9Cr2Mo冷轧轧辊工艺设计

1、关键词：9Cr2Mo；热处理；硬度2引言：2一、冷轧辐的工作条件、失效分析、性能要求21.1 冷轧辐的工作条件21.2 冷轧辐的失效分析3裂纹的原因3剥落的原因31.3 冷轧辐的性能要求31.3.1 淬硬层深度的影响41.3.2 耐磨性和抗辐印技术的影响4二、材料选择5三、加工工艺63.1 正火处理以及球化退火63.1.1 正火目的63.1.2 球化退火目的63.1.3 正火及退火工艺曲线图如下63.2 调质处理73.2.1 调质目的73.2.2 调质工艺曲线图83.3 中频淬火83.3.1 中频淬火加热前整体预热93.3.2 中频淬火93.4 回火93.5 冷处理103.5.1 冷处理目的1

2、03.5.2 9Cr2Mo轧辐冷处理结果103.6 返修处理11结论：11四、轧辐失效后的修复114.1 小面积剥落的修复114.2 大面积剥落的修复12结论12结束语129Cr2Mo冷轧轧辐工艺设计摘要：9Cr2M鼎冷轧辐常用的钢号，硬度是冷轧辐综合性能的一个重要指标。如果冷轧辐的硬度过高，抗裂性就差；降低轧辑硬度，虽能改善抗裂性，但耐磨性降低。因此，设计一种具有高而均匀的硬度和足够的淬硬层以及良好的耐热性，耐磨性的冷轧轧辐具有重要意义。关键词：9Cr2Mo热处理；硬度；失效分析引言：轧辐是轧钢的主要大型工具，也是轧机上的主要消耗部件。经过几十年的发展，我国轧辐制造技术和材质品种方面有很大的

3、发展。随着我国轧钢装备的改造和不断从国外引进先进轧机，轧机向自动化、连续化、重型化方向发展，对轧辐的尺寸精度、表面精度、机械性能要求更高。因此，为现代化轧机配备高性能的轧辐成为我国轧辐制造行业面临的新课题，而轧辑的不同性能品质又直接影响到冷轧的生产。这些来自轧机和轧制产品的需求变化，正在拉动着冷轧辐制造企业不断提高轧辐的耐冲击、耐磨、强度、韧性、抗疲劳等性能，不断开发新型冷轧辐制造和使用维护技术以适应现代轧机和生产的需求。一、冷轧辐的工作条件、失效分析、性能要求1.1 冷轧辐的工作条件轧辐在使用中工作环境较为恶劣，除了压力大、摩擦发热、冷却外，带钢上有很多很硬的氧化皮，氧化皮对轧辐表面不均匀磨

4、损，破坏了轧辐的原孔型尺寸，生产出的焊管就不能保证质量。在轧制过程中，带钢在轧辐的摩擦带动下向前运行，带钢的边角对轧辐的破坏更大，对轧辐的表面划伤较大，影响钢管的外观质量，所以轧辐必须保证高的硬度和耐磨性。宏观磨损量决定了冷轧辐的寿命。1.2 冷轧辐的失效分析裂纹的原因由于冷轧辐具有很高的耐磨性和极小的塑性变形，因此，要求冷轧辐表面有较高硬度和较厚的硬化层。采用冷轧辐的材质是9Cr2Mo经表面淬火和回火后得到HS96勺表面硬度。轧辐表面非常硬而脆。同时热稳定性差，具有很高的开裂敏感性。轧辐的热冲击强度、抗拉强度和接触疲劳强度等性能直接影响轧辐的使用质量.轧辐使用过程中.遇到断带和异物进入等事故

5、时，轧辐表面就受到热中击，而且此类故俸目前无法完全避免，所以耐热冲击性能成为冷轧的最重要特性之一。断带或粘辐是由于钢带在工作辐之间产生大量堆积，严重时会使轧辑局部受较大压力，导致带钢和辐面产生焊合.这就使轧辐表面经受了热冲击，轧辐的损伤程度决定于事故的严重程度.产生裂纹的因素取决于轧辐的性能和使用条件。轧辑本身制造缺陷引起的裂纹出现在轧辐内部，而操作不当在表面和次表层产生裂纹。剥落的原因由于冷轧辐工作条件所限，高表面硬度，良好的抗热冲击性，抗剥落性和耐磨性是冷轧辐选材的主要标准，我国高硬度冷轧辐一般均选用铭旨金高碳锻钢材料，如：9Cr,Mq9cr,MoV9Cr,僧.铭合金高碳钢在淬火发生相变，

