9Cr2Mo冷軋軋輥工藝設(shè)計(jì)

1、關(guān)鍵詞：9Cr2Mo；熱處理；硬度2引言：2一、冷軋輻的工作條件、失效分析、性能要求21.1 冷軋輻的工作條件21.2 冷軋輻的失效分析3裂紋的原因3剝落的原因31.3 冷軋輻的性能要求31.3.1 淬硬層深度的影響41.3.2 耐磨性和抗輻印技術(shù)的影響4二、材料選擇5三、加工工藝63.1 正火處理以及球化退火63.1.1 正火目的63.1.2 球化退火目的63.1.3 正火及退火工藝曲線圖如下63.2 調(diào)質(zhì)處理73.2.1 調(diào)質(zhì)目的73.2.2 調(diào)質(zhì)工藝曲線圖83.3 中頻淬火83.3.1 中頻淬火加熱前整體預(yù)熱93.3.2 中頻淬火93.4 回火93.5 冷處理103.5.1 冷處理目的1

2、03.5.2 9Cr2Mo軋輻冷處理結(jié)果103.6 返修處理11結(jié)論：11四、軋輻失效后的修復(fù)114.1 小面積剝落的修復(fù)114.2 大面積剝落的修復(fù)12結(jié)論12結(jié)束語129Cr2Mo冷軋軋輻工藝設(shè)計(jì)摘要：9Cr2M鼎冷軋輻常用的鋼號，硬度是冷軋輻綜合性能的一個(gè)重要指標(biāo)。如果冷軋輻的硬度過高，抗裂性就差；降低軋輯硬度，雖能改善抗裂性，但耐磨性降低。因此，設(shè)計(jì)一種具有高而均勻的硬度和足夠的淬硬層以及良好的耐熱性，耐磨性的冷軋軋輻具有重要意義。關(guān)鍵詞：9Cr2Mo熱處理；硬度；失效分析引言：軋輻是軋鋼的主要大型工具，也是軋機(jī)上的主要消耗部件。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國軋輻制造技術(shù)和材質(zhì)品種方面有很大的

3、發(fā)展。隨著我國軋鋼裝備的改造和不斷從國外引進(jìn)先進(jìn)軋機(jī)，軋機(jī)向自動(dòng)化、連續(xù)化、重型化方向發(fā)展，對軋輻的尺寸精度、表面精度、機(jī)械性能要求更高。因此，為現(xiàn)代化軋機(jī)配備高性能的軋輻成為我國軋輻制造行業(yè)面臨的新課題，而軋輯的不同性能品質(zhì)又直接影響到冷軋的生產(chǎn)。這些來自軋機(jī)和軋制產(chǎn)品的需求變化，正在拉動(dòng)著冷軋輻制造企業(yè)不斷提高軋輻的耐沖擊、耐磨、強(qiáng)度、韌性、抗疲勞等性能，不斷開發(fā)新型冷軋輻制造和使用維護(hù)技術(shù)以適應(yīng)現(xiàn)代軋機(jī)和生產(chǎn)的需求。一、冷軋輻的工作條件、失效分析、性能要求1.1 冷軋輻的工作條件軋輻在使用中工作環(huán)境較為惡劣，除了壓力大、摩擦發(fā)熱、冷卻外，帶鋼上有很多很硬的氧化皮，氧化皮對軋輻表面不均勻磨

4、損，破壞了軋輻的原孔型尺寸，生產(chǎn)出的焊管就不能保證質(zhì)量。在軋制過程中，帶鋼在軋輻的摩擦帶動(dòng)下向前運(yùn)行，帶鋼的邊角對軋輻的破壞更大，對軋輻的表面劃傷較大，影響鋼管的外觀質(zhì)量，所以軋輻必須保證高的硬度和耐磨性。宏觀磨損量決定了冷軋輻的壽命。1.2 冷軋輻的失效分析裂紋的原因由于冷軋輻具有很高的耐磨性和極小的塑性變形，因此，要求冷軋輻表面有較高硬度和較厚的硬化層。采用冷軋輻的材質(zhì)是9Cr2Mo經(jīng)表面淬火和回火后得到HS96勺表面硬度。軋輻表面非常硬而脆。同時(shí)熱穩(wěn)定性差，具有很高的開裂敏感性。軋輻的熱沖擊強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度等性能直接影響軋輻的使用質(zhì)量.軋輻使用過程中.遇到斷帶和異物進(jìn)入等事故

