SKD11材料工作輥.doc

1550酸軋機(jī)組破磷拉彎矯直機(jī)工作輥壽命提高的研究SKD是日本牌號的冷作模具鋼，類似于國內(nèi)的Cr12Mo1V1，但材料化學(xué)成份控制更嚴(yán)，冶煉要求更高，以寶鋼1550酸軋機(jī)組破鱗拉矯機(jī)是 年引進(jìn)的日本三菱日立公司制造的設(shè)備，工作輥一直由日本三晃公司提供，由于該機(jī)組主要生產(chǎn)硅鋼板，工作輥的消耗是一個很大的問題。多年前提出國產(chǎn)化并試用，因?qū)?shí)際工況和硅鋼的特殊性了解不全面而未能成功，如何才能使國產(chǎn)化成功并在此基礎(chǔ)上提高壽命、降低消耗，減少停機(jī)換輥次數(shù)，提高生產(chǎn)效率是一個值得認(rèn)真研究的課題。一、 酸洗破鱗拉矯機(jī)的工作原理及特點(diǎn)拉彎矯直機(jī)是結(jié)合了多輥矯直與純拉伸矯直的優(yōu)點(diǎn)。帶材在拉伸彎曲作用下，彎曲中性層從幾何中心層移向彎曲內(nèi)側(cè)，彈復(fù)時以幾何中心恢復(fù)彎形，彈復(fù)曲率變小，并產(chǎn)生剩余延伸率，使板帶材留下拉長變薄的永久變形 ，從而實(shí)現(xiàn)矯直作用。拉彎矯直機(jī)能有效地消除帶材的波浪和翹曲等板形缺陷。拉矯機(jī)以其生產(chǎn)的高效性和板形的優(yōu)良性受到板材生產(chǎn)企業(yè)的青睞。拉彎矯直機(jī)在鋼鐵行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，主要使用在（1）鍍鋅、鍍鋁鋅等鍍層板的精整工序，保證鍍層板板型和表面均勻。（2）重卷線的精整工序保證板型質(zhì)量。（3）用于酸軋機(jī)組破鱗拉彎矯直，主要是將熱軋板在冷軋前進(jìn)行整形并在彎曲過程中使熱軋板表面的氧化層龜裂脫落。目前酸軋機(jī)組破鱗拉彎矯直機(jī)主要由日本的三菱日立、德國的DMS、BWG、意大利DANELI等企業(yè)提供，工作原理如圖1：圖1二、 酸軋機(jī)組破鱗拉彎矯直機(jī)工作輥如圖2，工作輥受支撐輥軸承組元支撐。鋼板經(jīng)過工作輥形成20-25包角在拉伸摩擦力的作用下，帶動工作輥旋轉(zhuǎn)，支承輥被動作同線速度運(yùn)轉(zhuǎn)。圖2工作輥在工作中承受壓力和摩擦力。壓力負(fù)荷相對材料強(qiáng)度不會造成失效結(jié)果。摩擦力及帶板接觸輥面附著擦劃是導(dǎo)致工作輥早期失效的主要原因。目前國內(nèi)外在工作輥的選材上大致相同，按國內(nèi)代號及熱處理主要有以下幾種：材料9Cr2Mo9SiCrGCr1560CrMoV表面硬度（HRC）6366636663666066熱處理方式表淬表淬表淬表淬此種工作輥由于要將熱軋退火應(yīng)力釋放后的板材進(jìn)行矯直，板材的原始狀態(tài)是邊浪明顯（熱軋中有意使邊部?。１砻嬗幸粚友趸F皮，這樣的原始狀態(tài)板材經(jīng)過拉彎矯直機(jī)時，板材對工作輥除表面形成正常的壓力和摩擦力外，邊緣浪形將會形成像刀片一樣對工作輥形成的切削力對工輥表面沖擊并犁劃，浪形的沖擊及犁劃對輥面損傷嚴(yán)重，破鱗過程產(chǎn)生大量氧化破碎片擠入板帶和輥面中間，形成對輥面的傾軋、擦劃。