钒对高硼高速钢组织及回火析出的影响

通过钒合金化制备了不同钒含量的高硼高速钢,采用光学显微镜、扫描电镜、能谱等手段,研究了钒含量对高硼高速钢组织和宏观硬度的影响,并探究了热处理后含钒高硼高速钢的析出相形貌及结构。结果表明,高硼高速钢铸态组织主要由枝晶马氏体和M_2B硼化物组成,随着钒含量增加,基体中马氏体数量减少,铁素体数量增加,同时硼化物逐渐细化,合金的宏观硬度随钒含量增加而逐渐降低。微观分析表明,随V含量的增加,M_2B硼化物中V元素的固溶含量均增加。同时,V在硼化物中的固溶不改变富Fe硼化物中Cr的含量,但富Mo硼化物中Mo、W元素含量随合金中V含量的增加而逐渐降低。淬火加回火处理后,基体中出现了富Mo、W、V元素的二次析出相,且随着合金中V含量的提高,二次析出相的数量不断增加,其尺寸反而减小。同时,基体为细小的板条马氏体,二次析出颗粒形态为球状及短杆状,钒的加入促进了二次硼碳化物M_(23)(B,C)_6、M(B,C)、M_6(B,C)的析出。

高硼高速钢研究进展

高速钢是一种具有高硬度、高耐磨性、高耐热性和优良红硬性的工具钢,然而由于合金元素价格高,其使用范围受到很大限制。在高速钢生产中以廉价的硼替代钨、钼、钒、铌等贵重金属制得的高硼高速钢既降低了成本,又能保证优异的硬度、耐磨性、强韧性、抗高温氧化性。本文综述了合金化、变质处理和热处理对高硼高速钢组织和性能影响,最后对高硼高速钢未来的发展进行了展望。

离心铸造高硼高速钢辊环组织及性能研究

针对高速钢轧辊生产成本高的问题,设计一种用廉价硼元素部分取代昂贵合金元素的新型耐磨材料,离心铸造出辊环。借助扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等手段对高硼高速钢辊环组织进行了研究,为高硼高速钢复合轧辊生产奠定基础。结果表明:铸态高硼高速钢辊环组织由马氏体、少量残余奥氏体及硼碳化物组成,硼碳化物由M2(B,C),(W,Mo)(2B,C),M(3B,C)以及M2(3B,C)6组成,呈鱼骨状、筛网状和块状沿晶界分布;快速冷却下,辊环径向上合金元素无偏析。经1 050℃水淬后,共晶硼碳化物形貌和分布没有变化,部分二次硼碳化物溶解,局部有断网现象,基体中出现细小、弥散的二次析出物,经525℃回火后数量明显增加。热处理后,硬度达到HRC60.8,冲击韧性可达到8.4 J/cm2。

热处理和凝固冷却方式对高硼高速钢显微组织和性能的影响

研究了冷却方式对高硼高速钢凝固组织的影响及热处理对其硬度和耐磨性的影响。研究发现:石英砂型试样的偏析大,共晶碳化物较粗,尺寸和厚度较大;石墨铸型试样碳硼化合物的尺寸细小且分布均匀性较好;1050℃淬火并525℃回火时,由于残余奥氏体量少,硬度达到最高值,其耐磨性最好。

淬火处理对轧辊用高硼高速钢组织和性能的影响

利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射、硬度计及MM-200磨损试验机,研究了淬火温度对轧辊用高硼高速钢显微组织和性能的影响。结果表明,高硼高速钢的铸态组织由马氏体、铁素体、珠光体和沿晶界呈连续网状分布的共晶硼碳化物组成,共晶硼碳化物主要是M2B和M7(C,B)3;随着淬火温度的升高,基体全部转变成为马氏体,并有二次硼碳化物M23(C,B)6析出;高硼高速钢的硬度和耐磨性随着淬火温度的升高而明显增加,在1150℃淬火时硬度最高、耐磨性最好。

新型耐磨抗氧化高硼高速钢研究进展

新型高硼高速钢是一类在M2高速钢基础上发展起来的多元低合金化、高硬度和优异抗氧化性能的高温耐磨材料。针对高硼高速钢中间隙原子的固溶特性(硼碳原子的分配行为)及性能独立可控的冶金学特点,提出了此类材料组织、成分设计原则,并讨论了主要合金元素(Cr、Al和Si等)对高硼高速钢中硬质相和基体组织的影响规律,提出了"有效硼元素"概念。此外,讨论了高硼高速钢与M2高速钢的高温抗氧化性能,并比较了合金中三种典型的共晶硼化物形态及其控制思路。这些方面的深入探讨为揭示高硼高速钢组织与性能关系、扩大高硼高速钢的应用奠定了良好基础,起到了抛砖引玉的效果。