5、時(shí)，軋輻表面就受到熱中擊，而且此類故俸目前無法完全避免，所以耐熱沖擊性能成為冷軋的最重要特性之一。斷帶或粘輻是由于鋼帶在工作輻之間產(chǎn)生大量堆積，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使軋輯局部受較大壓力，導(dǎo)致帶鋼和輻面產(chǎn)生焊合.這就使軋輻表面經(jīng)受了熱沖擊，軋輻的損傷程度決定于事故的嚴(yán)重程度.產(chǎn)生裂紋的因素取決于軋輻的性能和使用條件。軋輯本身制造缺陷引起的裂紋出現(xiàn)在軋輻內(nèi)部，而操作不當(dāng)在表面和次表層產(chǎn)生裂紋。剝落的原因由于冷軋輻工作條件所限，高表面硬度，良好的抗熱沖擊性，抗剝落性和耐磨性是冷軋輻選材的主要標(biāo)準(zhǔn)，我國高硬度冷軋輻一般均選用銘旨金高碳鍛鋼材料，如：9Cr,Mq9cr,MoV9Cr,僧.銘合金高碳鋼在淬火發(fā)生相變，

6、由合金奧氏體轉(zhuǎn)變成合金馬氏體時(shí)，由于馬氏體比客大.淬硬部位體積增大.軋輻輻面受內(nèi)層拉力影響，處于壓應(yīng)力的控制之下，表面淬火后，表層已形成馬氏體，體積膨脹.而內(nèi)層心部無此變化，所以，表層對輻身有一個(gè)使體積擴(kuò)大的拉力，選個(gè)拉力在金屬強(qiáng)度薄弱區(qū)。很容易產(chǎn)生裂紋，隨著這些裂紋的發(fā)展延伸會(huì)導(dǎo)致輯面剝落，嚴(yán)重者甚至斷裂。1.3 冷軋輻的性能要求在冷軋過程中，軋輻表面承受著很大的擠壓應(yīng)力和強(qiáng)烈的磨損；高速軋制時(shí)，還會(huì)造成輻面裂紋。故應(yīng)具有極高而均勻的硬度，一定深度的硬化層以及良好的耐磨性與抗裂性。1軸頭；2銀頸；3銀身圖】軋輯示意圖1.3.1 淬硬層深度的影響我國鍛鋼冷軋工作輻材質(zhì)從軸承鋼(GCrl5)開始

7、，9Cr2M686CrMoV7Cr3到現(xiàn)在的Cr5、半高速鋼，使得軋輻的淬硬層深度越來越深，Cr5和半高速鋼可以達(dá)到單邊40m叔上。目前Cr3、Cr5通過雙頻淬火工藝，淬硬層深度已經(jīng)能夠滿足冷軋用戶不再進(jìn)行重淬處理的使用要求，可有效防止因重淬造成的精度喪失問題。另外輻坯使用電渣重熔工藝后，使得軋輻材質(zhì)的組織偏析、純凈度有了很大的改善，作為軋輻非常關(guān)鍵指標(biāo)的整個(gè)工作層的組織均勻性也有很大提高，從而保證了軋輻無論在新輯還是使用磨削以后，都有較好的硬度均勻性，保證深淬硬層軋輻的正常使用。1.3.2 耐磨性和抗輻印技術(shù)的影響為提高生產(chǎn)效率，冷軋單元對軋輻的耐磨性和抗輻印性能提出了要求，以延長軋制周期。

