軋輥材料及熱處理

1、軋輻材料及熱處理工藝軋輻的壽命主要取決于軋輻的內(nèi)在性能和工作受力，內(nèi)在性 能包括強(qiáng)度和硬度等方面。要使軋輻具有足夠的強(qiáng)度，主要從軋輻材 料方面來考慮；硬度通常是指軋輻工作外表的硬度，它打算軋輻的耐 磨性，在肯定程度上也打算軋輻的使用壽命，通過合理的材料選用和 熱處理方式可以滿意軋輻的硬度要求。概述了傳統(tǒng)的軋輻選材及其熱 處理工藝，同時(shí)，對(duì)軋輻材料及其熱處理工藝的進(jìn)展進(jìn)行了展望。傳統(tǒng)冷軋輯材料及其熱處理方式冷軋輻在工作過程中要承受很大的軋制壓力，加上軋件的焊縫、 夾雜、邊裂等問題，簡(jiǎn)單導(dǎo)致瞬間高溫，使工作輻受到劇烈熱沖擊造 成裂紋、粘輻甚至剝落而報(bào)廢。因此，冷軋輻要有對(duì)抗因彎曲、扭轉(zhuǎn)、 剪切應(yīng)力

2、引起的開裂和剝落的力量，同時(shí)也要有高的耐磨性、接觸疲 憊強(qiáng)度、斷裂韌性和熱沖擊強(qiáng)度等。國內(nèi)外冷軋工作輻一般使用的材質(zhì)有GC r 15.9C r2、9c r、 9C rV、9C r2W、9C r 2M o、60 C rMoV、80 C r N i3W、 8C rMoV、86C rMoV7、Mo3A等。20世紀(jì)5060年月，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，所以軋輻一般采納1.5%2%C r鍛鋼。此類鋼的最終熱 處理通常采納淬火加低溫回火，常見的淬火方式有感應(yīng)外表淬火和整 體加熱淬火。其主要任務(wù)是考慮如何提高軋輻的耐磨性能、抗剝落性 能，并提高淬硬層深度，盡量保證軋輻外表組織勻稱，改

3、善軋輻表層 金屬組織的穩(wěn)定性。從20世紀(jì)70年月開頭，隨著軋件合金化程度的提高,高強(qiáng)度低 合金結(jié)構(gòu)鋼（HS L A）的廣泛應(yīng)用，軋件的強(qiáng)度和硬度也隨之增加， 對(duì)軋輻材料的強(qiáng)度和硬度也提出了更高的要求，國際上普遍開頭采納 銘含量約2%的C r-M。型或C r-Mo-V型鋼工作輻，如我們國家 始終使用的9c r 2M o . 9C r 2M o V和86C r M o V7、俄羅斯的 9X2M、西德的86 c r2M o V7、日本的MC 2等。這類材質(zhì)的合 金化程度較低，在經(jīng)過最終熱處理后，其淬硬層深度一般為1215 mm （半徑），僅能滿意一般要求，而且使用中剝落和裂紋傾向嚴(yán)峻， 軋制壽命低。

4、通過改進(jìn)熱處理方式，即進(jìn)行重淬12次，提高了該類軋輻的 淬硬層，但每次重淬不僅需要肯定的熱處理費(fèi)用，而且會(huì)使軋輻直徑 都要損失5mm左右，同時(shí)軋輻在經(jīng)過屢次熱處理后簡(jiǎn)單變形，難以 滿意高精度軋輻的形位公差要求。因此，研制深淬硬層冷軋輻不僅可 以大幅度地降低冷軋輻的消耗，削減軋輻在使用過程中的重新淬火次 數(shù)，延長軋輻壽命，具有重大的經(jīng)濟(jì)效益。為了削減重淬消耗，提高軋輻的淬硬層深度、接觸疲憊強(qiáng)度、韌 性，延長其使用壽命，從20世紀(jì)70年月后期到80年月中期，國內(nèi) 外開頭討論使用銘含量在3%5%的深淬硬層冷軋工作輻鋼。3%銘冷 軋輻不需重淬，且有效淬硬層深度可到達(dá)2530mm, 5%Cr冷軋 輻有效

5、淬硬層深度那么到達(dá)40mm,其耐磨性和抗事故性能也有顯著 提高。在這一階段，國內(nèi)試制了 9C r3M。V鋼，國外一些制造廠 也先后開發(fā)推廣了深淬硬層冷軋輻，如美國的3. 25%C r鋼和5%C r 鋼，日本的K a n t o c R P53 F H13、M n MC3 和MC5 等。 這些鋼都采納高碳高合金材料，具有良好的硬度和耐磨性，但軋輻淬 硬外表脆性大，接觸疲憊壽命低，質(zhì)量不穩(wěn)定。為提高淬硬層深及接觸疲憊壽命,降低淬硬層脆性及過熱敏感 性，同時(shí)也為滿意軋件對(duì)冷軋工作輻力學(xué)性能和使用性能的進(jìn)一步要 求，自20世紀(jì)80年月中、后期，國外軋輻生產(chǎn)廠對(duì)5%C r冷軋輻 鋼進(jìn)行了化學(xué)成分的優(yōu)化工