因此綜上所述酸軋機(jī)組破鱗拉彎矯直機(jī)工作輥的失效主要表現(xiàn)為深溝磨損，形成板材邊部接觸區(qū)早期破壞，工作輥失效形式主要有三種（見圖3、圖4、圖5）（圖6為工作輥實(shí)際失效的照片）圖3 圖4 圖5三、 工作輥失效機(jī)理及提高措施從工作輥（日本三晃提供）拉壞輥身取樣檢驗(yàn)，輥面硬度HRC63.5，硬化層深度67，心部組織正常，表淬組織為隱晶馬氏體+彌散碳化物，晶粒度11，這說明失效輥熱處理工藝及結(jié)果已使GCr15材料對抵抗磨損做出了幾盡所能貢獻(xiàn)。3.1磨損機(jī)理分析a.從工作原理來看，工作輥表面中間部分主要為粘著磨損，它是兩個金屬表面在壓力下相互滑動時發(fā)生的。它的體積損失數(shù)學(xué)模型（在不考慮氧化層脫落產(chǎn)生的磨料磨損） V=klw/p 式中V是體積損失3，k是磨損系數(shù)，l是滑動距離，；w是垂直載荷，公斤；p是壓入硬度，公斤/2b.從工作輥的實(shí)際主要失效來看，主要為刨削磨損及磨料磨損形式，是由板帶的邊浪形沖擊刮擦，特別是邊浪犁刮加上堅(jiān)硬氧化物的傾軋而形成，我們從工作中可以看到，由于板材在運(yùn)行的過程中，浪形的影響，板材對中的需要，將對工作輥除形成徑向壓力形成粘著磨損外，還將形成軸向力，軸向力將轉(zhuǎn)化為工作輥兩端旋轉(zhuǎn)接頭的承載力，在與兩端擋板接觸時將加大工作輥的旋轉(zhuǎn)阻力。使摩擦力大大增加，同時由軸向竄動時板的橫向位移，將會使垂直于表面的分力沒作用，在硬粒子上的分力使顆粒與表面間發(fā)生相對切向運(yùn)動。由此產(chǎn)生了表面剪切，劃傷生成切屑，使表面產(chǎn)生溝槽，當(dāng)表面與帶尖角的硬顆粒發(fā)生剪切時，金屬類似于連續(xù)切屑的形式被切去。1550工作輥由于主要對硅鋼板進(jìn)行彎曲，硅鋼材料硬度遠(yuǎn)高于普通板材，另外由于含較高的硅，材料脆性大，邊緣鋒利，在與工作輥接觸工作時，相當(dāng)于很多的硬脆磨粒對工作輥加力沖擊、切削，同時加上硅較高的氧化物，在加有運(yùn)動力的磨料磨損中，顆粒的動能以塑性功形式消耗于塑性表層內(nèi)。這就使得表面被壓陷式產(chǎn)生剪切變形。當(dāng)顆粒僅僅壓陷表時，表面上被擠出層狀的剝落物，但如發(fā)生剪切變形，材料被挖出表面，對脆性材料，顆粒的動能消耗于裂紋擴(kuò)展，并使表面破碎。一個速度為V，質(zhì)量為m的棱角狀磨粒，它從表面塑性表面上所去除的體積QQmv2/8pxf() 式中v是顆粒達(dá)到表面時的速度，p是被磨損表面硬度；f()是（sin2-3sin2）,()是顆粒相對被磨損表面的沖擊角。這就很好的說明了，邊浪加大時，加大，對表面的磨損加大，工作輥表面硬度高時，耐磨性高，沖擊速度大時，磨損加快。C解決磨損問題的辦法磨損可以用三種方法中的任何一種來解決，改變使用條件所提供一個破壞較小的工作環(huán)境；選擇更耐磨的材料制作磨損零件；進(jìn)行表面處理達(dá)到提高耐磨性克服兩種磨損材料性能貢獻(xiàn)值：磨損類型材料硬度碳化物硬度、數(shù)量、分布及大小晶粒度低應(yīng)力磨粒磨損最大較大較大高應(yīng)力磨粒磨損較大最大較大從理論分析得出，對低應(yīng)力磨粒磨損，主要可以從提高硬度來實(shí)現(xiàn)，而對于高應(yīng)力磨粒磨損主要從碳化物強(qiáng)化考慮。