高硼高速钢轧辊在棒材切分轧制中的应用

介绍了山东石横特钢公司棒材车间在小规格热轧带肋钢筋切分轧制中高硼高速钢轧辊的应用情况,实践证明,该材质的轧辊使用后,Φ10mm、Φ12mm、Φ14mm、螺纹轧辊消耗分别比由09年轧辊单耗降低了0.035kg/t以上,可有效提高作业率及产品质量,创造较高的经济效益。

含硅高硼高速钢高温抗氧化及热震性能研究

采用砂型铸造技术制备出Si含量为2.00wt%的高硼高速钢,研究了该钢800℃高温抗氧化性能和抗热震性能,并与M2高速钢进行对比。结果表明:含硅高硼高速钢在800℃下氧化100 h后的氧化增重比M2高速钢低2个数量级;同时在800℃保温30 min水淬下循环50次的抗热震损伤性能是M2高速钢的5~8倍。含硅高硼高速钢高抗氧化性的原因是氧化膜致密连续,且氧化膜主要由Fe-Cr尖晶石(FeCr2O4层)及内氧化层SiO2构成,内氧化层与M2B硼化物在界面处的微凸体形成界面钉子效应,提高了膜/基结合强度;而该钢高的抗热震性能来源于其优异的抗裂纹萌生和扩展能力。

淬火保温时间对高硼高速钢组织和硬度的影响

传统高速钢有大量昂贵合金元素来形成高硬度碳化物,而用硼元素来替代昂贵金属元素形成高硬度硼化物是一种经济可行的方法,从而开发出新型高硼高速钢。借助扫描电子显微镜、X射线衍射仪、洛氏硬度计等研究了B含量为1.5%、C含量为0.4%的高硼高速钢铸态及淬火后的组织与性能。结果表明,铸态高硼高速钢由铁素体、珠光体、硼化物和少量马氏体组成,硼化物呈网状及鱼骨状分布于金属基体,组织中的硬质相主要由M_(2)B、Fe_(3)(C,B)、M_(6)(C,B)组成。淬火后,部分硬质相出现断网和溶解。当淬火保温时间不超过2h时,部分小颗粒硼碳化物溶入基体,边缘发生钝化,合金硬度显著提高。当保温时间超过3h后,硼碳化物溶解严重,残余奥氏体增多,导致宏观硬度出现下降。

铝含量对高硼高速钢组织及回火析出的影响

铝元素是M2高速钢中重要添加元素,对高速钢的回火稳定性、高温抗氧化都有提高作用。因此,在高硼高速钢中加入不同含量的铝,研究铝对其组织和回火性能的影响。结果表明,含Al高硼高速钢组织由铁素体、珠光体和硼化物组成。适量的铝促进铁素体和珠光体的形成,而过量的铝导致粗大的初生硼化物形成。淬火回火后,少量铝的加人促使高硬度的纳米尺度M6(C,B)和M(C,B)弥散析出,显著提升了高硼高速钢的沉淀析出效果。

淬火对高硼高速钢轧辊材料组织和性能的影响

在测试了高硼高速钢轧辊材料临界点和等温转变曲线(TTT)的基础上,借助金相显微镜、扫描电镜、X衍射分析、拉伸试验、冲击试验和硬度试验等手段,研究了淬火处理对高硼高速钢轧辊材料组织与性能的影响。结果表明,高硼高速钢轧辊材料具有很好的淬透性,淬火后易获得高硬度的马氏体组织,且碳硼化合物呈孤立分布。淬火温度超过1050℃后,残留奥氏体增多,硬度反而下降。随着淬火温度升高,高硼高速钢的抗拉强度和冲击韧性提高,超过1050℃,抗拉强度的变化不明显。高硼高速钢在1050℃左右淬火,具有优良的综合性能。

淬火温度对高硼高速钢显微组织的影响

在普通高速钢材料中,加入适量硼来取代普通高速钢中价格昂贵的合金元素,设计了一种新型的高硼高速钢材料。研究了淬火温度对0.4%～0.5%C和1.0%～1.5%B的高硼高速钢显微组织的影响。结果表明,高硼高速钢的铸态组织由铁素体、珠光体和少量马氏体以及硼碳化合物组成,硼碳化合物由M23(B,C)6、(W,Mo)2(B,C),M3(B1.5,C0.5)和M(B0.7,C0.3)组成,呈网状和鱼骨状沿晶界分布。淬火处理后,基体组织转变成板条马氏体,含有4%残留奥氏体,硼碳化合物的类型没有发生变化,但数量减少。在950～1100℃内淬火,硼碳化合物局部发生溶解,出现断网现象;随着淬火温度的升高,断网现象越来越明显,从而减轻了对基体的割裂作用。