8、提高軋輻耐磨性及抗輻印性能主要是通過合金化及特殊熱處理工藝來實(shí)現(xiàn)。耐磨性主要與碳化物硬度、類型、分布、含量有關(guān)。通過調(diào)整軋輻的合金配比，改變軋輻的碳化物類型，通過特殊熱處理以獲得硬度更高、分布更彌散的碳化物和較有韌性的基體組織，控制殘余奧氏體含量來實(shí)現(xiàn)軋輻的高耐磨性。目前國內(nèi)已經(jīng)開發(fā)出了相應(yīng)的高耐磨，主要應(yīng)用在平整機(jī)及連軋的后機(jī)架上。軋輻的抗輻印原理已經(jīng)被制造和使用雙方共同理解?？傮w而言輻印的產(chǎn)生是一個(gè)系統(tǒng)問題，必須多方面采取措施才能有效解決。但抗輯印軋輻可以有效降低輻印出現(xiàn)的幾率，在軋制汽車板、家電板等高表面質(zhì)量要求的產(chǎn)品時(shí)效果明顯?？馆椨≡碇饕腔w強(qiáng)化，提高軋輻的基體硬度，增加抗壓人性

9、能。二、材料選擇在冷軋過程中，軋輻表面承受著很大的擠壓應(yīng)力和強(qiáng)烈的磨損，高速軋制時(shí)，還會(huì)造成輻面裂紋。故應(yīng)具有極高而均勻的硬度，一定深度的硬化層以及良好的耐磨性與抗裂性.因此冷軋軋輻用鋼選用高碳合金鋼，主要有9Cr,9cr2,9Cr2W9Cr2M厘。這類鋼含碳量一般為0.75-1.5%,加入少量的合金元素，一般為3%-5%.根據(jù)軋輻直徑大小選用不同的鋼號。如表1所示.表1根據(jù)冷軋工作輯直徑選用鋼號鋼號適用范圍mm鋼號適用范圍mtn030005009(V03009(r2Mo9(720300鋼中高碳含量可以保證軋輻具有較高的硬度，增加適量的銘、鋁或鴇等合金元素可以增強(qiáng)鋼的淬透性與耐磨性能。同時(shí)必須

10、限制鎰、銀等元素的含量。鎰、銀等元素會(huì)增加殘余奧氏體。在高應(yīng)力作用下殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體時(shí)，造成的局部應(yīng)力會(huì)產(chǎn)生顯微裂紋。當(dāng)受到交變疲勞應(yīng)力作用時(shí)，這些顯微裂紋會(huì)逐漸擴(kuò)大，最后崩落。冷軋工作輻用鋼的化學(xué)成分如表2所示表2冷軋短表面硬度與硬化層深度的關(guān)系等級硬度/I1S硬化層深度輯徑0.04輯身半徑203餛身半徑U9094Amm0.04輻身半徑*03輕身半徑因此選擇9Cr2Md乍為冷軋輻的材料。9Cr2MoM有較好的塑性、焊接性能和沖擊韌性，冷熱加工性能及低、中溫性能也很好，有一定的耐蝕性。其力學(xué)性能為：抗拉強(qiáng)度(rb(MPa):390570;屈服強(qiáng)度。s(MPa):W16時(shí)：A295;163

11、5吐A275;3550時(shí)：255;50100時(shí)：A235;伸長率55(%):23O如下表為9Cr2Mo的化學(xué)成分：表1.1.19Cr2Mo的化學(xué)成分9Cr2MoCCrMnMo0.85-0.951.70-2.100.20-0.350.20-0.40NiPSSi0.250.25400mm9Cr2Mo軋輾正火及退火工藝9Cr2Mo鋼的Accm約為860C,終鍛度控制在750850C,雖然鍛造時(shí)有碳化物析出，但通過變形，大的碳化物沿變形方向被拉斷；降低終鍛溫度，細(xì)化了奧氏體晶粒，晶界面積增大，碳化物在晶界上分布更分散；通過噴霧冷卻，抑制了奧氏體中的碳化物析出，防止了在晶界上形成連續(xù)的網(wǎng)狀碳化物。最后奧