6、由合金奥氏体转变成合金马氏体时，由于马氏体比客大.淬硬部位体积增大.轧辐辐面受内层拉力影响，处于压应力的控制之下，表面淬火后，表层已形成马氏体，体积膨胀.而内层心部无此变化，所以，表层对辐身有一个使体积扩大的拉力，选个拉力在金属强度薄弱区。很容易产生裂纹，随着这些裂纹的发展延伸会导致辑面剥落，严重者甚至断裂。1.3 冷轧辐的性能要求在冷轧过程中，轧辐表面承受着很大的挤压应力和强烈的磨损；高速轧制时，还会造成辐面裂纹。故应具有极高而均匀的硬度，一定深度的硬化层以及良好的耐磨性与抗裂性。1轴头；2银颈；3银身图】轧辑示意图1.3.1 淬硬层深度的影响我国锻钢冷轧工作辐材质从轴承钢(GCrl5)开始

7、，9Cr2M686CrMoV7Cr3到现在的Cr5、半高速钢，使得轧辐的淬硬层深度越来越深，Cr5和半高速钢可以达到单边40m叔上。目前Cr3、Cr5通过双频淬火工艺，淬硬层深度已经能够满足冷轧用户不再进行重淬处理的使用要求，可有效防止因重淬造成的精度丧失问题。另外辐坯使用电渣重熔工艺后，使得轧辐材质的组织偏析、纯净度有了很大的改善，作为轧辐非常关键指标的整个工作层的组织均匀性也有很大提高，从而保证了轧辐无论在新辑还是使用磨削以后，都有较好的硬度均匀性，保证深淬硬层轧辐的正常使用。1.3.2 耐磨性和抗辐印技术的影响为提高生产效率，冷轧单元对轧辐的耐磨性和抗辐印性能提出了要求，以延长轧制周期。

8、提高轧辐耐磨性及抗辐印性能主要是通过合金化及特殊热处理工艺来实现。耐磨性主要与碳化物硬度、类型、分布、含量有关。通过调整轧辐的合金配比，改变轧辐的碳化物类型，通过特殊热处理以获得硬度更高、分布更弥散的碳化物和较有韧性的基体组织，控制残余奥氏体含量来实现轧辐的高耐磨性。目前国内已经开发出了相应的高耐磨，主要应用在平整机及连轧的后机架上。轧辐的抗辐印原理已经被制造和使用双方共同理解。总体而言辐印的产生是一个系统问题，必须多方面采取措施才能有效解决。但抗辑印轧辐可以有效降低辐印出现的几率，在轧制汽车板、家电板等高表面质量要求的产品时效果明显。抗辐印原理主要是基体强化，提高轧辐的基体硬度，增加抗压人性

9、能。二、材料选择在冷轧过程中，轧辐表面承受着很大的挤压应力和强烈的磨损，高速轧制时，还会造成辐面裂纹。故应具有极高而均匀的硬度，一定深度的硬化层以及良好的耐磨性与抗裂性.因此冷轧轧辐用钢选用高碳合金钢，主要有9Cr,9cr2,9Cr2W9Cr2M厘。这类钢含碳量一般为0.75-1.5%,加入少量的合金元素，一般为3%-5%.根据轧辐直径大小选用不同的钢号。如表1所示.表1根据冷轧工作辑直径选用钢号钢号适用范围mm钢号适用范围mtn030005009(V03009(r2Mo9(720300钢中高碳含量可以保证轧辐具有较高的硬度，增加适量的铭、铝或鸨等合金元素可以增强钢的淬透性与耐磨性能。同时必须

