半高速鋼軋輥顯微組織和碳化物類型研究

魯 莎 郭秋娟 田明艷

(天津重型裝備工程研究有限公司，天津300457)

半高速鋼軋輥顯微組織和碳化物類型研究

魯 莎 郭秋娟 田明艷

(天津重型裝備工程研究有限公司，天津300457)

對兩種不同成分的半高速鋼試樣進(jìn)行淬、回火處理，研究不同熱處理狀態(tài)下半高速鋼材料的顯微組織及不同類型碳化物的形貌和特性，為開發(fā)半高速鋼軋輥產(chǎn)品，有效改善軋輥性能提供依據(jù)。

半高速鋼軋輥；顯微組織；碳化物

半高速鋼減少了高速鋼中的合金元素含量。近年來國內(nèi)外研究發(fā)展的合金總量在8%～15%的半高速鋼，碳含量在0.16%～1.12%，合金元素鎢、鉬、釩含量相對降低，凝固時一次共晶碳化物量減少，并呈不連續(xù)分布，具有較高的韌性，是一種具有較好發(fā)展前景的材料。半高速鋼化學(xué)成分設(shè)計的原則是添加較低含量的合金元素，使其保持足夠的二次硬化效果，在相同的熱處理工藝下可以得到與高速鋼相同的硬度，從而代替高速鋼使用，滿足工作輥的表面硬度要求及耐磨性要求[1]。半高速鋼的成分特點是：含有約4%的Cr，W、Mo等元素減少，C、V增加。

研究半高速鋼不同熱處理狀態(tài)下的組織及碳化物形態(tài)分布，控制碳化物的溶解和析出，為開發(fā)半高速鋼軋輥產(chǎn)品，有效改善軋輥的性能提供依據(jù)。

1 試樣準(zhǔn)備

試驗用的兩種成分半高速鋼試料，編號分別為1#和2#，具體成分如表1所示。

半高速鋼試樣的淬火、回火熱處理工藝曲線見圖1。

2 組織及碳化物形貌觀察和分析

機加工去除熱處理后試樣表層形成的氧化層。按國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 13298—2015《金相顯微組織檢驗方法》對試樣進(jìn)行磨拋制備。用苦鹽酒溶液(1 g苦味酸+5 ml鹽酸+100 ml酒精)浸蝕試樣顯示組織。用德國蔡司200MAT光學(xué)顯微鏡觀察試樣浸蝕面。

表1 兩種半高速鋼試料化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 Chemical composition of two semi-high speed steel specimens (mass fraction, %)

淬火態(tài)試樣晶界形貌見圖2。與國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6394—2002《金屬平均晶粒度測定方法》系列評級圖進(jìn)行比較，1#和2#試樣的晶粒度均為7.0級；回火態(tài)晶粒顯示不明顯。

淬火態(tài)試樣組織形貌見圖3。1#試樣的組織為馬氏體、貝氏體、萊氏體(馬氏體和共晶碳化物)、少量不規(guī)則條塊狀一次碳化物和分布在馬氏體、貝氏體基體上的細(xì)粒狀碳化物；2#試樣的組織為馬氏體、貝氏體、少量萊氏體、少量不規(guī)則條塊狀一次碳化物和分布在馬氏體、貝氏體基體上的細(xì)粒狀碳化物。碳對半高速鋼組織中碳化物的含量影響很大，合金元素次之[2]。1#試樣碳含量較高，所以組織中碳化物數(shù)量明顯比2#試樣多。淬火狀態(tài)下，存在較多加熱未溶解的一次共晶MC型碳化物。

文獻(xiàn)[3]表明，半高速鋼退火狀態(tài)下組織中含有MC、M6C和M7C3型碳化物，淬火加熱時M6C和M7C3型碳化物溶解，回火過程中析出MC、M2C、M6C和M7C3型碳化物?；鼗鸷蟮慕M織中碳化物顯示的更清楚，主要是在馬氏體和貝氏體基體上沉淀析出的各種類型的碳化物。1#試樣回火后組織形貌見圖4。根據(jù)形狀可以初步區(qū)分碳化物的類型，條塊狀的MC型碳化物、骨骼狀的M6C型碳化物和菊花狀的M7C3型碳化物，未發(fā)現(xiàn)條束狀的M2C型碳化物。

圖1 淬火、回火熱處理工藝曲線Figure 1 The quenching and tempering heat treatment curve

1#試樣

2#試樣圖2 淬火態(tài)晶粒形貌(100×)Figure 2 The grain morphology of quenched state (100×)

