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传统热轧辊材料的选用及热处理工艺

更新时间:2016-11-23 08:31 来源:神工机械 点击数:
热轧辊常工作在700℃~800℃的高温环境,与灼热的钢坯相接触,需要承受强大的轧制力,同时表面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劳作用。这就要求热轧辊材料必须具有高的淬透性、低的热膨胀系数、高的热传导能力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辊和无限冷硬铸铁轧辊,除普通冷硬铸铁外,还有低镍铬钼、中镍铬钼、高镍铬钼铸铁材料,高档次的冷硬铸铁材料为高镍铬钼冷硬铸铁。这类材质轧辊的缺点是硬度低,耐磨性不好。后来采用了球墨复合铸铁轧辊,相对而言,使用寿命提高了几倍,至今仍然在使用。国外则一般采用半钢和高硬度特殊半钢材质,对克服表面粗糙和抗磨损都很有效。
为了提高热轧辊的表面耐磨性,热轧辊的材料不断地得到改进,其基本的发展过程是从冷硬铸铁到高铬铸铁到半高速钢和高速钢。
  高铬铸铁轧辊的化学成分为:2.0%~4.0%C,10%~30%Cr,0.15%~1.6%nI,0.3%~2.9%Mo。其本质是一种高耐磨性的高合金白口铁,铬含量一般在10%~15%,其碳化物主要是M7C3型,与白口铸铁的连续的M8C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。实际的轧制生产表明,高铬铸铁轧辊有较好的抗热裂性能,原因是轧辊表面生成一层致密且有韧性的铬的氧化膜,能减少热裂纹的数量和深度。因此,高铬铸铁辊在20世纪80年代被非常广泛用于精轧前架。目前,高铬铸铁复合轧辊已广泛用作热轧带 (钢)连轧机,粗轧和精轧前段工作辊、宽中厚板;粗轧和精轧工作辊及小型型钢和棒材轧机精轧辊等。
  高铬铸铁轧辊的热处理有两种形式,一是低于临界转变温度的亚临界热处理,另一种是高于临界点A3的高温热处理。高铬轧辊表面材料的珠光体基体,希翼具有极细的片间距,并在基体上有大量弥散分布的二次碳化物,要求有尽量低的残余奥氏体和残余应力,所以一般选用后一种形式的热处理,具体为正火加回火。
  高速钢作为热轧辊材料的应用在1988年始于日本,20世纪90年代初期美国和欧洲也进行了研制,我国在20世纪90年代后期开始研制和使用高速钢轧辊。一般高速钢的成分为1%~2%C,0%~5%Co,0%~5%Nb,3%~10%Cr,2%~7%Mo,2%~7%V,1%~5%W。因为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%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80~85HS,具有较好的耐磨性和抗热裂性,轧辊表面没有出现热裂纹,一般没有剥落现象。
  近年来国外在热轧薄板粗轧机架采用半高速钢轧辊也获成功,其耐磨性是高铬钢轧辊的2倍,且咬入性能和抗热疲劳性能好,因而成为热轧薄板粗轧机架和线棒材中轧机架轧辊的理想选择,半高速钢的化学成分范围为: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。
  高速钢热轧辊的热处理方式一般采用淬火加回火,在加热到高温时,钢中的二次碳化物充分溶解,一次共晶碳化物部分溶解。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,为了防止基体中出现块状粗大的碳化物,应尽量降低淬火温度,一般确定最佳淬火温度为1050℃~1150℃,同时回火温度为550℃~600℃。
  为了保证基体中含有大量弥散分布的球状MC型碳化物,应增加V含量,但V不宜过高,因为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氏体,从而降低了断裂韧性,同时还会降低轧辊的表面粗糙度。
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