同時加上高硬度基體來實(shí)現(xiàn)，如果酸軋破鱗工作輥無橫向切削力，只考慮高應(yīng)力磨損，可以采取表面碳化物噴涂技術(shù)來提高耐磨性。有較高橫向橫切削力將會對表面碳化物涂層顆粒在基體上進(jìn)行剪切而使顆粒脫落，這種涂層因?qū)Υ嘈詳嗔延忻舾胁灰耸褂?，將無法使其性能得以發(fā)揮。根據(jù)寶鋼1550破磷拉彎矯直機(jī)工作輥的工作狀況及板材的特性，所以具有高熱強(qiáng)度和高硬度的材料比熱強(qiáng)度較低和硬度低的材料更耐磨料磨損和粘著磨損。磨損表面的顯微組織不均勻能影響磨損過程，因?yàn)橄裉蓟?，夾雜金屬間化合物和彌散相等的組織性能與基體不同，像碳化物這類硬的相組織，如果它們在一個相當(dāng)硬的基體中分布很密，金屬就耐磨料磨損。四、 提高工作輥壽命的措施根據(jù)失效機(jī)理分析，BOYA公司專門針對酸軋線工作輥研制的一種高耐磨新材料BYCr12Co，其化學(xué)成分如下表：CCrMnSiMoVCoP、S1.351.611130.40.60.350.50.81.20.71.00.40.70.024.1 BYCr12Co屬工具鋼類，抗高應(yīng)力磨損組織優(yōu)勢主要在于含有大量碳化物Cr7C3. Co.VC。碳化物的彌散分布及同堅(jiān)韌基體的牢固結(jié)合，構(gòu)成了抵抗高應(yīng)力磨粒磨損的重要因素。4.2 BYCr12Co同GCr15兩種材料分析比較：材料碳化物類型碳化物體積分?jǐn)?shù)硬度斷裂韌度KTC(MPa.m1/2)晶粒度BYCr12CoM7C3-HV25006%HRC6326.513級GCr15M3C-HV16000.8%HRC651312級4.3 從表上可以看出，BYCr12Co在碳化物硬度，基體韌性碳化物的量方面均優(yōu)于GCr15，從而耐磨性大大提高。4.4 兩種村料熱處理試樣80400分析結(jié)果如：GCr15表淬880回火 BYCr12Co表淬1080+200回火GCr15球化退火 1000X BYCr12Co球化退火 100XGCr15表淬組織 1000X BYCr12Co表淬組織 200X 五、 使用效果比對分析5.1經(jīng)寶鋼軋二分廠酸軋線1550拉矯機(jī)一年的使用，結(jié)果如下表：材料壽命生產(chǎn)效率換輥周期輥耗元/噸性價比BYCr12Co（BOYA）16-20天1.315天0.30優(yōu)GCr15(日本三晃)6-9天16天0.98一般5.2 從以上數(shù)據(jù)分析，用BYCr12Co制造的工作輥其平均壽命較GCr15提高140%，噸鋼輥耗降低了70%，同時降低了換輥周期，提高了生產(chǎn)效率。酸軋輥工況惡劣，BYCr12Co表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，替代原設(shè)計(jì)用料獲得成功。七、結(jié)論：GCr15、9Cr2Mo等傳統(tǒng)材料抵抗應(yīng)力磨損效果較好，如一般生產(chǎn)線：重卷線、剪切線、鍍鋅（錫）線、精整線等。但對于板面質(zhì)量要求高（如BA板），矯直板材強(qiáng)度硬度高且有