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简述高速钢的分类
高速钢是一类用于制造高效率切削工具的高性能钢铁材料。
它通常具有以下特性:
- 高硬度：高速钢具有高硬度，可以承受高速切削时的高温和高压。
- 耐磨性：高速钢的耐磨性能很好，可以延长刀具的使用寿命。
- 韧性：高速钢的韧性较好，可以承受切削时的冲击力和压力。
- 耐热性：高速钢具有较好的耐热性，可以在较高温度下工作。
根据高速钢中所含有合金元素的不同，高速钢可以分为以下几种类型:
1. 钨系高速钢：这种高速钢中含有大量钨元素，具有较高的硬度和耐磨性。
2. 钨钼系高速钢：这种高速钢中同时含有钨和钼元素，具有较高的硬度和韧性。
3. 高钼系高速钢：这种高速钢中含有大量钼元素，具有较高的硬度和耐热性。
4. 钴系高速钢：这种高速钢中含有大量钴元素，具有较高的硬度和耐热性，同时也具有较好的韧性。
高速钢的应用领域十分广泛，包括汽车制造、航空航天、电子等领域。
在制造高速切削工具时，高速钢通常被用于制造刀具、钻头、锯片等工具。
高铬铁和高铬钢轧辊介绍高铬铁和高铬钢轧辊有多少了解的？下面唐山亿联盛小编就为大家介绍一下，希望会给大家带来帮助。
高铬铸铁轧辊是以碳含量为2.3-3.3%，铬含量12-22%的高铬白口耐磨铸铁为轧辊辊身外层材质，以球墨铸铁为轧辊芯部和辊颈材质，采用离心复合浇注工艺而生产的高合金复合铸铁轧辊。
通常在各类合金铸铁轧辊中，随着铁水的凝固在辊身外层组织中析出的碳化物是Fe3C型，Fe3C型碳化物的显微硬度为840-1100HV，而高铬铸铁，由于铁水中含有大量的铬及镍、钼等合金元素，在铁水凝固时辊身外层组织中析出的碳化物已不是Fe3C型渗碳体，而是呈现出M7C3型共晶碳化物，M7C3型碳化物的显微硬度可达到1500-2000HV，因此耐磨性好。
高铬复合铸铁轧辊辊身工作层的基体组织和基体组织中存在的碳化物的特性、数量、及其分布状况对轧辊的使用性能起着决定性的作用。
随着高铬铁水中铬含量的提高，特别是Cr/C比率的增大，轧辊辊身工作层基体组织中的Cr7C3型共晶碳化物的数量也随之明显增多。
辊身表面硬度70-85HSD，辊颈表面硬度 35-45HSD，辊身表面硬度不均匀度≤4HSD。
该种轧辊的优点是耐磨性好，不足之处就是轧辊热敏感性高，对冷却水的水质、水压、水量要求较高。
高铬钢是上个世纪80年代初欧洲轧辊厂在综合分析高铬复合铸铁轧辊技术特性和使用性能的基础上研究开发的含铬量为8-14%，含碳量为0.8-1.8%，以及含有钼、镍和适量钒等合金元素的铸钢轧辊新材质，这种轧辊材料具有优良的抗热裂纹性能和较高的耐磨损性能。
以高铬钢作为轧辊的外层材料，以球墨铸铁作为轧辊的芯部和辊颈材质，采用离心复合浇注工艺而生产的高合金复合铸钢轧辊。
高铬钢轧辊化学成分的确定是以有利于获得不连续、而且对热裂纹不敏感的细小M7C3型碳化物为前提。
辊身表面硬度70-80HSD，辊颈表面硬度 35-45HSD，辊身表面硬度不均匀度≤4HSD。
高铬铁和高铬钢轧辊主要特点高铬钢轧辊工作层材料中碳、铬含量大大减少，碳化碳化物脆性相减少，其含量为5-10%，导热性高于高铬铁轧辊，所以在轧辊使用时对冷却水的要求不像高铬铁那样苛刻。
轧辊种类的划分
轧辊是用于金属轧制的设备，根据其用途和材质不同，可以分为以下几种类型：
1. 热轧辊：适用于热轧工艺，一般由合金钢制成，具有较高的热强度和磨损耐受能力。
