轧辊材料及热处理

1、轧辐材料及热处理工艺轧辐的寿命主要取决于轧辐的内在性能和工作受力，内在性 能包括强度和硬度等方面。要使轧辐具有足够的强度，主要从轧辐材 料方面来考虑；硬度通常是指轧辐工作外表的硬度，它打算轧辐的耐 磨性，在肯定程度上也打算轧辐的使用寿命，通过合理的材料选用和 热处理方式可以满意轧辐的硬度要求。概述了传统的轧辐选材及其热 处理工艺，同时，对轧辐材料及其热处理工艺的进展进行了展望。传统冷轧辑材料及其热处理方式冷轧辐在工作过程中要承受很大的轧制压力，加上轧件的焊缝、 夹杂、边裂等问题，简单导致瞬间高温，使工作辐受到剧烈热冲击造 成裂纹、粘辐甚至剥落而报废。因此，冷轧辐要有对抗因弯曲、扭转、 剪切应力

2、引起的开裂和剥落的力量，同时也要有高的耐磨性、接触疲 惫强度、断裂韧性和热冲击强度等。国内外冷轧工作辐一般使用的材质有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世纪5060年月，这一时期的轧件多为碳素结构钢,强度和 硬度不高，所以轧辐一般采纳1.5%2%C r锻钢。此类钢的最终热 处理通常采纳淬火加低温回火，常见的淬火方式有感应外表淬火和整 体加热淬火。其主要任务是考虑如何提高轧辐的耐磨性能、抗剥落性 能，并提高淬硬层深度，尽量保证轧辐外表组织匀称，改

3、善轧辐表层 金属组织的稳定性。从20世纪70年月开头，随着轧件合金化程度的提高,高强度低 合金结构钢（HS L A）的广泛应用，轧件的强度和硬度也随之增加， 对轧辐材料的强度和硬度也提出了更高的要求，国际上普遍开头采纳 铭含量约2%的C r-M。型或C r-Mo-V型钢工作辐，如我们国家 始终使用的9c r 2M o . 9C r 2M o V和86C r M o V7、俄罗斯的 9X2M、西德的86 c r2M o V7、日本的MC 2等。这类材质的合 金化程度较低，在经过最终热处理后，其淬硬层深度一般为1215 mm （半径），仅能满意一般要求，而且使用中剥落和裂纹倾向严峻， 轧制寿命低。

4、通过改进热处理方式，即进行重淬12次，提高了该类轧辐的 淬硬层，但每次重淬不仅需要肯定的热处理费用，而且会使轧辐直径 都要损失5mm左右，同时轧辐在经过屡次热处理后简单变形，难以 满意高精度轧辐的形位公差要求。因此，研制深淬硬层冷轧辐不仅可 以大幅度地降低冷轧辐的消耗，削减轧辐在使用过程中的重新淬火次 数，延长轧辐寿命，具有重大的经济效益。为了削减重淬消耗，提高轧辐的淬硬层深度、接触疲惫强度、韧 性，延长其使用寿命，从20世纪70年月后期到80年月中期，国内 外开头讨论使用铭含量在3%5%的深淬硬层冷轧工作辐钢。3%铭冷 轧辐不需重淬，且有效淬硬层深度可到达2530mm, 5%Cr冷轧 辐有效

5、淬硬层深度那么到达40mm,其耐磨性和抗事故性能也有显著 提高。在这一阶段，国内试制了 9C r3M。V钢，国外一些制造厂 也先后开发推广了深淬硬层冷轧辐，如美国的3. 25%C r钢和5%C r 钢，日本的K a n t o c R P53 F H13、M n MC3 和MC5 等。 这些钢都采纳高碳高合金材料，具有良好的硬度和耐磨性，但轧辐淬 硬外表脆性大，接触疲惫寿命低，质量不稳定。为提高淬硬层深及接触疲惫寿命,降低淬硬层脆性及过热敏感 性，同时也为满意轧件对冷轧工作辐力学性能和使用性能的进一步要 求，自20世纪80年月中、后期，国外轧辐生产厂对5%C r冷轧辐 钢进行了化学成分的优化工

6、作，主要是在5%C r钢中增加铝、钮的 含量或加入钛、银等元素。添加0. 1%左右钛的5%C r钢轧辐中，钛以碳氮化合物（T i CN） 形式在基体中微细析出，经过摩擦损耗后T i CN脱落，在轧辐外表 形成划痕，使适度的粗度再生。在镀锡板轧机的实际操作中，有效采 用粗糙度降低小的优点，从轧制初期就可高速轧制。在最终热处理过程中，对轧馄钢的淬火和加热限制在奥氏体中含 碳量不超过0.6%的程度，然后进行尽可能剧烈的冷却，这样就可以 得到较深的淬硬层。此时，轧辐的淬硬层组织除隐针马氏体（以板条 为主）外，尚有约4%的碳化物和10%左右的残留奥氏体。轧辐的外表 硬度（包括剩余压应力的影响）约为HS

7、（D）9599。最终，用低温回 火将轧辐外表硬度调整到规定值，低温回火越充分，硬度偏低时韧性 越好，抗热裂力量越高。铝、铀含量的增加导致淬火后钢中含有较多 的剩余奥氏体，回火后大局部又转变为新马氏体，这样就有助于提高 轧辐硬度，增加耐磨性并降低磨损面粗糙度。传统热轧辐材料的选用及热处理工艺热轧辐常工作在700800C的高温环境，与灼热的钢坯相接 触，需要承受强大的轧制力，同时外表要承受轧材的强力磨损，反复 被热轧材加热及冷却水冷却，经受温度变化幅度较大的热疲惫作用。 这就要求热轧辐材料必需具有高的淬透性、低的热膨胀系数、高的热 传导力量和高的高温屈服强度及高的抗氧化性。国内曾经使用过锻钢轧辐和