10、限制镒、银等元素的含量。镒、银等元素会增加残余奥氏体。在高应力作用下残余奥氏体转变为马氏体时，造成的局部应力会产生显微裂纹。当受到交变疲劳应力作用时，这些显微裂纹会逐渐扩大，最后崩落。冷轧工作辐用钢的化学成分如表2所示表2冷轧短表面硬度与硬化层深度的关系等级硬度/I1S硬化层深度辑径0.04辑身半径203馄身半径U9094Amm0.04辐身半径*03轻身半径因此选择9Cr2Md乍为冷轧辐的材料。9Cr2MoM有较好的塑性、焊接性能和冲击韧性，冷热加工性能及低、中温性能也很好，有一定的耐蚀性。其力学性能为：抗拉强度(rb(MPa):390570;屈服强度。s(MPa):W16时：A295;163

11、5吐A275;3550时：255;50100时：A235;伸长率55(%):23O如下表为9Cr2Mo的化学成分：表1.1.19Cr2Mo的化学成分9Cr2MoCCrMnMo0.85-0.951.70-2.100.20-0.350.20-0.40NiPSSi0.250.25400mm9Cr2Mo轧辗正火及退火工艺9Cr2Mo钢的Accm约为860C,终锻度控制在750850C,虽然锻造时有碳化物析出，但通过变形，大的碳化物沿变形方向被拉断；降低终锻温度，细化了奥氏体晶粒，晶界面积增大，碳化物在晶界上分布更分散；通过喷雾冷却，抑制了奥氏体中的碳化物析出，防止了在晶界上形成连续的网状碳化物。最后奥

12、氏体转变为细小的，片状伪共析珠光体，其碳含量高于正常珠光体的碳含量。在球化退火过程中，经过790+15C保温，细小的片状珠光体中的碳化物很容易从中间熔断，分布在不均匀的奥氏体中，形成了大量弥散分布的碳化物质点：经过缓冷，奥氏体继续析出碳化物，这些碳化物质点作为非自发核心，奥氏体的碳富集区便成为碳化物晶核长成晶粒，最后经过720士10c等温，聚集长大为一定尺寸的粒状渗碳体，从而获得良好的球化组织。3.2 调质处理3.2.1 调质目的调质处理的目的，在于消除网状碳化物，细化碳化物并使片状珠光体球化，为最终热处理做好组织准备，同时改变主动支承辐的心部组织，使其得到良好的机械性能，同时也保证辐径部位相

13、应的硬度要求。不同的原始组织对淬火加热的相变点、晶粒的过热倾向、奥氏体晶粒的均匀性、马氏体针的粗化程度和硬度的均匀性都有很大的影响。球状珠光体组织比片状珠光体组织在上述诸方面都表现较好的特性，如淬裂敏感性低、晶粒度长大倾向小、晶粒度均匀，淬火后可得到细针状马氏体组织及少量的残余奥氏体等等。对主动支承辐心部来说，球状珠光体组织比片状珠光体组织有较好的综合力学性能。网状碳化物的存在，不仅使主动支承辐在最终热处理时容易淬裂，而且影响其疲劳性和韧性。锻件中严重的网状碳化物，虽然经过锻后热处理及正火和回火处理，也往往不能彻底消除，使部分片状珠光体保留下来。采用调质处理可进一步改善组织，获得碳化物符合要求

14、等级的球状珠光体组织。3.2.2 调质工艺曲线图图3.2.2400mm9Cr2Mo主动支承辐调质处理为使高碳铭钢中的碳化物较完全的溶解，充分发挥合金元素的作用，必须选择足够高的加热温度。实验证明，低于875c的加热温度，淬火后组织中保留着大量未溶解的碳化物。高于920c加热，碳化物虽然全部溶解，但会发生晶粒长大，淬火后得到粗针马氏体组织。在淬火时易造成较大的组织应力，容易开裂。所以最适宜的加热温度为880-90OC。淬火后可以得到细针状马氏体和少量未溶的碳化物。调质工艺曲线见图3.2.2。调质后进行检验，硬度为262274HB（3941HS,硬度合格。超声波探伤检验，内部没有超标缺陷，合格。金