2. 冷轧辊：主要用于冷轧工艺，一般由高速钢或工具钢制成，具有较高的硬度和表面光滑度。
3. 镀膜轧辊：表面经过涂层处理，如镀铬、镀钛、镀钨等，以增加轧辊的耐磨性和耐腐蚀性。
4. 粗轧辊：主要用于对厚板坯进行初轧的辊子，通常由铸铁或钢制成。
5. 精轧辊：用于对轧制薄板或带材进行精密轧制的辊子，一般由合金钢或特殊钢制成。
6. 工艺轧辊：用于特殊工艺要求的轧制过程，如钢管轧辊、轧辊修磨辊等。
7. 形状轧辊：具有特殊形状的辊子，如花纹辊、包覆辊等，用于定制特殊形状的轧制产品。
8. 支撑辊：用于支撑轧辊运转的辅助辊子，常见的有支撑辊、导向辊等。
以上为一些常见的轧辊种类划分，根据具体的工艺需求和被轧制材料的特性，还可以有更细分的分类。
国内外热轧辊材料研究进展热轧辊在钢铁生产过程中起着至关重要的作用，它直接影响到产品质量和生产效率。
随着钢铁行业的发展，对热轧辊材料的研究也越来越重要。
本文将对国内外热轧辊材料研究的进展进行详细介绍。
目前，国内外热轧辊材料的研究主要集中在以下几个方面：材料的选择、制备工艺、表面改性和功能化设计等。
首先，对于材料的选择，国内外学者主要围绕高合金铸铁、微合金钢和高速钢等材料进行研究。
高合金铸铁具有优异的高温强度和良好的抗磨性能，适用于高温、高负荷的工作环境。
微合金钢具有较高的强度和韧性，能够满足较高的工作强度要求。
高速钢则以其高硬度和耐磨性闻名，能够有效延长热轧辊的使用寿命。
其次，制备工艺的研究主要包括铸造工艺和热处理工艺。
针对高合金铸铁，国内外学者研究了不同冷却速度、化学成分和注浆温度对铸铁性能的影响。
微合金钢的研究主要集中在钢水净化、连铸和热轧过程中的控制技术。
高速钢的制备主要采用粉末冶金法和热加工工艺。
此外，表面改性技术也是国内外研究的热点之一、研究人员通过沉积技术、电化学处理和激光熔覆等方法，将耐磨、耐高温薄膜材料沉积在辊面上，提高了辊材的耐磨性和表面硬度。
同时，也有学者将特殊功能材料沉积在辊材表面，例如导磁材料、隔热材料和氧化铝涂层，以提高热轧辊的工作效率和产品质量。
最后，热轧辊材料的功能化设计也是研究的一个热点。
研究者通过调整材料的化学成分、晶粒结构和显微组织等方式，实现辊材在不同工作环境下的最佳性能。
例如，通过添加纳米颗粒和晶界工程等方式来提高辊材的强度和韧性，在高温、高负荷工作条件下保持辊材的稳定性。
总的来说，国内外在热轧辊材料研究方面取得了一定的进展，但仍存在一些挑战。
例如，高合金铸铁辊材在高温条件下容易出现热疲劳裂纹，微合金钢在强切削条件下容易出现剥皮和龟裂等问题。
因此，今后的研究还需要进一步解决这些问题，并通过材料的改性、工艺的优化和设计的创新，提高热轧辊材料的性能，满足钢铁工业的需求。
高速钢轧辊及其合金元素马东良;马振义【摘要】本文简单介绍了高速钢轧辊及其优点,重点分析了其中的合金元素和碳化物,并设计出适合生产与使用的高速钢轧辊.【期刊名称】《大型铸锻件》【年(卷),期】2008(000)003【总页数】3页(P10-12)【关键词】高速钢;轧辊;合金元素;碳化物【作者】马东良;马振义【作者单位】中钢集团邢台机械轧辊有限公司技术中心,河北,054025;中建八局第一建设有限公司,山东,250100【正文语种】中文【中图分类】TU512.9近年来世界钢铁工业的迅速发展，使轧辊的消耗越来越大，对其轧辊性能的要求也越来越高。
我公司经过十几年的努力，已成功将高速钢应用于冶金轧辊的生产。
1 高速钢轧辊高速钢是含大量钨、钼、铬、钒等元素的高碳高合金钢，是典型的高速切削刃具钢。
