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1、第26卷第6期河南科技大学学报(自然科学版)Vol.26No.62005年 12月JournalofHenanUniversityofScienceandTechnology(NaturalScience)Dec.2005文章编号:1672-6871(2005)06-0003-04高钒高速钢的研究及应用现状1,222邵抗振,魏世忠,龙 锐(1.河南科技大学材料科学与工程学院,河南洛阳471003;2.河南科技大学河南省耐磨材料工程技术研究中心,河南洛阳471003)摘要:综述了高钒高速钢的研究现状、存在的问题及未来
2、的发展前景,重点对高钒高速钢的的冶炼工艺、成分设计和组织特征的研究进展进行了评述,指出了成分设计中钒碳比对耐磨性的影响,变质处理对初生碳化物形态的影响,并对其应用尤其是在轧辊行业的应用进行了介绍。最后对其重点研究方向提出了相应建议。关键词:高钒高速钢;成分设计;耐磨性;变质处理中图分类号:TG142.45文献标识码:A0 前言近20年研究发现,高钒高速钢不仅有很高的硬度和相当的韧性,而且有优良的耐磨性,因此作为新[1]一代耐磨材料,高钒高速钢备受关注。研究表明,高钒高速钢的耐磨性是高铬铸铁的3倍以上,是高[2,3]
3、锰钢的10倍以上,已被用于轧辊、锤头、球磨机衬板和转子体等多种耐磨件。俄罗斯在高速钢和一[4]些结构钢的生产中也开展了用钒代替钨,钼和铌的应用研究。当前中国正处于高钒高速钢材料的研制、开发和生产应用的起步阶段,为此本文对其研究现状进行了综述并对发展前景进行了展望。1 高钒高速钢的成分设计高钒高速钢以钒为主要添加元素,辅以铬钼等合金元素,充分利用钒碳化物(VC)硬度高、形态好的[5]特点来提高材料韧性及耐磨性。目前国外主要采用高碳高钒(铌)类型的成分设计方案。钒是中国富[3]有元素之一,目前虽然价格较锰、铬等元素贵,
4、但是高钒高速钢的性价比很高。高钒高速钢中常见元[6～9]素及其碳化物的密度和显微硬度如表1。表1 高钒高速钢中常见元素和碳化物的密度、硬度碳化物及元素Mo2CVCFe3CMoVFeCrWWC-3ρP(kg·m)910059007200102006100790072001930015800硬度HV20002700～29901090～1150136-5275～1053601430～1800[10～15] 目前研究或应用的部分高钒高速钢的化学成份见表2。可以看出,高钒高速钢中除C、V外,还含有Cr、Mo,有些还含有W和
5、Nb。V含量最高达15%,最低也不低于2%,C含量最高可达4.6%。高钒高速钢中钒碳质量比对其组织和性能也有很大的影响。根据定比碳规律,合金元素及碳含量满足合[16]金碳化物分子式中的定比关系时,二次硬化的效应最好。VC中V、C的质量比为4.26∶1,当钒含量高于化合比时,形成VC后的多余的钒只能溶于基体而造成贵重金属的浪费。当碳含量高于化合比时,形成VC后多余的碳除部分溶于基体外,剩余部分与成分中的铬、钼等其它合金元素形成复合碳化物。文献[9]研究发现,当VPC=3时,高钒高速钢的耐磨性最佳,此时随碳、钒含量增加
6、,耐磨性提高3～4倍。2 高钒高速钢的组织与性能[5,16,17]高钒高速钢的组织相当复杂,显微组织分析常采用以下几种方法:透射电镜相结构分析,扫描基金项目:河南省重大科技攻关资助项目(0322020300)作者简介:邵抗振(1980-),男,河南兰考人,硕士生;魏世忠(1966-),男,河南滑县人,副教授,博士生,主要从事耐磨材料研究.收稿日期:2005-02-01·4·河南科技大学学报(自然科学版)2005年电镜形貌特征和微区成分分析,X射线衍射法分析碳化物相的组成,光学金相分析,显微硬度分析;插热分析法研究结
7、晶温度;电子探针测定碳化物的成分等。与黑白金相相比,彩色金相可以分析较为复杂的显微组织。文献[10]采用了KOH-K2[Fe(CN)6]水溶液和2,4,62三硝基笨酚2Na2CO3水溶液作试剂对高钒高速钢的凝固组织进行分析,MC型碳化物经上述两种试剂腐蚀呈白色,M6C呈褐色。M2C和M7C3经前一种试剂腐蚀后呈褐色,M3C经后一种试剂腐蚀后呈褐色。表2 高钒高速钢化学成份质量分数/%wCwSiwCrwMowWwVwNb2.4～4.05.0～20.02.0～15.0—4.0～6.01.0～2.01.5～2.52.0～
8、10.02.0～10.0—2.0～10.0—1.10<0.43.84.55.33.0—1.5～3.5～2.0～7.02.0～6.02.0～7.04.0～7.0—2.04.0(6.0)2.5—60(1.0)1.9～2.05～73～43～45～6—1.6～2.00.3～1.04～84～61.5～2.53～50.5～1.525258—4.0～4.60.6～1.41
