影响改进型高镍铬无限冷硬复合铸铁轧辊性能因素分析

影响改进型高镍铬无限冷硬复合铸铁轧辊性能因素分析黄明，刘宇，肖连华（唐山钢铁集团重机装备有限公司，河北唐山063000）摘要：改进型高镍无限冷硬复合铸铁轧辊（以下简称改进型ICDP轧辊）轧辊组织由贝氏体、少量马氏体、残余奥氏体、渗碳体以及石墨等组成【1】，本文通过讨论成分变化制作工艺研究金相组织与性能之间的关系，分析出影响改进型ICDP轧辊性能的因素，以便于生产过程中有针对性的优化工艺，改进轧辊性能指标。关键字：影响改进型ICDP轧辊因素StudyonTheFactorsAffectingThePerformanceofEnhancedHighNiCrIndefinniteChilledCentrifugalCompoundCastIronRollHuangMing，LiuYu，XiaoLian-hua（TangShanIronandsteelGroupHeavyMachinery&EquipmentCo.Ltd.，TangshanHebei063000，China）Abstract：EnhancedHighNiCrIndefinniteChilledCentrifugalCompoundCastIronRoll(hereinafterreferredtoasthemodifiedICDProll)rolltissuebybainiteasmallamountofresidualaustenitemartensitecementiteandgraphiteetc,thispaperdiscussedcompositionchangesintechnologyresearchoftherelationshipbetweenmicrostructureandproperties,analysistheinfluencefactorsofmodifiedICDProll,sothattheproductionprocessoftargetedoptimizationprocess,enhancetherollperformanceindex。KeyWords：Affecting，Enhanced，ICDProll，index改进型ICDP轧辊主要使用于热轧板带轧机，随着板材性能需求的提升，轧辊性能要求也越来越高，耐磨性、抗事故能力等；本文数据的建立是在唐山钢铁集团重机装备有限公司实验的基础上，通过不同成分的设计制作轧辊，并研究显微硬度、组织含量、耐磨粒子【2】分布等金相组织变化，了解组织与性能之间的关系。1、组织性能分析1.1显微硬度的测量ICDP轧辊辊身基体组织为贝氏体+少量马氏体+残余奥氏体+渗碳体+石墨，为测定各个金相组织对轧辊总体硬度的影响，实验过程中在500×视场下对各个金相组织的显微硬度进行了测定，测定方式图片如图1所示：图1轧辊纤维硬度测定过程示意图通过显微金相硬度的测定，我们可以得到表1所示的各个金相组织的显微硬度情况：表1各个金相组织的显微硬度情况组织名称维氏硬度/HV洛氏硬度/HRC肖氏硬度/HSD贝氏体+奥氏体52851.167.5渗碳体1144太高无法转换渗碳体+石墨3203445.5贝氏体59354.973.5莱氏体67158.879.5从显微硬度可以看出，渗碳体硬度最高，因此脆性也最大，与基体组织可以形成稳定的莱氏体结构，有利于基体的稳定；石墨硬度偏低，由于ICDP轧辊渗碳体含量较高，其主要作用是起到缓解轧辊裂纹倾向，但过多的石墨含量将降低轧辊性能。1.2不同金相组织含量对轧辊性能的影响Si元素为石墨析出元素，对轧辊组织石墨含量和渗碳体含量影响较大，通过现场实验当Si含量小于0.7%时，组织中石墨含量小于1%，轧辊抗裂纹能力低容易出现辊身裂纹、炸裂的现场，因此成分设定过程中选定Si含量0.7-0.9%，0.9-1.1%，1.1-1.3%三种成分进行测定。