【摘 要】
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我国钢铁产量已连续位居全球首位多年,其中热轧是生产带材、片材、线材、棒材等各种型材的金属成型工艺。热轧工艺的核心是制备不同类型材料的轧辊,由于轧辊是金属成型过程中主要的消耗品之一,轧钢工艺中高温钢坯与轧辊的相对运动造成轧辊的磨损失效,降低轧辊的消耗量进而延长轧辊的使用寿命达到降低钢材的生产成本。因此,深入认识高温摩擦磨损的机制对提高轧辊的使用寿命、稳定性和可靠性具有重要意义。本课题制备了7V-8C
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我国钢铁产量已连续位居全球首位多年,其中热轧是生产带材、片材、线材、棒材等各种型材的金属成型工艺。热轧工艺的核心是制备不同类型材料的轧辊,由于轧辊是金属成型过程中主要的消耗品之一,轧钢工艺中高温钢坯与轧辊的相对运动造成轧辊的磨损失效,降低轧辊的消耗量进而延长轧辊的使用寿命达到降低钢材的生产成本。因此,深入认识高温摩擦磨损的机制对提高轧辊的使用寿命、稳定性和可靠性具有重要意义。本课题制备了7V-8Cr-XMo（X=0、1、3、5）铁基合金和对比材料高铬铸铁（Cr26）,并模拟轧辊在恶劣工况下的高温摩擦磨损特性。设计了对应的磨损试验参数:温度（400℃、500℃、600℃）、载荷（10 N、20 N）,系统的研究了轧辊在不同温度和载荷条件下的高温摩擦磨损的机制,同时研究了在不同温度和时间条件下铁基合金的高温抗氧化性。组织物相及力学性能分析结果表明:7V-8Cr和7V-8Cr-1Mo合金的显微组织为α-Fe相、γ-Fe相、VC和Cr7C3型碳化物。7V-8Cr-3Mo、7V-8Cr-5Mo-Ⅰ和7V-8Cr-5Mo-Ⅱ的显微组织为α-Fe相、γ-Fe相、富钒的（V、Mo）C、富铬的（Cr、Mo）7C3和富钼的（Mo、Cr）2C型碳化物。7V-8Cr-5Mo-Ⅰ的碳含量约2.4%,组织中析出了花瓣状、杆状和蠕虫状的碳化钒以及杆状的铬钒钼复合碳化物,其他新型铁基合金的碳含量约2.8%,碳化钒呈团球、团块状。开发的铁基合金Mo元素含量的增加组织中的Mo2C含量随之增加进而合金的宏观硬度有所上升,冲击韧性反而降低,开发的铁基合金的冲击韧性约是Cr26的1.5倍。通过高温摩擦磨损试验结果表明:载荷为10 N时,新型铁基合金随温度的升高磨损量增加,达到600℃时有所降低,Cr26随温度的升高磨损量持续增加,三种温度条件下7V-8Cr-3Mo耐磨性最好,7V-8Cr-3Mo的耐磨性约是Cr26的3倍。载荷为20N时,六种铁合金都随温度的升高磨损量反而降低,三种温度条件下7V-8Cr-3Mo耐磨性最好,7V-8Cr-3Mo的耐磨性约是Cr26的2倍。磨损表面主要存在磨屑、犁沟、片层剥落,磨损正切面呈团球团块的碳化钒形态较完整,花瓣状的碳化钒产生裂纹并剥落。400℃和500℃磨损机理为磨粒磨损和疲劳磨损,600℃磨损机理为磨粒磨损、疲劳磨损和粘着磨损的复合,在此温度下合金磨损次表层都产生了塑性流动层,并且随着载荷的增加塑性流动层的深度也增加。通过高温氧化试验表明:7V-8Cr-3Mo和Cr26的氧化速度随温度的升高而增加,三种温度下7V-8Cr-3Mo的氧化速度都高于Cr26,因此7V-8Cr-3Mo的抗氧化性较差。7V-8Cr-3Mo在400℃和500℃时,其氧化速度较低抗氧化性较好,600℃时急剧氧化,主要产生了呈四面体的V2O3,孢状和片状的Fe2O3。Cr26在三种温度下的抗氧化性都较好,600℃时产生了致密的尖晶石型氧化物Fe Cr2O4覆盖在合金表面,有效地阻止氧原子向合金内部的扩散,进而其抗氧化性较好。
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