高速钢复合轧辊是利用具有高硬度,尤其是具有很好的红硬性、耐磨性和淬透性的高速钢作为轧辊的工作层,用韧性满足要求的高强度球墨铸铁作
为轧辊的芯部材料,把工作层和芯部以冶金结合的方式复合起来的高性能轧辊。
高速钢的基体中固溶有大量合金元素,使得淬火后高速钢中有大量的残余奥氏体,过多的残余奥氏体使得轧辊在冷热疲劳过程中产生裂纹的倾向增大。因此,通过热处理将淬火组织中的残余奥氏体转变为马氏体是提高热稳定性能的一个重要途径。另一方面,通过热处理可以使固溶在基体中的合金元素析出,形成高熔点、高硬度的MC型碳化物颗粒,提高二次硬化能力[1]。本文研究了1050℃空淬下,不同回火工艺对高速钢轧辊显微组织中残余奥氏体和硬度的影响,通过对热处理后轧辊中残余奥氏体和碳化物含量的测量和分析,确定最优的高速钢回火工艺参数,为工业生产提供了科学依据。
1试验材料和测试方法
1.1实验材料来自国内某轧辊厂,复合轧辊高速钢工作层的成分见表1。
1.2淬火工艺
本实验所用材料是从大块高速钢铸态试样用钼切割的方法切成
15mm×12mm×12mm的试样块,用高温电阻炉加热(精度±5℃,在1050℃保温1h 后出炉空淬。1050℃空淬保温1h的显微组织如图1。1050℃空淬后试样的硬度如表2。
1.3回火工艺及其显微组织
为减少试验次数,设计了三因素(回火温度、保温时间和回火次数三水平回火工艺正交表,选用正交表L9(34表格[2],其因素和水平选择的依据如下。
(1回火温度的选择。200~300℃时残余奥氏体转变为下贝氏体或回火马氏体,到300℃时残余奥氏体分解基本结束[3]。当回火温度低于350℃时,只
表2空淬后试样的硬度
热处理工艺硬度HRC平均值HRC 1050℃保温1h空淬64.864.063.865.064.4
回火工艺对高速钢
轧辊残余奥氏体和硬度的影响
Influence of the Tempering Technology on Retained Austenite
and Hardness of High-Speed Steel Rolls
栗重浩1姚三九1杨仁康1王武宏1甘宅平2刘永志2
(1.武汉理工大学材料科学与工程学院,武汉430070;2.武汉钢铁集团轧辊制造公司,武汉430070
摘要:采用正交表L
9
(34设计高速钢轧辊淬火后的回火工艺;经XRD分析,采用K值法定量测量不同热处理工艺下高速钢轧辊中残余奥氏体和碳化物的含量;通过方差分析确定残余奥氏体最少和硬度达到HRC71以上的最优热处理工艺。
关键词:高速钢轧辊,XRD,残余奥氏体,硬度
中图分类号:TG142.45;文献标识码:A;文章编号:1006-9658(200904-4
收稿日期:2009-04-09
文章编号:2009-054
作者简介:栗重浩(1982-,男,硕士研究生,从事高性能金属材料的研究、材料成型和热处理工作
表1高速钢轧辊化学成分(质量百分数,%
C Si Mn Cr Mo V W Nb P S
1.6/
2.00.3/1.00.3/1.04.0/8.04.0/6.0
3.0/5.01.5/2.50.5/1.5<0.08<0.05
图11050℃空淬后试样的显微组织
(a(b
100μm50μm
能消除内应力,对硬度影响不大。为使更多碳化物析出,提高二次硬化能力,且350℃回火时,在以后随炉冷却过程中有更多残余奥氏体分解,回火的最低温度定为350℃。400~500℃回火时,析出的合金碳化物主要是以铬的碳化物为主,原先析出的渗碳体也在此温度下逐渐转化为铬的碳化物,此碳化物比较稳定、不易聚集,这样使高速钢的硬度逐渐升高[5]。而且,马氏体在300~500℃回火得到回火托氏体组织,它具有很高的弹性极限,同时有一定的塑性,可以改善高速钢的力学性能[4]。因此450℃是回火的又一水平温度。500~600℃回火时,一方面析出弥散度很高且不易聚集的钨和钒的碳化物,出现了明显的“弥散硬化”现象;另一方面,由于在回火过程中,残余奥氏体不断析出碳化物,使其碳和合金元素含量都降低,从而提高了它向马氏体转变的温度,在此温度回火后的冷却过程中,转变为回火马氏体[5]。此外,共析成分的奥氏体在A1~550℃温度范围内等温回火时,将发生珠光体转变,转变后的珠光体硬度较低[6]。从这三方面考虑,550℃是回火的上限温度。
(2保温时间和回火次数的选择。高速钢基体中固溶有大量合金元素,使过冷奥氏体等温转变C曲线右移,降低了马氏体转变温度,增加过冷奥氏体的稳定性,使得淬火高速钢中有大量的残余奥氏体,需多次回火消除。一般经三次回火才能完全消除残余奥氏体[7]。回火次数过多,大量碳化物多次共析易聚集长大,韧性和硬度都明显
下降。如果保温时间不足,达不到回火目的,高速钢的力学性能得不到改善。一般保温时间至少一小时。保温时间过长时,一方面碳化物聚集长大,甚至再晶接成网状,使韧性明显降低。另一方面,大多固溶在马氏体中的合金元素大量析出,降低了马氏体的固溶强化效果,基体马氏
体硬度降低。此外,在高温回火中,长时间保温易于组织粗大。所以保温时间应在1~5h。
回火工艺正交表见表3。不同回火工艺下的显微组织如图2(a、(b、(c、(d。
1.4残余奥氏体和碳化物的测量
本试验所用X射线衍射仪型号为D/Max-IIIA,其试验仪器参数:额定功率
3kW;Cu靶;管压35 kV;管流30mA;仪器稳定度优于1%;测角精确度△2θ≤±0.02°;测试速度为10deg/min;测试范围20°~100°(2θ。
用MDI Jade5.0软件(PDF2004卡片数据库建立的卡片索引进行XRD分析,并采用RIR方法定量测试残余奥氏体的含量[8]。
此方法可以定量地测出各物相的含量,对于本实验高速钢组织中主要有回火马氏体M、残余奥氏体γ和碳化物。具体操作方法[8]:
(1准确鉴定每一个物相;
(2打开峰的物相鉴定报告,将标准卡片上标明为I%=100的峰留下,保存结果;
(3查看峰搜索报告,并保存;
(4打开物相鉴定过程中产生的PDF卡片列表,样品中包含的物相都在此表中,文件中保存的是每个相的名称、化学式和RIR值。
有了以上三个文件保存的数据就可以计算出每个相的质量分数:
W A=I A
