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傳統熱軋輥材料的選用及熱處理工藝

更新時間:2016-11-23 08:31 來源:神工機械 點擊數:
熱軋輥常工作在700℃~800℃的高溫環境,與灼熱的鋼坯相接觸,需要承受強大的軋制力,同時表面要承受軋材的強力磨損,反復被熱軋材加熱及冷卻水冷卻,經受溫度變化幅度較大的熱疲勞作用。這就要求熱軋輥材料必須具有高的淬透性、低的熱膨脹系數、高的熱傳導能力和高的高溫屈服強度及高的抗氧化性。
  國內曾經使用過鍛鋼軋輥和無限冷硬鑄鐵軋輥,除普通冷硬鑄鐵外,還有低鎳鉻鉬、中鎳鉻鉬、高鎳鉻鉬鑄鐵材料,高檔次的冷硬鑄鐵材料為高鎳鉻鉬冷硬鑄鐵。這類材質軋輥的缺點是硬度低,耐磨性不好。后來采用了球墨復合鑄鐵軋輥,相對而言,使用壽命提高了幾倍,至今仍然在使用。國外則一般采用半鋼和高硬度特殊半鋼材質,對克服表面粗糙和抗磨損都很有效。
為了提高熱軋輥的表面耐磨性,熱軋輥的材料不斷地得到改進,其基本的發展過程是從冷硬鑄鐵到高鉻鑄鐵到半高速鋼和高速鋼。
  高鉻鑄鐵軋輥的化學成分為:2.0%~4.0%C,10%~30%Cr,0.15%~1.6%nI,0.3%~2.9%Mo。其本質是一種高耐磨性的高合金白口鐵,鉻含量一般在10%~15%,其碳化物主要是M7C3型,與白口鑄鐵的連續的M8C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1800),基體為奧氏體、馬氏體,因而其硬度和韌性結合較好。實際的軋制生產表明,高鉻鑄鐵軋輥有較好的抗熱裂性能,原因是軋輥表面生成一層致密且有韌性的鉻的氧化膜,能減少熱裂紋的數量和深度。因此,高鉻鑄鐵輥在20世紀80年代被非常廣泛用于精軋前架。目前,高鉻鑄鐵復合軋輥已廣泛用作熱軋帶 (鋼)連軋機,粗軋和精軋前段工作輥、寬中厚板;粗軋和精軋工作輥及小型型鋼和棒材軋機精軋輥等。
  高鉻鑄鐵軋輥的熱處理有兩種形式,一是低于臨界轉變溫度的亞臨界熱處理,另一種是高于臨界點A3的高溫熱處理。高鉻軋輥表面材料的珠光體基體,希望具有極細的片間距,并在基體上有大量彌散分布的二次碳化物,要求有盡量低的殘余奧氏體和殘余應力,所以一般選用后一種形式的熱處理,具體為正火加回火。
  高速鋼作為熱軋輥材料的應用在1988年始于日本,20世紀90年代初期美國和歐洲也進行了研制,我國在20世紀90年代后期開始研制和使用高速鋼軋輥。一般高速鋼的成分為1%~2%C,0%~5%Co,0%~5%Nb,3%~10%Cr,2%~7%Mo,2%~7%V,1%~5%W。因為擁有大量可形成強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%具有極高硬度和高溫穩定性的碳化物,所以在高溫下工作能保持較高的強度和硬度。其工作層硬度高,可達到80~85HS,具有較好的耐磨性和抗熱裂性,軋輥表面沒有出現熱裂紋,一般沒有剝落現象。
  近年來國外在熱軋薄板粗軋機架采用半高速鋼軋輥也獲成功,其耐磨性是高鉻鋼軋輥的2倍,且咬入性能和抗熱疲勞性能好,因而成為熱軋薄板粗軋機架和線棒材中軋機架軋輥的理想選擇,半高速鋼的化學成分范圍為:1.5%~2.5%C,0.5%~1.5%Si,0.4%~1.0%Mn,1.0%~6.0%Cr,0.1%~4.0%Mo,0.1%~3.0%V,0.1%~4.0%W。
  高速鋼熱軋輥的熱處理方式一般采用淬火加回火,在加熱到高溫時,鋼中的二次碳化物充分溶解,一次共晶碳化物部分溶解。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。在淬火時它們固溶于貝氏體和馬氏體中,而在回火時析出了彌散的碳化物,使鋼呈現出比淬火時硬度還要高的二次硬度。因此為了增加基體的硬度,應提高淬火溫度,同時,為了防止基體中出現塊狀粗大的碳化物,應盡量降低淬火溫度,一般確定最佳淬火溫度為1050℃~1150℃,同時回火溫度為550℃~600℃。
  為了保證基體中含有大量彌散分布的球狀MC型碳化物,應增加V含量,但V不宜過高,因為V會降低淬透性,凝固時生成粗大的一次碳化物,淬火時不能完全溶入奧氏體,從而降低了斷裂韌性,同時還會降低軋輥的表面粗糙度。
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