6、作，主要是在5%C r鋼中增加鋁、鈕的 含量或加入鈦、銀等元素。添加0. 1%左右鈦的5%C r鋼軋輻中，鈦以碳氮化合物（T i CN） 形式在基體中微細(xì)析出，經(jīng)過摩擦損耗后T i CN脫落，在軋輻外表 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，有效采 用粗糙度降低小的優(yōu)點(diǎn)，從軋制初期就可高速軋制。在最終熱處理過程中，對(duì)軋餛鋼的淬火和加熱限制在奧氏體中含 碳量不超過0.6%的程度，然后進(jìn)行盡可能劇烈的冷卻，這樣就可以 得到較深的淬硬層。此時(shí)，軋輻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。軋輻的外表 硬度（包括剩余壓應(yīng)力的影響）約為HS

7、（D）9599。最終，用低溫回 火將軋輻外表硬度調(diào)整到規(guī)定值，低溫回火越充分，硬度偏低時(shí)韌性 越好，抗熱裂力量越高。鋁、鈾含量的增加導(dǎo)致淬火后鋼中含有較多 的剩余奧氏體，回火后大局部又轉(zhuǎn)變?yōu)樾埋R氏體，這樣就有助于提高 軋輻硬度，增加耐磨性并降低磨損面粗糙度。傳統(tǒng)熱軋輻材料的選用及熱處理工藝熱軋輻常工作在700800C的高溫環(huán)境，與灼熱的鋼坯相接 觸，需要承受強(qiáng)大的軋制力，同時(shí)外表要承受軋材的強(qiáng)力磨損，反復(fù) 被熱軋材加熱及冷卻水冷卻，經(jīng)受溫度變化幅度較大的熱疲憊作用。 這就要求熱軋輻材料必需具有高的淬透性、低的熱膨脹系數(shù)、高的熱 傳導(dǎo)力量和高的高溫屈服強(qiáng)度及高的抗氧化性。國內(nèi)曾經(jīng)使用過鍛鋼軋輻和

8、無限冷硬鑄鐵軋輻，除一般冷硬鑄鐵 外，還有低銀銘鑰、中銀銘鑰、高銀銘鋁鑄鐵材料，高檔次的冷硬鑄 鐵材料為高銀銘鋁冷硬鑄鐵。這類材質(zhì)軋輻的缺點(diǎn)是硬度低，耐磨性 不好。后來采納了球墨復(fù)合鑄鐵軋輻，相對(duì)而言，使用壽命提高了幾 倍，至今仍舊在使用。國外那么一般采納半鋼和高硬度特別半鋼材質(zhì)， 對(duì)克服外表粗糙和抗磨損都很有效。為了提高熱軋輻的外表耐磨性，熱軋輻的材料不斷地得到改進(jìn), 其基本的進(jìn)展過程是從冷硬鑄鐵到高銘鑄鐵到半高速鋼和高速鋼。高輅鑄鐵軋輻的化學(xué)成分為：2. 0%4. 0%C, 10%30%C r , 0. 15%1. 6%N i , 0. 3%2. 9%M o。其本質(zhì)是一種高耐磨性的高合 金

9、白口鐵，銘含量一般在10%15%,其碳化物主要是M7c 3型，與 白口鑄鐵的連續(xù)的M8 C型碳化物不同，它不但具有良好的耐磨性， 還有較高的硬度（HV可達(dá)1800）,基體為奧氏體、馬氏體，因而其 硬度和韌性結(jié)合較好。實(shí)際的軋制生產(chǎn)說明，高銘鑄鐵軋輻有較好的 抗熱裂性能，緣由是軋輻外表生成一層致密且有韌性的鋁的氧化膜， 能削減熱裂紋的數(shù)量和深度。因此，高銘鑄鐵輻在20世紀(jì)80年月被 特別廣泛用于精軋前架。目前，高銘鑄鐵復(fù)合軋輯已廣泛用作熱軋帶 （鋼）連軋機(jī)，粗軋和精軋前段工作輻、寬中厚板；粗軋和精軋工作輻 及小型型鋼和棒材軋機(jī)精軋輻等。高輅鑄鐵軋輻的熱處理有兩種形式，一是低于臨界轉(zhuǎn)變溫度的亞 臨

