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《高速鋼軋輥的氧化過程與損傷機制研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、Ph．D．DissertationofNortheasternUniversity摘要高速鋼軋輥的氧化過程與損傷機制研究摘要均勻、連續(xù)、光滑的氧化膜對高速鋼軋輥的耐磨性和抗表面粗糙化起著至關(guān)重要的作用，直接影響軋輥的使用性能和軋材質(zhì)量。但目前對高速鋼軋輥氧化膜的形貌、相結(jié)構(gòu)、形成過程的氧化動力學(xué)、損傷機制、使用性能、保持氧化膜形態(tài)的使用技術(shù)等問題，均缺乏理深入系統(tǒng)的研究。隨著高速鋼軋輥的普及和推廣，急需對高速鋼軋輥氧化膜的形成和損傷機制開展深入研究，建立高速鋼軋輥氧化膜的有效控制對策，無疑具有重要的理論意義和實用價值。本文對不同高速鋼軋輥材料的組織進行了表征，分析了合金元素
2、在高速鋼中的存在形式及所起作用，重點研究了碳化物類型、形態(tài)和分布；對高速鋼材料在空氣、一定露點水蒸汽、100％水蒸汽中的氧化行為進行了研究，著重分析了氧化溫度、露點溫度、氧化介質(zhì)對氧化膜形貌、相結(jié)構(gòu)、氧化動力學(xué)的影響；采用激光作為手段模擬研究了熱軋輥材料的冷熱疲勞行為，分析了熟軋輥材料的熱疲勞失效機制；根據(jù)氧化膜現(xiàn)場跟蹤實驗結(jié)果，結(jié)合氧化膜受力分析總結(jié)了熱軋輥表面氧化膜的形成及損傷機制。研究結(jié)果表明：高碳高釩系列高速鋼軋輥材料的金相組織主要由基體(馬氏體)，碳化物(富釩的MC；富鎢、鉬的M2C和M6C)和殘余奧氏體組成；鎢含量越高，粗大的網(wǎng)狀碳化物越容易在晶界析出。MC型碳
3、化物的分布受鎢含量和晶粒大小影響，低的鎢含量和小的晶粒尺寸有利于MC在基體中均勻分布；M2C和M6C型碳化物經(jīng)常在晶界處偏聚析出，鎢當(dāng)量越高，M2C和M6C的量越多；鉻元素主要固溶在基體中。高速鋼在空氣中氧化時，氧化動力學(xué)曲線呈線性變化，氧化相主要為Fe203，氧化膜不具有保護性。高速鋼在一定露點水蒸汽中的氧化動力學(xué)曲線呈拋物線函數(shù)變化，氧化相主要為Fe203和Fe304，氧化膜具有一定保護性，伴隨露點的提高，F(xiàn)e304相含量增加；氧化溫度變化對高速鋼表面氧化膜形貌影響顯著；同一Ph．D。DissertationofNortheasternUniversity摘要氧化溫度下
4、露點的變化，對氧化增重產(chǎn)生明顯影響，H20的介入使氧化速率明顯提高(與空氣中比較)。無論高速鋼在空氣中或在一定露點水蒸汽中氧化，在575℃部分富釩的碳化物區(qū)域發(fā)生氧化，并且在局部比基體氧化更為嚴重，伴隨露點溫度的升高和鉻含量的增加，富釩的MC型碳化物的氧化程度減弱；在低于相變溫度下氧化，增加鉻含量有利于材料抗氧化性能的提高。高速鋼在100％水蒸汽中氧化，在650℃以下，氧化產(chǎn)物主要為Fe304，氧化膜致密、均勻，在500、575℃恒溫氧化，沒有明顯的氧化增重，在650。C恒溫氧化，氧化初期增重較快，隨氧化時間延長，氧化增重曲線基本保持水平直線，說明該氧化膜具有較好的保護性；
5、在725、800。C恒溫氧化，氧化產(chǎn)物為Fe304和Fe203，氧化動力學(xué)曲線呈拋物線函數(shù)變化；在575℃，富釩的碳化物沒有發(fā)生氧化。循環(huán)交變的熱應(yīng)力是引起熱軋輥表面材料冷熱疲勞的主要原因：在軋制過程中，由于基體與碳化物的熱膨脹系數(shù)不同，交變的熱應(yīng)力使基體與碳化物交界處產(chǎn)生應(yīng)力集中，隨著rfL$IJ時間的延長，在基體與碳化物交界處首先萌生疲勞裂紋，逐漸失去基體握裹力的碳化物在外界軋制剪切力的作用下發(fā)生剝落(主要發(fā)生在軋制區(qū)內(nèi))，造成輥面疲勞失效，而在基體內(nèi)沒有觀察到裂紋產(chǎn)生。此外，碳化物尺寸越大對冷熱疲勞越敏感，在外部剪切軋制力作用下越容易剝落，而細小彌散分布在基體中的碳化
6、物則具有較好的抗冷熱疲勞性能。采用激光作為研究手段成功模擬了熱軋輥急冷急熱的工況條件，再現(xiàn)了熱疲勞裂紋的萌生過程。由于未能施加軋制載荷，故與實際工況有所差別。熱軋輥表面氧化膜內(nèi)裂紋主要由熱應(yīng)力引起，裂紋與晶界處析出的共晶碳化物分布存在對應(yīng)關(guān)系：軋輥在急冷急熱工況條件下，基體與碳化物交界處首先萌生裂紋，氧化膜內(nèi)裂紋也在對應(yīng)位置形成，并在熱應(yīng)力和軋制剪切力的作用下裂紋逐漸連接呈網(wǎng)狀分布。晶界處粗大碳化物對輥面形成連續(xù)、致密的氧化膜是非常不利的，基體中細小彌散分布的碳化物可以提高軋輥的抗冷熱疲勞性能。在正常軋制工況下，高速鋼軋輥輥面氧化和摩擦磨損是一個動態(tài)平衡過程：使用初期輥面在
7、高溫下氧化迅速生成一層氧化膜，摩擦磨損過程使氧化膜減薄，同時通過Ph．D．Dissel’tationof】Nol。theasternUniversity摘要離子穿越氧化膜的擴散過程，工作層材料不斷被氧化，使氧化膜維持在～個相對穩(wěn)定的厚度。一個磨輥周期內(nèi)每個軋制計劃完成后氧化膜形貌具有遺傳性：即隨著軋制計劃的延長，裂紋逐漸增多、加深、加寬；另外，由于裂紋導(dǎo)致的局部氧化膜剝落和冷熱疲勞導(dǎo)致的局部碳化物剝落而產(chǎn)生的凹坑使氧化膜的覆蓋率逐漸降低，同時剝落物進一步加劇了磨粒磨損，輥面質(zhì)量逐漸惡化。關(guān)鍵詞：高速鋼軋輥碳化物氧化
