對細化晶粒，改善材料韌性具有重要作用。

GRST1鋼和GRST2鋼均含有少量N，有利于在鋼中形成Nb(CN)，V(CN)等特殊碳化物，細化晶粒、改善韌性，故磨損后期相對耐磨度均優(yōu)于82B鋼。

鋼中加入合金元素，可顯著提高其硬度和強度，冷作加工硬化率顯著上升，延展性大大降低，其中P，Si，S，C 冷作硬化率提高最顯著；鋼中硫化物夾雜造成鋼延展性降低，金屬針布齒條鋼材，因需經(jīng)拉絲、軋制等冷作加工，故應(yīng)嚴格控制P，S到最低限質(zhì)量分數(shù)，盡可能降低Si質(zhì)量分數(shù)，并恰到好處控制C的質(zhì)量分數(shù)。OK40型齒條鋼中P質(zhì)量分數(shù)僅為GRST1鋼和GRST2鋼的1/3；S僅為此二鋼種的1/2，C質(zhì)量分數(shù)為0.74%～0.78%，既不低于0.72%，也不高于0.80%，這正是它的奧妙之處。

引進比利時鋼絲，C質(zhì)量分數(shù)僅為0.59%～0.66%，S質(zhì)量分數(shù)僅為0.006 0%～0.008 5%、P質(zhì)量分數(shù)僅為0.010%～0.026%，其拉絲、軋片極易，使軋輥壽命大幅延長，坯片幾何尺寸精確，產(chǎn)品質(zhì)量良好；而82B，GRST2鋼絲則冷拉困難、軋制易裂、軋輥易損，焊接難、牢度差，則是鮮明的對比。

Ni，Cr，Cu，V也會降低鋼的延展性和深沖壓性能，加入少量Al可提高深沖壓鋼板的表面質(zhì)量。

3.2.2 高耐磨金屬針布專用鋼材元素成分

綜上所述，高耐磨的金屬針布專用鋼材，可在GRST1鋼的基礎(chǔ)上，吸收OK40型齒條和ECC公司產(chǎn)品鋼材元素成分進行組合，以達到既有良好的冷熱加工和沖切加工性能，又有良好抗軟磨料沖擊疲勞、抗硬磨粒犁耕、耐化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕性能，建議采用表4鋼材元素成分。

表4 高耐磨金屬針布齒條專用鋼材元素成分及質(zhì)量分數(shù) 單位：%

表4中，在GRST1鋼成分基礎(chǔ)上作如下變更：

a) 增加C質(zhì)量分數(shù)為0.74%～0.78%，與OK40型齒條C質(zhì)量分數(shù)相同，有充足的C與合金元素形成碳化物硬質(zhì)點，以提高強度和剛度以及對硬磨料犁耕的抗力；但C質(zhì)量分數(shù)盡量避免為0.80%，以免火焰淬火的熱穩(wěn)定性差，難以保證淬火后金相組織的穩(wěn)定性，影響焊接。

b) 適當增加Cr含量，Cr的質(zhì)量分數(shù)增加至0.18%～0.22%，與OK40型齒條和ECC齒條含Cr量相同，提高抗腐蝕和抗氧化能力。

c) Ni質(zhì)量分數(shù)為0.054%，與OK40型齒條和ECC齒條相當，提高抗腐蝕和抗氧化能力。

d) 增加Al質(zhì)量分數(shù)為0.14%～0.20%，與OK40型齒條和ECC齒條相當，脫硫以提高沖切性能，改善沖口表面粗糙度，減少溝槽源，防止一開始就集中磨損。

e) 不加W元素，因W元素硬脆(WC的硬度為2400 HV)，較耐硬磨料磨損，提高抗硬磨料犁耕的抗力，然而并不適合軟磨料磨損要求基體具有韌性的要求，且可防冷作加工硬化過快、脆斷、軋片裂開、熱處理溫度難控制、焊接困難等等。

f) 加Mo元素質(zhì)量分數(shù)為0.10%～0.20%，可提高鋼材基體的韌性，以提高抗軟磨料沖擊疲勞磨損的抗力，形成的MoC硬質(zhì)點(硬度為2000 HV～3000 HV)可提高抗硬磨料犁耕的抗力。