3 不同類型碳化物分析

用高錳酸鉀-氫氧化鈉水溶液(5 g高錳酸鉀+5 g氫氧化鈉+100 ml水)浸蝕半高速鋼材料中的碳化物，不同類型碳化物的浸蝕程度不同。碳化物浸蝕形貌如圖5所示。1#試樣萊氏體中一部分碳化物浸蝕程度較重，顯示深色，另一部分浸蝕程度較輕，顯示較亮的灰色，顆粒狀碳化物顯示較明顯。觀察發(fā)現(xiàn)，菊花狀和條塊狀的碳化物浸蝕程度較輕，比較耐腐蝕，而骨骼狀碳化物浸蝕程度較重，不耐腐蝕。2#試樣中碳化物多數(shù)以骨骼狀萊氏體形態(tài)存在，浸蝕程度較重，均顯示出較深的顏色，僅有少量條塊狀碳化物浸蝕程度較輕，顆粒狀碳化物顯示不明顯。

1#試樣

2#試樣圖3 淬火態(tài)組織形貌(500×)Figure 3 The microstructure of quenched state (500×)

圖4 1#試樣回火態(tài)組織形貌Figure 4 The microstructure of tempered state of 1# specimen

1#試樣2#試樣

圖5 碳化物浸蝕形貌Figure 5 The etching morphology of carbide

圖6 菊花狀和條塊狀碳化物形貌及成分掃描電鏡及能譜分析Figure 6 The morphology and SEM and EDS composition analysis of chrysanthemum and strip-block shaped carbide

圖7 骨骼狀碳化物形貌及成分掃描電鏡及能譜分析

Figure 7 The morphology and SEM and EDS composition analysis of skeleton shaped carbide

利用光學(xué)顯微鏡圖像分析儀測定不同類型碳化物的含量。通過篩選目標(biāo)功能，將面積小于2 μm2的細(xì)小顆粒狀碳化物篩選出來，進(jìn)行專項分析，測定兩相面積百分比，可以測定細(xì)顆粒狀碳化物的含量。另外，根據(jù)不同碳化物亮暗程度的不同分別測定菊花狀和條塊狀碳化物、骨骼狀碳化物的含量。1#試樣不同類型碳化物的含量測定結(jié)果見表2，碳化物的總量為12.7%。

表2 1#試樣不同類型碳化物含量Table 2 The content of different types of carbide of 1# specimen

4 掃描電鏡及能譜分析

采用美國FEI公司型號為Quanta400的掃描電鏡及能譜儀對試樣的不同類型碳化物進(jìn)行成分分析，結(jié)果見表3。

表3 不同類型碳化物成分特點Table 3 The composition characteristics of different types of carbide

通過掃描電鏡及能譜分析檢測發(fā)現(xiàn)，耐蝕的條塊狀和菊花狀碳化物的V含量較高，易蝕的骨骼狀碳化物的Mo含量較高。不同類型碳化物的掃描電鏡及能譜分析結(jié)果如圖6和圖7所示。另外，還發(fā)現(xiàn)多處碳化物內(nèi)均存在CaO夾雜，可能是碳化物容易以夾雜物為核心形核長大。

5 結(jié)論

半高速鋼試樣淬火態(tài)能看到明顯的晶粒形貌，而回火態(tài)晶粒顯示不明顯；組織為馬氏體、貝氏體、萊氏體、少量不規(guī)則條塊狀一次碳化物和分布在馬氏體、貝氏體基體上的細(xì)粒狀碳化物。淬火狀態(tài)下，存在較多加熱未溶解的一次共晶MC型碳化物；回火后的組織中碳化物顯示更清楚，主要是在馬氏體和貝氏體基體上沉淀析出的各種類型的碳化物，分析得出，耐蝕的條塊狀和菊花狀碳化物V含量較高，易蝕的骨骼狀碳化物Mo含量較高。

[1] 劉德富，尹鐘大．高速鋼及半高速鋼軋輥[J]．鋼鐵，2004,39(4):69-73．

[2] 宮開令，高春利，張自立．半高速鋼軋輥材料性能的研究[J]．軋鋼，2003,20(6):22-24．

[3] 劉德富，尹鐘大，徐德祥，等．冷軋工作輥用半高速鋼中碳化物的溶解和析出[J]．鋼鐵，2005,40(4):69-71．

編輯 杜 敏

Study on Microstructure and Carbide Type of Semi-High Speed Steel Roll

Lu Sha, Guo Qiujuan, Tian Mingyan

The specimens of semi-high speed steel with two different chemical compositions have been quenched and tempered. Then the microstructure and the appearance and characteristics of different types of carbide of semi-high speed steel under different heat treatment conditions have been studied, so as to provide the basis for developing the semi-high speed steel roll and improving the mechanical properties of roll.

semi-high speed steel roll; microstructure; carbide

2016—08—11

TG142.1+1

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