高速钢具有高硬度、优良耐磨性和高红硬性等特点。
由于价格偏高且生产工艺复杂，在很长时间内，其应用范围仅限于刃具行业。
随着生产的需要和技术的进步，高速钢逐步进入耐磨材料行业并出现了高速钢轧辊。
高速钢轧辊是用高速钢作为工作层，用满足韧性要求的锻钢、铸钢或球铁等作为辊芯，以熔铸的方式通过冶金结合起来的高性能轧辊[1]。
高速钢轧辊具有如下优点：(1)高硬度和耐磨性。
高速钢轧辊中回火马氏体和贝氏体基体上弥散分布着较多MC、M2C、M6C等类型的高硬度碳化物，硬度和耐磨性较高。
根据检测，高速钢轧辊辊身硬度为64HRC，耐磨性约为高铬铁轧辊和高镍铬轧辊的3倍～11倍。
(2)较高的红硬性和热稳定性。
高速钢轧辊外层的钨、钼、铬、钒等元素使其具有较好的热稳定性和红硬性。
根据文献[2]和实际检测，高速钢轧辊在200℃以下硬度为64HRC，400℃时为62HRC，600℃时为63HRC。
(3)良好的淬透性。
在室温下检测高速钢轧辊工作层，从表面到芯部的硬度降不超过2HRC。
(4)使用效果好。
实际使用中，高速钢轧辊轧制的产品质量高，精度好，表面光滑度高，极少出现粘钢等不良现象。
高速钢轧辊铸造工艺的优化
高速钢轧辊铸造工艺的优化可以从以下几个方面进行考虑：
1. 材料选择优化：选择合适的高速钢材料，要考虑材料的热稳定性、抗疲劳性、耐磨性等性能，可以通过合金化改善材料的性能。
2. 铸件结构设计优化：优化轧辊的结构设计，要考虑轧辊的受力情况，合理确定轧辊的尺寸、形状和几何参数，提高轧辊的受力性能和使用寿命。
3. 铸造工艺优化：通过优化铸造工艺，可以改善轧辊的内部组织结构和力学性能。
可以采用定向凝固或真空冶炼等先进的铸造技术，减少缺陷和夹杂物，提高轧辊的性能。
4. 热处理工艺优化：采用合适的热处理工艺，可以改善轧辊的组织结构和性能。
可以通过正火、淬火、回火等热处理方式，调整轧辊的硬度、韧性和强度，提高轧辊的使用寿命。
5. 表面处理优化：对轧辊进行适当的表面处理，如抛丸清理、镀铬、氮化等，可以提高轧辊的防腐蚀性能和表面硬度，延长轧辊的使用寿命。
通过对高速钢轧辊铸造工艺的优化，可以提高轧辊的性能和使用寿命，降低生产成本，并提高生产效率。
高速钢轧辊的特征及使用技术要求目前人们所称的高速钢轧辊均为高碳高速钢复合轧辊，即轧辊的工作层材料采用高碳高速钢，轧辊的芯部材料采用球墨铸铁、石墨钢或锻钢等，两种不同的材料通过离心铸造或者是采用CPC工艺复合而成，与传统的M2、M4等标准类型钨钼高速钢有着本质上的区别。
在正常的轧制条件下，高速钢轧辊的使用寿命是合金铸铁轧辊3倍以上。
一、高速钢轧辊的特点1、高速钢轧辊含碳量较高，而且含有较高的钒、铬、钨、钼、铌等合金元素，因此，轧辊组织中碳化物的类型以MC型和M2C型为主，碳化物硬度高、耐磨性好。
2、高速钢轧辊具有较好的热稳定性，在轧制温度下，辊面具有较高的硬度和良好的耐磨性。
3、高速钢轧辊具有良好的淬透性，从辊身表面到工作层内部的硬度几乎不降，从而确保轧辊从外到内具有同等良好的耐磨性。
4、轧辊使用过程中，在良好的冷却条件下，辊身表面形成薄而致密的氧化膜，这种均匀、薄而致密的氧化膜长时间存在而不脱落，使得高速钢轧辊耐磨性得到显著提高。
5、高速钢轧辊在轧制时辊面氧化膜的形成，降低了轧材与辊面间的磨擦，因此在轧制过程中易引起打滑现象，使轧机调整难度增加。
6、高速钢材料膨胀系数大，导热性能好，在轧制时易引起辊形变化，影响轧材精度。
