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傳統(tǒng)冷軋輥材料及其熱處理方式

更新時(shí)間:2016-06-13 09:31:38 來(lái)源:神工機(jī)械 點(diǎn)擊數(shù):
  冷軋輥在工作過(guò)程中要承受很大的軋制壓力,加上軋件的焊縫、夾雜、邊裂等問(wèn)題,容易導(dǎo)致瞬間高溫,使工作輥受到強(qiáng)烈熱沖擊造成裂紋、粘輥甚至剝落而報(bào)廢。因此,冷軋輥要有抵抗因彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切應(yīng)力引起的開(kāi)裂和剝落的能力,同時(shí)也要有高的耐磨性、接觸疲勞強(qiáng)度、斷裂韌性和熱沖擊強(qiáng)度等。
  國(guó)內(nèi)外冷軋工作輥一般使用的材質(zhì)有GCr15、9Cr2、9Cr、9CrV、9Cr2W、9Cr2Mo、60CrMoV、80CrNi3W、8CrMoV、86CrMoV7、Mo3A等。
  20世紀(jì)50~60年代,這一時(shí)期的軋件多為碳素結(jié)構(gòu)鋼,強(qiáng)度和硬度不高,所以軋輥一般采用1.5%~2%Cr鍛鋼。此類(lèi)鋼的最終熱處理通常采用淬火加低溫回火,常見(jiàn)的淬火方式有感應(yīng)表面淬火和整體加熱淬火。其主要任務(wù)是考慮如何提高軋輥的耐磨性能、抗剝落性能,并提高淬硬層深度,盡量保證軋輥表面組織均勻,改善軋輥表層金屬組織的穩(wěn)定性。
  從20世紀(jì)70年代開(kāi)始,隨著軋件合金化程度的提高,高強(qiáng)度低合金結(jié)構(gòu)鋼(HSLA)的廣泛應(yīng)用,軋件的強(qiáng)度和硬度也隨之增加,對(duì)軋輥材料的強(qiáng)度和硬度也提出了更高的要求,國(guó)際上普遍開(kāi)始采用鉻含量約2%的Cr-Mo型或Cr-Mo-V型鋼工作輥,如我國(guó)一直使用的9Cr2Mo、9Cr2Mov和86CrMov7、俄羅斯的9X2MΦ、西德的86Cr2MoV7、日本的MC2等。這類(lèi)材質(zhì)的合金化程度較低,在經(jīng)過(guò)最終熱處理后,其淬硬層深度一般為12~15mm(半徑),僅能滿(mǎn)足一般要求,而且使用中剝落和裂紋傾向嚴(yán)重,軋制壽命低。
  通過(guò)改進(jìn)熱處理方式,即進(jìn)行重淬1~2次,提高了該類(lèi)軋輥的淬硬層,但每次重淬不僅需要一定的熱處理費(fèi)用,而且會(huì)使軋輥直徑都要損失5mm左右,同時(shí)軋輥在經(jīng)過(guò)多次熱處理后容易變形,難以滿(mǎn)足高精度軋輥的形位公差要求。因此,研制深淬硬層冷軋輥不僅可以大幅度地降低冷軋輥的消耗,減少軋輥在使用過(guò)程中的重新淬火次數(shù),延長(zhǎng)軋輥壽命,具有重大的經(jīng)濟(jì)效益。
  為了減少重淬消耗,提高軋輥的淬硬層深度、接觸疲勞強(qiáng)度、韌性,延長(zhǎng)其使用壽命,從20世紀(jì)70年代后期到80年代中期,國(guó)內(nèi)外開(kāi)始研究使用鉻含量在3%~5%的深淬硬層冷軋工作輥鋼。3%鉻冷軋輥不需重淬,且有效淬硬層深度可達(dá)到25~30mm,5%Cr冷軋輥有效淬硬層深度則達(dá)到40mm,其耐磨性和抗事故性能也有顯著提高。在這一階段,國(guó)內(nèi)試制了9Cr3MoV鋼,國(guó)外一些制造廠也先后開(kāi)發(fā)推廣了深淬硬層冷軋輥,如美國(guó)的3.25%Cr鋼和5%Cr鋼,日本的KantocRP53、FH13、MnMC3和MC5等。這些鋼都采用高碳高合金材料,具有良好的硬度和耐磨性,但軋輥淬硬表面脆性大,接觸疲勞壽命低,質(zhì)量不穩(wěn)定。
  為提高淬硬層深及接觸疲勞壽命,降低淬硬層脆性及過(guò)熱敏感性,同時(shí)也為滿(mǎn)足軋件對(duì)冷軋工作輥力學(xué)性能和使用性能的進(jìn)一步要求,自20世紀(jì)80年代中、后期,國(guó)外軋輥生產(chǎn)廠對(duì)5%Cr冷軋輥鋼進(jìn)行了化學(xué)成分的優(yōu)化工作,主要是在5%Cr鋼中增加鉬、釩的含量或加入鈦、鎳等元素。添加0.1%左右鈦的5%Cr鋼軋輥中,鈦以碳氮化合物(TiCN)形式在基體中微細(xì)析出,經(jīng)過(guò)摩擦損耗后TiCN脫落,在軋輥表面形成劃痕,使適度的粗度再生。在鍍錫板軋機(jī)的實(shí)際操作中,有效利用粗糙度降低小的優(yōu)點(diǎn),從軋制初期就可高速軋制。
  在最終熱處理過(guò)程中,對(duì)軋輥鋼的淬火和加熱限制在奧氏體中含碳量不超過(guò)0.6%的程度,然后進(jìn)行盡可能強(qiáng)烈的冷卻,這樣就可以得到較深的淬硬層。此時(shí),軋輥的淬硬層組織除隱針馬氏體(以板條為主)外,尚有約4%的碳化物和10%左右的殘留奧氏體。軋輥的表面硬度(包括殘余壓應(yīng)力的影響)約為HS(D)95~99。最后,用低溫回火將軋輥表面硬度調(diào)整到規(guī)定值,低溫回火越充分,硬度偏低時(shí)韌性越好,抗熱裂能力越高。鉬、釩含量的增加導(dǎo)致淬火后鋼中含有較多的殘余奧氏體,回火后大部分又轉(zhuǎn)變?yōu)樾埋R氏體,這樣就有助于提高軋輥硬度,增強(qiáng)耐磨性并降低磨損面粗糙度。
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