冷却速度对离心铸造高硼高速钢辊环组织的影响

采用空冷和水冷不同铸型方式,研究冷却速度对离心铸造高硼高速钢辊环组织的影响,制备出辊环。结果表明:铸态高硼高速钢辊环组织由树枝状基体和硼碳化物组成。快速冷却下,基体组织全部转化为马氏体;硼碳化物的类型没有发生变化,由M2(B,C)、M3(B,C)以及M23(B,C)6组成。随着冷却速率的增加,基体晶粒尺寸减小,硼碳化物数量减少,鱼骨状硼碳化物向筛网状转变,局部出现缩颈和孤立现象。冷却速度的增加影响了合金元素在基体和硬质相中的分布,硬质相的显微硬度不变,基体硬度略有增加。空冷砂型离心铸造时,随着距辊环外边缘距离的增加,出现菊花片状的包晶组织,并且数量也逐渐增加。

铝对高硼高速钢相图与凝固组织的影响

采用Thermo-Calc热力学软件计算含铝高硼高速钢平衡凝固过程并绘制了不同铝含量下的Fe-B伪二元垂直截面图。采用OM、SEM、XRD和DSC等,分析不同铝含量(1.0 mass%,1.5 mass%,2.0 mass%)的高硼高速钢铸态组织,研究铝对相图和凝固组织的影响规律。结果表明:随着铝含量的增加,相图中的共晶点和共晶温度变化不大,但奥氏体区明显缩小,当铝含量达到1.5 mass%时缩小成闭合圈,δ-Fe将直接转变为α-Fe;铸态组织中的板条马氏体(Al≤1.0 mass%)将转变成珠光体(Al≥1.5 mass%)。过量铝(Al≥1.5 mass%)的加入促进铁素体的形成,使得合金硬度急剧降低,并使硼碳化物由网状趋于断网。计算结果与实验数据符合度较好,可为含铝高硼高速钢的研究提供指导。

含铝高硼高速钢显微组织的电镜表征

采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、能谱(EDS)、背散射电子衍射(EBSD)以及透射电镜(TEM)对含铝高硼高速钢热处理前后的组织及硼碳化物类型进行分析。结果表明,铸态含铝高硼高速钢组织为铁素体和网状硼碳化物,硼碳化物类型为Fe_(2)B型(富Cr),FeMo_(2)B_(2)型(富Mo)和Fe_(3)C(Cr-Mo)型;热处理后基体组织为马氏体,网状硼碳化合物破碎并球化。硼碳化物为Fe_(2)B型(富Cr),(Fe,Cr)_(23)C_(6)型(Cr-Mo)和FeMo_(2)B_(2)型(富Mo)。热处理后网状硼碳化物断裂是由于Fe_(3)C型(Cr-Mo)硼碳化物分解为(Fe,Cr)_(23)C_(6)型(Cr-Mo)和FeMo_(2)B_(2)型(富Mo)硼碳化物。TEM分析所得硼碳化物的晶体结构与EBSD鉴定得出的结论一致。

含铝高硼高速钢淬火组织与性能的数值模拟

采用金属材料性能模拟软件JMatpro对含铝高硼高速钢的平衡相组成和力学性能进行了模拟,研究分析了其不同奥氏体化温度的连续转变曲线(CTT曲线)和Jominy淬透性曲线,并根据模拟结果对其进行热处理实验。模拟结果表明:含铝高硼高速钢的组织主要由铁素体(75 mass%)、M2B相(18.89 mass%)和M23C6(5.26 mass%)相组成,Ac1和Ac3分别为905℃和1015.9℃;实验钢中的铁素体、珠光体、贝氏体的转变温度随奥氏体化温度的不同而存在差异,以100℃/s的速度冷却时,实验钢的力学性能最为优异;随着距离端面距离的增大,实验钢力学性能逐渐下降,淬火表面的屈服强度为1673.28 MPa,抗拉强度为1883.85 MPa,硬度为55.35 HRC,在距离端面2~5.5 cm有最大降幅;实验发现,实验钢铸态组织为珠光体、铁素体、M2B和M23(C,B)6,淬火处理后,组织全部转变为马氏体。

含钴高速钢感应炉熔炼降硼工艺研究与应用

为实现高硼含钴高速钢废钢资源的合理利用,将其作为冶炼原材料,需要在感应炉熔炼阶段将硼元素含量降至0.003%以下。通过感应炉冶炼试验研究了感应炉冶炼的倒包氧化降硼工艺,并确定了适宜生产的钢种。研究与应用表明,感应炉熔炼阶段可将含钴高速废钢硼含量由0.016%~0.028%降至0.003%以下,能够满足含钴高性能高速钢对硼含量的要求;同时,贵金属Co、W、M o无损失,钒含量烧损少。感应炉倒包氧化降硼工艺较电弧炉冶炼氧化降硼,明显减少了W、Mo、V等贵重合金的损失,有较好的经济效益。