因此，高速钢轧辊在板带材轧机上使用时，不仅要改变冷却系统的设计，而且还要重新改变辊形的设计。
7、由于高速钢轧辊芯部采用合金球墨铸铁、石墨钢或者是锻钢等材料制成，因此轧辊辊颈强度高。
8、由于高速钢材料耐磨性好、抗事故能力差，因此高速钢轧辊使用效果的好坏不仅取决于高速钢轧辊本身的质量，而且更重要取决于轧辊的使用条件和轧辊的维护保养。
二、高速钢轧辊的加工轧辊的硬度提高后，轧辊的加工难度相应就增加，对用于线、棒材轧机高速钢轧辊的孔型加工，特别是轧制螺纹钢轧辊在重复使用时的切削加工，由于是断续切削，其加工难度更大，因此选用合理的加工刀具和切削用量是决定高速钢轧辊能否在线棒材轧机上正常使用的先决条件。
高速钢轧辊的耐磨性研究————金属材料研究专题结课论文学院：材料科学与工程学院班级：10级焊接一班姓名：王玉玮学号：100102030018高速钢轧辊的耐磨性研究摘要：高速钢轧辊由于其高耐磨性、高硬度和耐氧化性能，在热轧机上表现突出。
轧辊在轧制过程中循环受热造成表面氧化，从而显著的改变工作辊与热轧材料之间的接触和摩擦方式。
本文中使用高温显微镜观察研究高速钢轧辊材料表面氧化膜的形成和分布。
通过表面观测表明，高速钢材料的氧化膜最初在碳化物和基体的晶界处生长，并迅速的覆盖在碳化物表面，随后持续生长至覆盖整个材料的表面。
高速钢材料这种特殊的氧化特性对于轧辊表面形态有特别重要的意义。
在氧化气氛下，水蒸气同时增加基体和碳化物的氧化速率。
通过小型两辊轧机和Gleeble 3500热-力学模拟试验机来研究静态热轧条件下高速钢轧辊与低碳钢试样之间的摩擦行为。
试验结果表明，表面光洁和氧化后的轧辊表面具有完全不同的摩擦行为，不管是在不同的压下量还是温度条件下，有氧化膜的轧辊的摩擦力总是比光洁的轧辊要高。
工作辊的表面状况对于粗糙度有决定性的影响。
关键词：高速钢表面氧化摩擦性能热轧制1、绪论高速钢轧辊由于具有优秀的耐磨性、高的硬度和耐氧化性，无论在热轧机的粗轧或是精轧阶段，都比传统高铬钢轧辊以及无限冷硬铸铁轧辊表现出优势。
在热轧过程中与钢坯的瞬时接触，使轧辊表面被加热到接近650℃，随后又冷却至500℃左右。
这种循环受热导致辊面氧化膜的产生，显著的改变工作辊和轧制材料之间的摩擦性能。
人们在研究轧辊表面氧化膜的摩擦学性能方面做过很多实验和数据研究，这些研究显示，氧化膜的物理性质和机械性能决定了辊面质量，并可能导致轧制材料的表面缺陷。
在轧制过程中，接触小于30次/分钟时，氧化膜会在高温、机械疲劳和压力的作用下剥落。
因此研究高速钢轧辊材料使用初期的氧化行为显得十分必要。
轧辊的磨损失效方式有四种：表面磨损、机械疲劳、热疲劳、化学腐蚀。
轧制材料的氧化膜对轧辊造成磨损则是轧辊损耗的一个主要形式。
工作辊和轧材的摩擦学行为则是热轧过程的关键所在。
在本文中，通过CCD相机借助高温金像显微镜，实现在650℃高温、干燥或12.5%的湿度下，观察高速钢轧辊氧化膜的形成和扩展。
这是首次通过小型两辊轧机和Gleeble 3500热-力学模拟试验机来研究慢速热轧条件下工作辊与热轧材料之间的摩擦行为。
试验后，使用SEM、XRD、AFM、外表形貌测量仪等设备对试样氧化膜的微观结构、组织、粗糙度进行分析。
2、试验2.1 选材试验中高速钢成分（质量分数）测定如下：C l.96%, Cr 4. 85%,Mo 4.47% ,W 3.4 % , V 4. 00 % , Mn l. 26%，其余为Fe。
