轧辊用中铬合金铸钢组织和性能的研究

论文摘要

本文以轧辊用中铬合金铸钢为研究对象,采用扫描电镜、X射线衍射等分析手段,研究了热处理工艺对合金铸钢材料显微组织和性能的影响。考虑合金元素在钢中起的不同作用,本文设计并浇注了四种成分的试样。通过制定合理的热处理工艺,改善并优化材料的组织和性能,为今后化学成分设计和热处理工艺制定提供理论及数据上的支持。试验结果表明:（1）采用炉底吹氩工艺可以促进钢液中夹杂物的长大和上浮,有效净化钢液。（2）采用FactSage软件计算出四种成分的平衡相图,结果显示由于合金元素的加入,中碳钢进入过共析钢范围。（3）通过测试试样在不同奥氏体化温度和不同保温时间下淬火后的性能,得到不同试样的最佳奥氏体化温度及保温时间。（4）测试并分析淬火试样在不同温度下回火后的微观组织和力学性能,发现合金元素的加入提高了材料的回火稳定性;随着回火温度的增加,硬度呈下降趋势,冲击韧性在高温回火时大幅上升,抗拉强度随回火温度的升高呈下降趋势。（5）对二号试样进行X-ray物相分析得知随奥氏体化温度的升高,试样淬火后残余奥氏体量逐渐增加,含碳量变化不大。随着回火温度的升高,残余奥氏体量呈下降趋势,含碳量逐渐降低。含碳量相同时,铬含量为5%的材料热疲劳性能较好,铬含量为8%时热疲劳性能下降;铬含量相同时,碳含量为0.5%的材料热疲劳性能较好,碳含量为1.1%时,热疲劳性能下降。综合合金元素与热处理工艺对材料组织和性能的影响,确定最佳成分为C:0.50%,Si:0.68%,Mn:0.68%,Cr:5.00%,Mo:0.50%,Ni:0. 40%, V:0.10%。最佳热处理工艺:淬火960℃×50min油淬,回火520℃×75min空冷。热处理后材料的性能为:硬度HRC 51.5,冲击韧性11.9J/cm2,抗拉强度1564 MPa。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 轧辊的失效形式和影响因素分析
• 1.2.1 轧辊剥落
• 1.2.2 轧辊断裂
• 1.2.3 轧辊裂纹
• 1.2.4 轧辊磨损
• 1.2.5 支撑辊的工作条件及失效形式
• 1.3 铬系合金铸钢轧辊简介
• 1.3.1 铸钢轧辊的发展
• 1.3.2 铬系合金铸钢轧辊的发展
• 1.3.3 铬系铸钢轧辊的制备方法
• 1.3.4 铬系铸钢轧辊的特点
• 1.4 耐磨铸钢的研究
• 1.4.1 耐磨铸钢的研究进展
• 1.4.2 耐磨铸钢的研究方向
• 1.4.3 中铬合金耐磨钢的显微组织和力学性能
• 1.5 本课题研究的主要内容及意义
• 1.5.1 研究内容
• 1.5.2 研究意义
• 第二章 实验材料与方法
• 2.1 材料成分设计
• 2.1.1 合金铸钢轧辊成分设计思想
• 2.1.2 合金元素在铸钢轧辊材料中的作用
• 2.1.3 轧辊用中铬合金铸钢成分列表
• 2.2 试样的制备
• 2.3 夹杂物的解决方法
• 2.3.1 夹杂物分析
• 2.3.2 净化措施
• 2.3.3 净化工艺设计
• 2.3.4 熔炼结果与分析
• 2.3.5 光谱分析
• 2.4 热处理工艺设计
• 2.4.1 退火
• 2.4.2 测定临界转变温度
• 2.4.3 最终热处理
• 2.5 力学性能测试
• 2.5.1 硬度测试
• 2.5.2 强度测试
• 2.5.3 冲击韧性测试
• 2.6 显微组织观察及分析
• 2.7 XRD测试原理
• 2.8 热疲劳实验
• 2.9 技术路线
• 2.10 本章小结
• 第三章 实验结果及分析
• 3.1 铸态试样观察
• 3.2 最佳奥氏体化温度的确定
• 3.2.1 淬火温度对铸钢组织和力学性能的影响
• 3.2.2 奥氏体化保温时间对轧辊材料组织和性能的影响
• 3.3 回火工艺对轧辊材料组织和性能的影响
• 3.3.1 回火温度对组织的影响
• 3.3.2 回火温度对硬度和冲击韧性的影响
• 3.3.3 回火对拉伸性能的影响
• 3.4 X-ray物相分析
• 3.4.1 XRD定性分析淬火和回火对相组成的影响
• 3.4.2 XRD定量分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 热疲劳性能
• 4.1 热疲劳试验
• 4.2 热疲劳试验结果及分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 铬对轧辊材料组织和性能的影响
• 5.1 铬对铁碳相图的影响
• 5.2 铬对材料组织和性能的影响
• 5.2.1 铬含量对回火后试样硬度和冲击韧性的影响
• 5.2.2 铬含量对回火后试样拉伸性能的影响
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的成果
• 致谢