g) 其他元素保持不變。

加入Mo后冷熱加工性能如何，有待實踐后再作調(diào)整。

3.3 鋼材金相組織和硬度對其耐磨度的影響

3.3.1 金相組織對耐磨度的影響

4種鋼齒條的金相組織，如圖4所示。

a) OK40型齒條 b) GRST1鋼齒條

c) GRST2鋼齒條 d) 82B鋼齒條

OK40型齒條金相組織：細針狀+隱針狀回火馬氏體+點狀碳化物，馬氏體與彌散的碳化物分布均勻。

GRST1鋼齒條金相組織：細針狀+隱針狀回火馬氏體+點狀碳化物，碳化物較少，馬氏體與碳化物分布欠均勻。

GRST2鋼齒條金相組織：細針狀回火馬氏體+粒狀碳化物，碳化物含量較少，馬氏體與碳化物分布不夠均勻。

82B鋼齒條金相組織：馬氏體和碳化物晶粒粗大，且分布很不均勻。

4種鋼齒條的齒尖均未見脫碳層和明顯夾雜物；若有脫碳和夾雜，將嚴重影響齒條耐磨度。

耐磨性優(yōu)良的金相組織，應(yīng)為隱針狀回火馬氏體中均勻分布細小合金碳化物和少量殘余奧氏體，這樣的基體才會韌中帶硬，具有最高的強韌性，既耐沖擊疲勞磨損，又能抗硬磨粒犁耕；4種鋼材的耐磨度與上述金相基本對應(yīng)一致。鋼中加入適量的V，Nb，稀土元素(RE)等元素，對細化晶粒，減少非金屬夾雜物，形成合金碳化物及特殊碳化物很有利，這也是GRST1鋼和GRST2鋼晚期耐磨度顯著提高的主要因素。

國產(chǎn)新鋼種齒條金相組織與OK40型齒條還有很大差距，應(yīng)優(yōu)化加工工藝，以趕超國際先進水平。

3.3.2 齒尖硬度對耐磨度的影響

4種齒條齒尖硬度及其分布測定結(jié)果見表5，繪成曲線如圖5所示。

表5 4種鋼材的齒條硬度分布 單位：HV

圖5 4種鋼材的齒條硬度分布

由表5和圖5可知：OK40型齒條硬度為770 HV～605 HV，淬火深度為1.5 mm～1.6 mm，且齒部硬度均勻，波動小，基部硬度為213 HV；82B鋼齒條硬度值最大，齒部硬度為841 HV～723 HV，淬火深度為1.8 mm～1.9 mm。GRST1鋼齒條齒部硬度與OK40型齒條相近，齒部硬度為766 HV～666 HV，淬火深度僅為1.0 mm～1.1 mm,基部硬度最低。GRST2鋼齒條硬度為821 HV～669 HV，淬火深度接近OK40型齒條，為1.5 mm～1.6 mm,基部硬度較高。

4種齒條硬度從高至低的排序為：82B→GRST2→GRST1→OK40型齒條，而相對耐磨度的排序與此相反，可見齒部硬度并不是影響齒條耐磨性的決定性因素。其根本原因是：金屬針布的磨損機理主要是以軟磨料沖擊疲勞磨損為主，兼有硬磨料犁耕、氧化腐蝕和電化學(xué)腐蝕磨損，企圖追求齒部硬度來提高耐磨度的觀點是不符合實際的。淬硬的齒部進行恰當?shù)鼗鼗?，適當降低齒部硬度，提高韌性，細化晶粒，才能較好地提高耐磨度。應(yīng)深入研究和優(yōu)化不同鋼種的退火工藝、淬火工藝和回火工藝，淬火加熱時提高加熱速度，對細化晶粒亦很重要。

4 結(jié)論

4.1 OK40型齒條與82B鋼、GRST1鋼、GRST2鋼制造的齒條比較，OK40型齒條耐磨度最好，其次是GRST1鋼齒條，GRST2鋼齒條耐磨度基本與82B鋼齒條相近，但早期82B鋼齒條略好，晚期GRST2耐磨度優(yōu)于82B，可見82B最不耐磨。

4.2 影響齒條跑合期磨損的主要因素是其表面氧化皮、沖口和兩側(cè)面粗糙度及齒部脫碳層；國產(chǎn)鋼跑合期不耐磨的主要原因是側(cè)面和沖口表面粗糙度差，斷口毛刺多、波谷深而多，并存在原始溝槽源，從而一開始就產(chǎn)生集中磨損所致。制造齒條時努力改善齒條側(cè)面和沖口的表面粗糙度，防止齒部脫碳，才可能較大幅度提高齒條的跑合期耐磨度。