12、氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的，片狀偽共析珠光體，其碳含量高于正常珠光體的碳含量。在球化退火過程中，經(jīng)過790+15C保溫，細(xì)小的片狀珠光體中的碳化物很容易從中間熔斷，分布在不均勻的奧氏體中，形成了大量彌散分布的碳化物質(zhì)點(diǎn)：經(jīng)過緩冷，奧氏體繼續(xù)析出碳化物，這些碳化物質(zhì)點(diǎn)作為非自發(fā)核心，奧氏體的碳富集區(qū)便成為碳化物晶核長成晶粒，最后經(jīng)過720士10c等溫，聚集長大為一定尺寸的粒狀滲碳體，從而獲得良好的球化組織。3.2 調(diào)質(zhì)處理3.2.1 調(diào)質(zhì)目的調(diào)質(zhì)處理的目的，在于消除網(wǎng)狀碳化物，細(xì)化碳化物并使片狀珠光體球化，為最終熱處理做好組織準(zhǔn)備，同時(shí)改變主動(dòng)支承輻的心部組織，使其得到良好的機(jī)械性能，同時(shí)也保證輻徑部位相

13、應(yīng)的硬度要求。不同的原始組織對淬火加熱的相變點(diǎn)、晶粒的過熱傾向、奧氏體晶粒的均勻性、馬氏體針的粗化程度和硬度的均勻性都有很大的影響。球狀珠光體組織比片狀珠光體組織在上述諸方面都表現(xiàn)較好的特性，如淬裂敏感性低、晶粒度長大傾向小、晶粒度均勻，淬火后可得到細(xì)針狀馬氏體組織及少量的殘余奧氏體等等。對主動(dòng)支承輻心部來說，球狀珠光體組織比片狀珠光體組織有較好的綜合力學(xué)性能。網(wǎng)狀碳化物的存在，不僅使主動(dòng)支承輻在最終熱處理時(shí)容易淬裂，而且影響其疲勞性和韌性。鍛件中嚴(yán)重的網(wǎng)狀碳化物，雖然經(jīng)過鍛后熱處理及正火和回火處理，也往往不能徹底消除，使部分片狀珠光體保留下來。采用調(diào)質(zhì)處理可進(jìn)一步改善組織，獲得碳化物符合要求

14、等級的球狀珠光體組織。3.2.2 調(diào)質(zhì)工藝曲線圖圖3.2.2400mm9Cr2Mo主動(dòng)支承輻調(diào)質(zhì)處理為使高碳銘鋼中的碳化物較完全的溶解，充分發(fā)揮合金元素的作用，必須選擇足夠高的加熱溫度。實(shí)驗(yàn)證明，低于875c的加熱溫度，淬火后組織中保留著大量未溶解的碳化物。高于920c加熱，碳化物雖然全部溶解，但會(huì)發(fā)生晶粒長大，淬火后得到粗針馬氏體組織。在淬火時(shí)易造成較大的組織應(yīng)力，容易開裂。所以最適宜的加熱溫度為880-90OC。淬火后可以得到細(xì)針狀馬氏體和少量未溶的碳化物。調(diào)質(zhì)工藝曲線見圖3.2.2。調(diào)質(zhì)后進(jìn)行檢驗(yàn)，硬度為262274HB（3941HS,硬度合格。超聲波探傷檢驗(yàn)，內(nèi)部沒有超標(biāo)缺陷，合格。金

15、相檢驗(yàn)網(wǎng)狀碳化物小于3級，大于2級，合格。3.3 中頻淬火3.3.1 中頻淬火加熱前整體預(yù)熱預(yù)熱對淬硬層中殘余應(yīng)力的分布及硬度分布都起顯著作用。主動(dòng)支承輻淬火后，在有效硬化層與過渡區(qū)交界附近如有較大應(yīng)力，在使用過程中容易產(chǎn)生局部剝落。淬硬層中拉應(yīng)力的峰值與表層中馬氏體量（組織應(yīng)力）和主動(dòng)支承輻淬火時(shí)截面上的溫差（熱應(yīng)力）有關(guān)，因此通過預(yù)熱，可改善殘余應(yīng)力的分布，采用在爐中整體加熱預(yù)熱。提高主動(dòng)支承輻預(yù)熱溫度可使淬硬層大部分處于壓應(yīng)力狀態(tài)，拉應(yīng)力顯著下降。這就有利于提高主動(dòng)支承輻的壽命。9Cr2Mo軋輻采用300c保溫6h整體預(yù)熱工藝3.3.2 中頻淬火520m忻1447mm經(jīng)過預(yù)熱的主動(dòng)支承輻