10、界熱處理，另一種是高于臨界點(diǎn)A3的高溫?zé)崽幚?。高銘軋輯外?材料的珠光體基體，盼望具有極細(xì)的片間距，并在基體上有大量彌散分布的二次碳化物，要求有盡量低的剩余奧氏體和剩余應(yīng)力，所以一 般選用后一種形式的熱處理，詳細(xì)為正火加回火。高速鋼作為熱軋輻材料的應(yīng)用在1988年始于日本,20世紀(jì)90 年月初期美國和歐洲也進(jìn)行了研制，我們國家在20世紀(jì)90年月后期 開頭研制和使用高速鋼軋輻。一般高速鋼的成分為1%2%C, 0% 5%C o , 0%5%N b , 3%10%Cr, 2%7%M o , 2%7%V, 1% 5%W0由于擁有大量可形成強(qiáng)碳化物的合金元素如W和V,其最終的 顯微組織含有大約10%15

11、%具有極高硬度和高溫穩(wěn)定性的碳化物， 所以在高溫下工作能保持較高的強(qiáng)度和硬度。其工作層硬度高，可達(dá) 到8085HS,具有較好的耐磨性和抗熱裂性，軋輻外表沒有消失 熱裂紋，一般沒有剝落現(xiàn)象。近年來國外在熱軋薄板粗軋機(jī)架采納半高速鋼軋輻也獲勝利，其 耐磨性是高銘鋼軋輻的2倍，且咬入性能和抗熱疲憊性能好，因而成 為熱軋薄板粗軋機(jī)架和線棒材中軋機(jī)架軋輻的抱負(fù)選擇，半高速鋼的 化學(xué)成分范圍為：1.5%2. 5%C, 0. 5%1.5%S i , 0. 4%1. 0%M n ,0%C r , 0. 1%4. 0%Mo, 0. 1%3. 0%V, 0. l%-4. 0%Wo高速鋼熱軋輻的熱處理方式一般采納淬

12、火加回火，在加熱到高溫 時(shí)，鋼中的二次碳化物充分溶解，一次共晶碳化物局部溶解。這些碳 化物所含有的碳和合金元素溶入奧氏體中，增加了奧氏體中碳和合金 元素的含量。在淬火時(shí)它們固溶于貝氏體和馬氏體中，而在回火時(shí)析 出了彌散的碳化物，使鋼呈現(xiàn)出比淬火時(shí)硬度還要高的二次硬度。因 此為了增加基體的硬度，應(yīng)提高淬火溫度，同時(shí)，為了防止基體中消 失塊狀粗大的碳化物，應(yīng)盡量降低淬火溫度，一般確定最正確淬火溫度 為1050-1150,同時(shí)回火溫度為550600o為了保證基體中含有大量彌散分布的球狀M C型碳化物,應(yīng)增加 V含量，但V不宜過高，由于V會(huì)降低淬透性，凝固時(shí)生成粗大的一 次碳化物，淬火時(shí)不能完全溶入奧

13、氏體，從而降低了斷裂韌性，同時(shí) 還會(huì)降低軋輻的外表粗糙度。軋輻材料及熱處理工藝的進(jìn)展趨勢(shì)冷軋輻的進(jìn)展方向?qū)⑹窃谶M(jìn)一步提高強(qiáng)度硬度和淬硬層深 度的同時(shí)，保證肯定的韌性。大型冷軋工作輻將普遍采納含鈾、銃、 銀等元素的改進(jìn)型5%C r鋼制造。為提高材料的淬透性，C r的含 量將進(jìn)一步增加，如8%10%C r及更高銘的鍛鋼已開頭用于實(shí)際生 產(chǎn)，但含C r量的增加會(huì)導(dǎo)致較差的韌性，因此需要適當(dāng)平衡C和C r含量，在較低的溫度下淬火獲得所需要的冷軋輻硬度，從而削減軋 輻的斷裂和降低其斷裂敏感性。此外,隨著鍛件制造技術(shù)的進(jìn)一步完善,高銘鋼工作輻將更多地 應(yīng)用于大型冷連軋機(jī)。5%C r及其含鈾的改進(jìn)型鋼廣泛用于大型支承 輻鍛件，高銘含量的大型鍛鋼支承輻進(jìn)入有用階段。大型冷軋工作輻 要求采納電渣重熔錠鍛制，而大型支承輻鍛件用鋼那么被廣泛采納鋼包 精煉并真空除氣的冶鑄工藝生產(chǎn)，鋼水的純潔度均到達(dá)較高水平。熱軋輻工作在交變的高溫柔力的作用下，其外表反復(fù)受到摩擦, 會(huì)產(chǎn)生劇烈的磨損，因此熱軋輻的進(jìn)展主要在于進(jìn)一步提高其耐磨 性。在實(shí)際的軋制生產(chǎn)中，外表淬火和滲碳強(qiáng)化處理的熱軋輻己不能 滿意對(duì)其高耐磨性的要求，但整體的高速鋼或硬質(zhì)合金軋輻本錢極 高，對(duì)于軋