其中有三种碳化物共占13%的体积分数：薄片状MC型碳化物，约占9%；其余为棒状的Mo系M2C型和网状的铬系M7C3型，共占4%。
2.2 氧化原理研究一般研究氧化物的形成使用热重分析法和Gleeble热-力学模拟，并不能直接观察到氧化过程的所有参数。
但是，通过以上装置，可以观测到试样的高温金像，同时记录出温度变化，对应出试样氧化期在力学性能表现出的变化。
加热时，将试样（2.7x2.7x2m3）放置在坩埚上，光洁的表面向上，坩埚悬浮在一个镀金的椭圆形红外加热装置中，如图1所示。
图1 氧化观测装置的图示氧化性的气体通过软管到达试样表面。
将工业压缩空气通过50℃的恒温蒸馏水，获得12.5%的湿度，以此用来提供氧化气氛。
试验过程中，在高纯氩气保护氛围下，将试样加热至650℃恒温5分钟，使试样受热均匀。
然后关闭氩气，通入氧化气氛，持续30分钟，同时确保试样温度保持在650℃。
氧化过程完成后，通入气氛改为高纯氩气，防止试样进一步氧化，同时使试样在1.7℃/s的速度下冷却至室温。
2.3 摩擦性能测试在研究滚动摩擦和疲劳测试时，忽略了热轧钢材的塑性形变。
为了研究热轧工作辊在静态热轧制条件下的摩擦力学行为，我们将一个小型两辊高速轧机通过改装，连接在Gleeble 3500热-力学模拟试验机上，如图2所示。
图2 小型两辊高速轧机示意图通过两个安装在上辊轴承上的压力计可以检测出轧制力。
通过调节两辊之间的间距，来获得所需的轧制下压量。
试样使用热-力学模拟器的夹具夹住，在热轧模拟试验之前通过电流加热至所需温度。
数字控制系统模拟轧制参数，驱动模拟器部件模拟轧制。
考虑到Gleeble 模拟器的空间限制，轧制距离设置为25mm。
试验中使用的轧材为低碳钢。
为了模拟光洁/氧化后的辊面，我们研究了高速钢轧辊的两种不同的表面形态。
一个种是光洁的金属表面，粗糙度约0.2 ~0. 3μm（Ra）；一种是氧化后的辊面，在干燥的工业空气气氛，700℃温度条件下，氧化80分钟后形成，粗糙度约1.2μm，氧化膜厚度约7μm。
试样在氩气保护氛围下加热到700和850℃后开始轧制，轧制速度15mm/s，下压量为16%、25%、33%。
3、试验结果及分析3.1 氧化试验图3是高速钢试样在650℃干燥空气氛围下氧化时，表面氧化膜最初形成和连续生长。
图3（a）展示的是通入干空气前的高速钢试样洁净表面，可以明显的看到碳化物分布在马氏体上。
通过高温金像装置中的CCD相机，只有MC型V系碳化物可以被清晰的看到，因为它体积较大，分布较广。
从图3（b）中可以明显看出，通入干空气后，碳化物和基体的颜色立即产生差别。
这说明在氧化气氛通入后，氧化最初发生在碳化物和基体的晶界处。
5秒后，氧化膜迅速扩展到碳化物表面，并具有向基体蔓延的趋势，如图3（c）所示。
图3（d）和图3（e）是氧化发生至15秒和30秒后的情况，氧化膜持续生长，蔓延至覆盖基体。
氧化膜在晶界处形成至覆盖整个表面约用时50秒，如图3（f）。
随后，氧化膜随着氧化的时间延长，不断增厚。
当氧化气氛湿度变为12.5%时，状况与干空气类似，但是氧化膜的生长更加迅速。
图4 高速钢试样在650℃氧化30分钟后的表面形态。
（a）干燥空气（b）12.5%湿空气。
图4是在干空气和12.5%湿空气中氧化后的表面形态。
氧化表面是有差异的，表明高速钢组织中耐氧化性的不同。
MC型V系碳化物氧化后突出于表面，呈六边形颗粒状，如图4（a）。
碳化物区域氧化较严重，且覆盖有较厚的氧化膜，而基体由于较好的耐氧化性，氧化程度较轻，导致试样表面氧化程度不一致。