16、，裝卡在功率為300kW可控硅電源的立式中頻淬火機(jī)床上，感應(yīng)器尺寸為535mm采用雙圈加熱，單圈冷卻,這樣既可以避免淬火軟帶的產(chǎn)生，同時(shí)又在不同程度上加深了淬硬層深度。主動(dòng)支承輯中頻淬火時(shí)工件旋轉(zhuǎn)，感應(yīng)器及噴水環(huán)上升，完成主動(dòng)支承輯的中頻感應(yīng)淬火。主動(dòng)支承輻中頻淬火終冷溫度應(yīng)小于80Co軋輻中頻感應(yīng)淬火示意圖見圖2.3.4。圖2.3.4主動(dòng)支承輯中頻感應(yīng)淬火示意圖(1)淬火設(shè)備：KGPS-300/8(2)中頻淬火參數(shù)：變壓器匝比8:2,工作頻率4kHz,直流電流480A,直流電壓500V,中頻電壓700V,功率240kW速度0.84mm/s。(3)檢驗(yàn)：輻身中頻淬火后硬度為9096HS3.4

17、回火200C左右回火，9Cr2MoM的洛氏硬度基本保持不變；200300c溫度范圍內(nèi)回火，9Cr2Mdi岡的洛氏硬度值緩慢減小，然后保持不變；當(dāng)回火溫度高于300C,9Cr2M隹岡的洛氏硬度值隨著回火溫度的升高明顯減小圖3.4400mm9Cr2Mo主動(dòng)支承輻回火工藝中頻淬火后的主動(dòng)支承輻要及時(shí)回火，回火后輻身硬度9093HS滿足硬度要求。3.5 冷處理3.5.1 冷處理目的為提高軋輻的硬度和耐磨性，防止軋輻開裂，可以采取冷處理工藝。將淬火后的軋輻在0c以下的低溫介質(zhì)中冷卻到-80C待軋輻截面冷到溫度均勻一致后取出空冷，軋輻的冷處理溫度一般在-40C-80C。對于高碳合金鋼的軋輻來說，淬火冷卻到

18、室溫時(shí)，大部分奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，但在馬氏體片間仍存在少量殘余奧氏體。過量的殘余奧氏體會(huì)降低軋輻的強(qiáng)度、硬度和耐磨性。殘余奧氏體是一種不穩(wěn)定組織，在存放和使用過程中會(huì)緩慢地繼續(xù)變?yōu)轳R氏體，并使體積膨脹，影響軋輻的尺寸精度，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致軋輻開裂.。經(jīng)過冷處理，可使殘余奧氏體大部分轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。不僅提高了軋輻的硬度精度，還可以達(dá)到穩(wěn)定軋輻尺寸的目的。3.5.2 9Cr2Mo軋輻冷處理結(jié)果用9Cr2M隹岡制作的軋輻淬火后經(jīng)過冷處理，殘余奧氏體量見表4表49C1-2冷處理結(jié)果丹氏體轉(zhuǎn)變范困殘余奧氏體量/%冷到Mf后硬慢增值/HRcMJCMf/C20CMr冷到Mf220180一70618413LO-2.33.6 返修處理主動(dòng)支承輻由于某種原因被迫中斷淬火，或淬火后硬度不夠，需經(jīng)高溫回火后放得進(jìn)行重淬。高溫回火時(shí)，輻身表面應(yīng)涂石墨油保護(hù)，或用石墨粉和水玻璃混合后涂在輻身表面，起保護(hù)作用。石墨和水玻璃的比例為1:10。高溫回火返修工藝曲線見圖3.6時(shí)間/h圖3.6400mm9Cr2Mo主動(dòng)支承輻高溫回火返修工藝結(jié)論：由上述加工工藝得到的400mm9Cr2M於軋輻，硬度高于90HS耐磨性良好，抗沖擊性、抗疲勞及韌性俱佳。四、軋輻失效后的修復(fù)4.1 小面積剝落的修復(fù)軋制過程中，粘輻