耐磨板作為一種硬度、韌性兼備的合金鋼,廣泛用于礦山機械、工程機械和水泥冶金等行業機械設備上。耐磨板合金元素質量分數較高,尤其是碳化物形成元素鉬、釩、鉻,凝固過程中合金元素的偏析會導致大尺寸碳化物或碳氮化物的析出,這些大尺寸硬質析出相的存在,對于耐磨板產品的強度、韌性無疑是有害的。本實驗采用真空感應爐按照NADCA207-2003規定的耐磨板成分范圍進行實驗室小鋼錠熔煉,分析鑄錠中大尺寸析出相的特征,同時利用熱力學計算軟件Thermo-calc對凝固過程中大尺寸析出相的析出行為進行計算,以此對耐磨板中大尺寸析出相的析出行為進行合理的解釋分析。
實驗室真空感應爐熔煉鋼錠質量為5kg,合金原料采用純鐵、金屬鉻、金屬鉬、金屬錳及金屬硅,釩采用FeV5.18釩鐵合金。由于合金原料中會攜帶些許硫,鋼錠最終硫質量分數為0.0059%。將冶煉鋼錠縱向平均剖開,在高度1/2處沿橫截面1/2半徑及中心處取樣,試樣尺寸為10mm×10mm×10mm。試樣進行粗磨、拋光,采用SEM+EDS對大尺寸析出物的形貌及成分特征進行觀察。
研究發現,耐磨板中大尺寸析出相包含3類—富釩的(V,Mo,Cr,Fe)C類、富Mo-Cr的(V,Mo,Cr,Fe)C類及硫化錳。富釩的(V,Mo,Cr,Fe)C類大尺寸析出相形狀多呈現長條形,尺寸達數十微米,部分依附于硫化錳形核的析出相呈類橢圓形;富Mo-Cr的(V,Mo,Cr,Fe)C析出相無規則形貌,鉬、鉻原子分數相差不大,釩原子分數稍低。根據耐磨板大尺寸析出相的結合形式,可以推測出大尺寸析出相的析出順序。硫化物首先析出,富釩類(V,Mo,Cr,Fe)C相隨后,富Mo-Cr類(V,Mo,Cr,Fe)C相則最后析出。結合耐磨板大尺寸析出相的成分特征,Thermo-calc計算結果與試驗結果一致。