8、无限冷硬铸铁轧辐，除一般冷硬铸铁 外，还有低银铭钥、中银铭钥、高银铭铝铸铁材料，高档次的冷硬铸 铁材料为高银铭铝冷硬铸铁。这类材质轧辐的缺点是硬度低，耐磨性 不好。后来采纳了球墨复合铸铁轧辐，相对而言，使用寿命提高了几 倍，至今仍旧在使用。国外那么一般采纳半钢和高硬度特别半钢材质， 对克服外表粗糙和抗磨损都很有效。为了提高热轧辐的外表耐磨性，热轧辐的材料不断地得到改进, 其基本的进展过程是从冷硬铸铁到高铭铸铁到半高速钢和高速钢。高辂铸铁轧辐的化学成分为：2. 0%4. 0%C, 10%30%C r , 0. 15%1. 6%N i , 0. 3%2. 9%M o。其本质是一种高耐磨性的高合 金

9、白口铁，铭含量一般在10%15%,其碳化物主要是M7c 3型，与 白口铸铁的连续的M8 C型碳化物不同，它不但具有良好的耐磨性， 还有较高的硬度（HV可达1800）,基体为奥氏体、马氏体，因而其 硬度和韧性结合较好。实际的轧制生产说明，高铭铸铁轧辐有较好的 抗热裂性能，缘由是轧辐外表生成一层致密且有韧性的铝的氧化膜， 能削减热裂纹的数量和深度。因此，高铭铸铁辐在20世纪80年月被 特别广泛用于精轧前架。目前，高铭铸铁复合轧辑已广泛用作热轧带 （钢）连轧机，粗轧和精轧前段工作辐、宽中厚板；粗轧和精轧工作辐 及小型型钢和棒材轧机精轧辐等。高辂铸铁轧辐的热处理有两种形式，一是低于临界转变温度的亚 临

10、界热处理，另一种是高于临界点A3的高温热处理。高铭轧辑外表 材料的珠光体基体，盼望具有极细的片间距，并在基体上有大量弥散分布的二次碳化物，要求有尽量低的剩余奥氏体和剩余应力，所以一 般选用后一种形式的热处理，详细为正火加回火。高速钢作为热轧辐材料的应用在1988年始于日本,20世纪90 年月初期美国和欧洲也进行了研制，我们国家在20世纪90年月后期 开头研制和使用高速钢轧辐。一般高速钢的成分为1%2%C, 0% 5%C o , 0%5%N b , 3%10%Cr, 2%7%M o , 2%7%V, 1% 5%W0由于拥有大量可形成强碳化物的合金元素如W和V,其最终的 显微组织含有大约10%15

11、%具有极高硬度和高温稳定性的碳化物， 所以在高温下工作能保持较高的强度和硬度。其工作层硬度高，可达 到8085HS,具有较好的耐磨性和抗热裂性，轧辐外表没有消失 热裂纹，一般没有剥落现象。近年来国外在热轧薄板粗轧机架采纳半高速钢轧辐也获胜利，其 耐磨性是高铭钢轧辐的2倍，且咬入性能和抗热疲惫性能好，因而成 为热轧薄板粗轧机架和线棒材中轧机架轧辐的抱负选择，半高速钢的 化学成分范围为：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高速钢热轧辐的热处理方式一般采纳淬

12、火加回火，在加热到高温 时，钢中的二次碳化物充分溶解，一次共晶碳化物局部溶解。这些碳 化物所含有的碳和合金元素溶入奥氏体中，增加了奥氏体中碳和合金 元素的含量。在淬火时它们固溶于贝氏体和马氏体中，而在回火时析 出了弥散的碳化物，使钢呈现出比淬火时硬度还要高的二次硬度。因 此为了增加基体的硬度，应提高淬火温度，同时，为了防止基体中消 失块状粗大的碳化物，应尽量降低淬火温度，一般确定最正确淬火温度 为1050-1150,同时回火温度为550600o为了保证基体中含有大量弥散分布的球状M C型碳化物,应增加 V含量，但V不宜过高，由于V会降低淬透性，凝固时生成粗大的一 次碳化物，淬火时不能完全溶入奥

13、氏体，从而降低了断裂韧性，同时 还会降低轧辐的外表粗糙度。轧辐材料及热处理工艺的进展趋势冷轧辐的进展方向将是在进一步提高强度硬度和淬硬层深 度的同时，保证肯定的韧性。大型冷轧工作辐将普遍采纳含铀、铳、 银等元素的改进型5%C r钢制造。为提高材料的淬透性，C r的含 量将进一步增加，如8%10%C r及更高铭的锻钢已开头用于实际生 产，但含C r量的增加会导致较差的韧性，因此需要适当平衡C和C r含量，在较低的温度下淬火获得所需要的冷轧辐硬度，从而削减轧 辐的断裂和降低其断裂敏感性。此外,随着锻件制造技术的进一步完善,高铭钢工作辐将更多地 应用于大型冷连轧机。5%C r及其含铀的改进型钢广泛用于大型支承 辐锻件，高铭含量的大型锻钢支承辐进入有用阶段。大型冷轧工作辐 要求采纳电渣重熔锭锻制，而大型支承辐锻件用钢那么被广泛采纳钢包 精炼并真空除气的冶铸工艺生产，钢水的纯洁度均到达较高水平。热轧辐工作在交变的高温柔力的作用下，其外表反复受到摩擦, 会产生剧烈的磨损，因此热轧辐的进展主要在于进一步提高其耐磨 性。在实际的轧制生产中，外表淬火和渗碳强化处理的热轧辐己不能 满意对其高耐磨性的要求，但整体的高速钢或硬质合金轧辐本钱极 高，对于轧