观测表明，MC型V系碳化物氧化速率叫基体要快，与先前的研究结果一致。
与干空气相比，在潮湿氛围下（12.5%湿空气）这种氧化的差异性更大。
氧化气氛中的水分同时增加碳化物和基体的氧化速率。
在650℃，氧化膜在湿空气下较在干空气下表现出较多的孔隙，而且其中MC型V系碳化物体积较大也较为狭长，氧化更严重，如图4（b）。
聚焦离子束成像表明，高速钢试样在650℃氧化30分钟，氧化膜厚度只有l ~2µm。
而X射线衍射表明，氧化膜的主要成分是Fe203和Fe304。
有意思的是，试样表面的平均粗糙度从干空气的335.37 nm 降低至湿空气下的249.9 nm。
水分同时增加基体和碳化物的氧化速率，减少了两者之间的氧化差异，使30分钟后，氧化膜倾向一致。
3.2 摩擦测试摩擦行为一般认为是热轧过程中的关键项次。
图5（a）表明的是光洁或者氧化后的辊面条件下，轧制力随轧制温度变化的曲线。
氧化过的辊面轧制力要比光洁表面大。
表面粗糙度高（氧化后l.50 µm/光洁0.2 ~0. 3 µm）使摩擦系数增大，导致轧制力较大。
图5（b）表示的是试样表面粗糙度的变化与模拟轧制过程中轧制力之间的关系。
试样的初始粗糙度大约在l. 8 ~ 2.0 µm。
需要注意的是，虽然模拟装置中充满氩气，轧材试样表面仍然随着加热而氧化。
在辊面光洁的情况下，任何下压量，无论在700℃还是800℃，轧材表面形成的氧化膜被压平并残留在轧材表面。
如图5（b）所示，轧材表面粗糙度随着下压量增加，明显减小。
在下压量较低（6% ~8%）时，轧材表面粗糙度较低，与高温条件下类似；下压量较高（16% ~18%）时，轧材轧制后的表面粗糙度与辊面粗糙度接近（光洁辊面轧制后粗糙度约为0. 2 ~ 0. 3 µm）。
在辊面氧化时，温度为700℃，下压量大于12%，或者温度为850℃，任意下压量，氧化膜开始剥落，轧制后露出新鲜的金属表面。
700℃，下压量较小（10%）时，轧材被氧化后的轧辊轧制变形后，氧化膜被压平并残留在表面。
而被光洁的轧辊轧制后与此类似，如图6所示。
残留的氧化膜使材料表面平整，并改变轧辊与轧材之间的接触。
这就是为什么图5（b）中轧材下压量为10%时，表面粗糙度在700℃轧制条件下，会比在850℃轧制条件下要小。
下压量大于12%时，在700℃或是850℃下轧制后，轧材轧表面粗糙度都会与轧辊表面比较接近。
可以判定，轧辊表面粗糙度对轧材的粗糙度有决定性的作用。
4、结论在本文中，通过高温显微镜和CCD相机，研究了650℃温度下，干燥或者湿度为12.5%的大气氛围下，高速钢轧辊材料氧化膜的形成和生长，随后用SEM、XRD、EBSD等仪器进行检测。
观测表明，氧化膜最初形成在高速钢材料的碳化物及基体的晶界处，然后迅速生长覆盖碳化物乃至整个材料表面。
高速钢材料表面氧化的差别对于辊面形态有重要影响。
湿空气同时增加碳化物和基体的氧化速率，650℃下，高速钢在湿空气中氧化更为严重，但是氧化后的表面形态较干空气中平整。
这是首次通过小型两辊轧机和Gleeble 3500热-力学模拟试验机来研究慢速热轧条件下工作辊与热轧材料之间的摩擦行为。
研究的是两种不同的辊面，光洁或氧化。
结果表明，两种不同的辊面状况导致完全不同的摩擦行为。
在不同温度和不同下压量下，氧化辊面的轧制力总比光洁表面大。
轧材与轧辊，轧辊与轧辊之间的表面形貌不同，轧材的表面粗糙度在经过轧制后，与辊面接近。
所以工作辊的表面对于粗糙度起决定性的作用。