【3】1.2.1石墨含量分析通过金相实验，各Si含量ICDP轧辊石墨分布情况如图2所示，同时，通过电脑对金相图片的分析，得出各Si含量轧辊石墨的含量如表2所示：表2各Si含量ICDP轧辊石墨含量%Si含量1.1-1.30.9-1.10.7-0.9石墨含量5.223.41.7a、Si含量1.1-1.3%石墨分布（100×）b、Si含量0.9-1.1%石墨分布（100×）c、Si含量0.7-0.9%石墨分布（100×）图2视场下各Si含量轧辊的石墨分布情况1.2.2渗碳体含量分析针对侵蚀后的金相组织，从金相图片中轧辊的渗碳体含量来统计分析；最终通过实验得到如图3所示金相图片，并得出表3所示Si含量轧辊渗碳体含量：表3各辊号轧辊渗碳体含量%Si含量1.1-1.30.9-1.10.7-0.9渗碳体含量252830a、Si含量1.1-1.3%渗碳体分布（100×）b、Si含量0.9-1.1%渗碳体分布（100×）c、Si含量0.7-0.9%渗碳体分布（100×）图3视场下各个轧辊的渗碳体分布情况1.2.3对应的性能指标情况通过制作含Si量不同的三种轧辊，其石墨、渗碳体含量及性能指标对应情况如表4所示：表4三种轧辊性能汇总表Si含量/%1.1-1.30.9-1.10.7-0.9石墨含量/%5.223.41.7渗碳体含量/%252830硬度分布情况/HSD62/63/64/66/6579/79/80/80/7983/85/85/84/83表面硬度均匀性情况/HSD412通过上表数据，结合表1的组织性能情况可以得出，石墨含量与渗碳体含量呈反比关系；石墨的析出增加了基体组织的含量（如贝氏体、马氏体等），但是降低了渗碳体的析出；石墨含量在3.4%、渗碳体含量在28%时，硬度分布处于稳定的莱氏体区域，表面硬度最为均匀；因此，认为ICDP轧辊制作过程中，得到良好性能指标的组织含量为石墨3%、渗碳体含量28%。2、耐磨粒子分析目前改进型ICDP轧辊是建立在普通型ICDP轧辊添加V、Nb形成耐磨粒子增强性能来实现的，同时通过实验了解，V元素如果单独添加高于0.6%时，轧辊容易出现隐性裂纹（如图4所示），该裂纹为穿晶裂纹，外观能够隐约看见，但通过超声波、着色均不能检测出来，只能通过金相才能发现。因此，实验过程中成分设定通过表5所示内容进行：a、轧辊隐性裂纹外观b、轧辊隐性裂纹金相照片侵蚀后×100图4隐性裂纹外观和金相表5不同V、Nb成分设计的改进型ICDP轧辊试样编号VNb1#0.4-0.62#0.4-0.60.4-0.63#0.4-0.60.7-0.9轧辊冶炼过程中添加了如Nb、V等渗碳体形成的合金元素，合金渗碳体不损失其原来的机械性能及物理性能，即不破坏原来基体合金中渗碳体／石墨的平衡或不改变基体成分，采用特殊装料和熔炼及铸造工艺，耐磨粒子在轧辊基体中均匀分布，从而提高轧辊耐磨性。加强型轧辊之所以耐磨性增强，是因为耐磨渗碳体的硬度高。以下则通过金相来分析耐磨例子的分布情况，并通过扫描电镜分析合金渗碳体的成分：ImageName: 1(1)ImageName: 1(1)ImageResolution: 512by512ImagePixelSize: 0.67µmAcc.Voltage: 20.0kVMagnification: 400图5轧辊内耐磨粒子电镜图片及能谱分析金相分析和扫描电镜分析具体情况见表6：表6不同试样耐磨例子分布情况试样编号VNb耐磨例子含量（视场占比）耐磨粒子直径分布情况1#0.4-0.6含量极少2#0.4-0.60.4-0.62%4μm弥散均匀分布3#0.4-0.60.7-0.92.1%15μm大块聚集分布通过上表可以看出耐磨粒子主要是有Nb元素形成，主要成分为NbC，V元素基本未形成耐磨粒子，主要起到细化晶粒作用；当Nb、V含量相近时，耐磨粒子形成细小、弥散分布状态，有利于轧辊的性能均匀提高；同时，仅是Nb含量提升，无法提升耐磨粒子的总体含量。3、结论（1）改进型ICDP轧辊当通过成分、工艺调整，保证组织当中石墨含量3%、渗碳体含量28%左右时，组织能够形成稳定的莱氏体结构；此时轧辊性能稳定，硬度、硬度均匀度均能够达到较高指标。（2）改进型ICDP轧辊中为得到良好的耐磨粒子，需V、Nb同时加入；其原因在于V元素虽然不能性能耐磨粒子，但为细化晶粒元素，能够保证Nb生产的耐磨粒子形成细化、弥散分布状态。（3）为保证形成细化、弥散分布的耐磨粒子，V、N