高速鋼軋輥材料的高溫氧化行為和激光表面改性研究

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1、東北大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要高速鋼軋輥材料的高溫氧化行為和激光表面改性研究摘要高速鋼軋輥是軋鋼生產(chǎn)中的主要消耗備件，其性能好壞直接影響軋材的表面質(zhì)量和軋材的成本，在軋鋼生產(chǎn)中占有重要地位。提高高速鋼軋輥的表面質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本是當(dāng)今軋鋼領(lǐng)域的重要研究課題。所以，研究高速鋼軋輥材料表面組織結(jié)構(gòu)和性能具有重要的理論和重大的：E程應(yīng)用價(jià)值。針對(duì)高速鋼熱軋輥材料研究現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題，本文對(duì)高速鋼熱軋輥材料在空氣、水蒸氣和100％水蒸氣等條件下的高溫氧化行為及高速鋼熱軋輥材料的激光表面改性行為進(jìn)行了系統(tǒng)研究。主要利用掃描電鏡(SEM)和x射線衍射儀(xRD)對(duì)氧化試樣的表面氧化膜形貌、微區(qū)成分及氧化相組成進(jìn)

2、行了表征；利用高溫?zé)崽炱綔y(cè)定了軋輥外層氧化動(dòng)力學(xué)參數(shù)并對(duì)氧化機(jī)制進(jìn)行了探討。同時(shí)，利用金相、SEM及顯微硬度儀等手段，對(duì)高速鋼軋輥材料激光表面表面改性后的硬化層組織、硬度、耐磨性及其機(jī)理進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，高速鋼熱軋輥材料在三種條件下的氧化溫度對(duì)氧化膜形貌及氧化增重的影響顯著。出于各合金元素有較高的抗氧化性，氧化首先發(fā)生在基體表面，并且氧化核，Ii,首先在碳化物與基體交界處優(yōu)先生長(zhǎng)。高速鋼熱軋輥材料在空氣中氧化時(shí)，其表面氧化產(chǎn)物主要是Fe203；在水蒸氣和100％水蒸氣中氧化時(shí)，表面氧化產(chǎn)物主要是Fe203和Fe304的混合物。試樣在100％水蒸氣中的氧化速率最小。高速鋼激光表面改性后，

3、其硬化層的組織明顯細(xì)化，硬化層深度在O．4mm～O．5mm之間，其表面層的顯微硬度明顯提高，耐磨性比原始高速鋼試樣的耐磨性提高近1倍。當(dāng)激光電流I=100A，頻率f=300Hz，波長(zhǎng)護(hù)1．064pm，光斑直徑d=4mm，掃描速度v=5mm／s，脈寬O．6ms時(shí)，被處理試樣的組織、硬度及耐磨性較好。采用上述優(yōu)化的激光工藝參數(shù)對(duì)高速鋼進(jìn)行激光表面改性后，再放入100％水蒸氣中氧化，其氧化溫度的變化對(duì)試樣表面氧化膜的形貌及氧化增重的影響較大，試樣在650℃、725℃、800℃恒溫氧化2小時(shí)，其初期氧化速率小于原始高速鍘試樣的初期氧化速率。關(guān)鍵詞：軋輥，高速鋼，高溫氧化，激光表面改性，顯微硬度，耐磨性

4、。東北大學(xué)碩士學(xué)位論文ABSTRACTHigh-TemperatureOxidationandLaserSurfaceModificationofHighSpeedSteelforHotRollAbstractHigh—speedsteel(HSS)rollismainconsumedcomponentinsteelrollingproduction，whichdirectlyinfluencesthesurfacequalityandcostofrolledmaterials．Itplaysanimportantroleinsteelrollingproduction．Improvingsu

5、rfacequalityofhigh—speedsteelrollmadreducingcostofproductionisaIlimportantsubjectinthefieldofsteelrolling．So，itisveryvaluableinengineeringandtheorytostudysurfacestructureandperformanceofhi曲一speedsteelroll．ForresolvetheprobleminthestudyoftheHSS，thehigh-temperatureoxidationbehaviorofHSSforhotrollwassy

6、stematicallystudiedinair，watervaporand100％watervaporrespectively，madthelasertransformationhardnessexperimentwasalsoinvestigated．Theoxidescale．microanalysisandthecompositionofthesampleswereinvestigatedbythescanningelectronmicroscopy(SEM)andX—raydiffraction(XRD)，theoxidationkineticsparametersoftheoute

7、rlayeroftherollerwasalsomeasuredbythehightemperaturethermobalanceandanalysedtheoxidationmechanism．Bytheanalysisofthephotograph，SEM，microhardnessinstrumentandsoon，thehardenedlayermicrostructure，hardnes