15、相检验网状碳化物小于3级，大于2级，合格。3.3 中频淬火3.3.1 中频淬火加热前整体预热预热对淬硬层中残余应力的分布及硬度分布都起显著作用。主动支承辐淬火后，在有效硬化层与过渡区交界附近如有较大应力，在使用过程中容易产生局部剥落。淬硬层中拉应力的峰值与表层中马氏体量（组织应力）和主动支承辐淬火时截面上的温差（热应力）有关，因此通过预热，可改善残余应力的分布，采用在炉中整体加热预热。提高主动支承辐预热温度可使淬硬层大部分处于压应力状态，拉应力显著下降。这就有利于提高主动支承辐的寿命。9Cr2Mo轧辐采用300c保温6h整体预热工艺3.3.2 中频淬火520m忻1447mm经过预热的主动支承辐

16、，装卡在功率为300kW可控硅电源的立式中频淬火机床上，感应器尺寸为535mm采用双圈加热，单圈冷却,这样既可以避免淬火软带的产生，同时又在不同程度上加深了淬硬层深度。主动支承辑中频淬火时工件旋转，感应器及喷水环上升，完成主动支承辑的中频感应淬火。主动支承辐中频淬火终冷温度应小于80Co轧辐中频感应淬火示意图见图2.3.4。图2.3.4主动支承辑中频感应淬火示意图(1)淬火设备：KGPS-300/8(2)中频淬火参数：变压器匝比8:2,工作频率4kHz,直流电流480A,直流电压500V,中频电压700V,功率240kW速度0.84mm/s。(3)检验：辐身中频淬火后硬度为9096HS3.4

17、回火200C左右回火，9Cr2MoM的洛氏硬度基本保持不变；200300c温度范围内回火，9Cr2Mdi冈的洛氏硬度值缓慢减小，然后保持不变；当回火温度高于300C,9Cr2M隹冈的洛氏硬度值随着回火温度的升高明显减小图3.4400mm9Cr2Mo主动支承辐回火工艺中频淬火后的主动支承辐要及时回火，回火后辐身硬度9093HS满足硬度要求。3.5 冷处理3.5.1 冷处理目的为提高轧辐的硬度和耐磨性，防止轧辐开裂，可以采取冷处理工艺。将淬火后的轧辐在0c以下的低温介质中冷却到-80C待轧辐截面冷到温度均匀一致后取出空冷，轧辐的冷处理温度一般在-40C-80C。对于高碳合金钢的轧辐来说，淬火冷却到

18、室温时，大部分奥氏体转变为马氏体，但在马氏体片间仍存在少量残余奥氏体。过量的残余奥氏体会降低轧辐的强度、硬度和耐磨性。残余奥氏体是一种不稳定组织，在存放和使用过程中会缓慢地继续变为马氏体，并使体积膨胀，影响轧辐的尺寸精度，严重时导致轧辐开裂.。经过冷处理，可使残余奥氏体大部分转变为马氏体。不仅提高了轧辐的硬度精度，还可以达到稳定轧辐尺寸的目的。3.5.2 9Cr2Mo轧辐冷处理结果用9Cr2M隹冈制作的轧辐淬火后经过冷处理，残余奥氏体量见表4表49C1-2冷处理结果丹氏体转变范困残余奥氏体量/%冷到Mf后硬慢增值/HRcMJCMf/C20CMr冷到Mf220180一70618413LO-2.33.6 返修处理主动支承辐由于某种原因被迫中断淬火，或淬火后硬度不够，需经高温回火后放得进行重淬。高温回火时，辐身表面应涂石墨油保护，或用石墨粉和水玻璃混合后涂在辐身表面，起保护作用。石墨和水玻璃的比例为1:10。高温回火返修工艺曲线见图3.6时间/h图3.6400mm9Cr2Mo主动支承辐高温回火返修工艺结论：由上述加工工艺得到的400mm9Cr2M於轧辐，硬度高于90HS耐磨性良好，抗冲击性、抗疲劳及韧性俱佳。四、轧辐失效后的修复4.1 小面积剥落的修复轧制过程中，粘辐