4.3 影響齒條穩(wěn)定期耐磨度的主要因素是鋼材元素成分及其質(zhì)量分數(shù)和金相組織，齒部硬度并不是決定性的因素，而是其強韌性。

4.4 三個國產(chǎn)鋼種中，以GRST1鋼的冷熱加工性能、焊接性能最好，較適宜作為金屬針布齒條的專用鋼材；82B鋼冷拉困難，拉拔道數(shù)、退火次數(shù)多、焊接難；GRST2鋼可能因熱軋、終軋溫度不當，致使晶粒粗大、夾雜多、偏析嚴重，以至鋼絲拉拔極困難、軋片易裂開、淬火穩(wěn)定性差而難以制得穩(wěn)定產(chǎn)品，金屬針布的耐磨度不如GRST1鋼。

4.5 隨磨礪時間增加，GRST1鋼和GRST2鋼的相對耐磨度顯著提高，這與鋼材中加入Nb，V，稀土元素(RE)等合金元素有關(guān)，對減少夾雜、細化晶粒、形成碳化物硬質(zhì)點，提高強度和韌性，抗腐蝕，從而提高耐磨度起了重要作用，若能再進一步減少鋼中P，S的含量，則GRST1鋼性能會更理想。

4.6 國產(chǎn)GRST1鋼和GRST2鋼的金相晶粒雖較細小、均勻，但碳化物較少且分布不均勻，這與退火工藝、淬火工藝和是否回火密切相關(guān)，需進一步研究。

4.7 建議采用表4的鋼材元素成分作為高耐磨金屬針布齒條的專用鋼材，以趕超國際先進的高耐磨金屬針布齒條。

(全文完)

[1] 許鑑良.金屬針布快速磨損模擬試驗研究[J].華東紡織工學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版,1985,11(1)：15-24.

[2] 許鑑良，陳麗珍，陳文龍，等.新型鋼種的金屬針布磨損研究[J].紡織學(xué)報，1984，15(2)：5-11.

[3] 安繼儒.中外常用金屬材料手冊[M].西安：西安交通大學(xué)出版社,1992:1250-1256.

[4] 崔崑.鋼鐵材料及有色金屬材料[M].北京：機械工業(yè)出版社，1981.

[5] 《稀有金屬應(yīng)用》編寫組.稀有金屬應(yīng)用[M].北京： 冶金工業(yè)出版社,1974.

[6] 《稀有金屬知識》編寫組.稀有金屬鉭與鈮[M].北京：冶金工業(yè)出版社,1974.

[7] 金輪針布(江蘇)有限公司.內(nèi)部技術(shù)資料[Z].

Probing into High Wear-resistant MCC Wires

XU Jianliang

(School of Textiles Donghua University, Shanghai 200023,China)

To explore how to manufacture high wear-resistant products in contemporary MCC wires processing conditions，analysis is done to the processing technology and wear mechanism of MCC.Sampling the wires on the carding roller of the rotor spinning frame,comparative analysis is done to the products of domestic steel 82B,GRST1,GRST2 and wires OK40 from Swiss Graf company after fast wear simulation test.Detailed discussion is made on the oxide scales of the wires,surface roughness,steel element composition and microstructure of the tooth points,inclusions and other effects on the abrasion resistance of the wires;taking GRST1 steel as the foundation,considering the element composition of OK40 and ECC products,components with high wear-resistant MCC wires are given.It is noted that wires OK40 is of good wear-resistant,followed by that of GRST1.Main factors affecting wire running-in include surface oxide scales,notching,roughness on the both sides and tooth decarburized layer while main factors affecting wire wear-resistance in the stable phase include elements of the steel wire and mass fraction and microstructure.The high wear-resistant wires of MCC,in case of special steel element with GRST1 steel,if element of Mo is added in,so to make the mass fractions of C，Cr，Ni，Al and Mo are respectively as 0.74%～0.78%,0.18%～0.22%,0.054% and 0.10%～0.20%.

high wear-resistant;MCC;OK40;wire;steel;wear-resistant;surface roughness;steel elements;microstructure

2016-09-18

許鑑良(1936—)，男，江蘇無錫人，副教授，主要從事梳理器材的研究和應(yīng)用。

TS103.82+1

A

1001-9634(2017)03-0001-07