铝对抗磨耐热钢组织及性能的影响

【摘要】：抗磨耐热钢在能源、动力机械、石油化工、冶金等领域应用广泛。目前国内外对奥氏体型抗磨耐热钢做了大量的研究,已经形成了Cr-Ni-N系、Cr-Mn-N系、Fe-Cr-Ni-Al双相合金三种系列的钢种,而对马氏体型抗磨耐热钢的研究较少,主要集中在2Cr12NiWMoV和2Cr12WmoVNbB。本文材料基础化学成分为C0.42%、Si0.85%、Mn1.6%、Cr5.25%、Ni0.71%、Mo0.53%,通过添加0～2.5%的铝,采用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)等多种分析手段,研究了铝对抗磨耐热钢显微组织、力学性能、600～800℃高温抗氧化性能和耐磨性能的影响。 研究表明：含铝抗磨耐热钢铸态组织为铁素体+珠光体+碳化物,随着含铝量的增多,铸态组织铁素体量增多,含铝量2.0%和2.5%的试样,组织出现大量的铁素体且呈方向性分布；经过1000℃淬火+600℃回火后,不含铝和含铝1.0%的合金组织为回火索氏体,含铝1.5%、2.0%和2.5%的合金组织为回火索氏体+铁铬铝碳化物,且含铝量越高铁铬铝碳化物越多。 铸态硬度随含铝量提高,呈下降趋势,不含铝的和含铝1.0%的铸态硬度差别不大,分别为48.4HRC和46.4HRC,而当含铝量提高的1.5%时,下降到30.2HRC,铝量进一步升高,下降趋势变缓。经过1000℃淬火+600℃回火处理后,随着含铝量增加,硬度增加,当含铝量从2.0%提高到2.5%时,出现轻微的降低,其中含铝2.0%的合金硬度最高为38.3HRC,同时室温抗拉强度随着含铝量增加,呈现先增大后减小的趋势,当含铝量达到2.0%时达到最大值为1230Mpa。 对于同一氧化试验温度,合金中添加铝时,钢的抗氧化性提高,且随着铝含量的增加,平均氧化速度呈下降趋势,当含铝量达到2%时,钢的平均氧化速度大大降低,铝量进一步增加,氧化速度基本不变；对于含铝量相同的试样,温度越高,氧化越严重。在800℃氧化试验温度保温150h之后不含铝和含铝1.0%的合金出现大量的氧化皮,氧化较严重,且出现一定的疙瘩凸起,含铝1.5%的合金也出现一定的氧化皮,而含铝2.0%和2.5%的合金氧化相对较轻。XRD检测结果表明：含铝2.0%的试样,在650℃氧化试验温度保温150h后氧化产物由Al2O3和Fe(Cr Al)2O3组成,而在800℃氧化试验温度保温150h后氧化产物由Al2O3、Cr2O3和Fe(Cr Al)2O3组成。 合金耐磨性随着含铝量增加而提高,含铝2.0%合金磨损量最小、耐磨性最好,而不含铝的合金磨损量最大、耐磨性最差。通过对磨损形貌SEM观察分析,不含铝的合金的犁沟槽最深,而含铝1.5%、2.0%、2.5%合金犁沟槽比较浅。 通过对组织及主要性能的研究,优化出含铝2.0wt.%为最佳含量,此种合金铸态组织由铁素体、珠光体和碳化物组成,经过1000℃淬火+600油冷℃回火处理后,组织为回火索氏体+铁铝铬碳化物,室温抗拉强度为1230MPa,600-C时的平均氧化速率为0.0095g·m-2·h-1,800℃时的平均氧化速率为0.0285g·m-2·h-1,室温摩擦磨损率为1.441m·mg-1,具有较好的综合性能。 本课题研究的含铝2.0%的抗磨耐热钢具有优良的高温抗氧化性能和耐磨性能,应用于轧钢矫直辊、氧化铝和水泥热工设备抗磨耐热件,研究结果具有较高的工程应用价值。