轧辊的材料及热处理.pdfVIP

轧辊的寿命主要取决于轧辊的内在性能和工作受力，内在性能包括强度和硬 度等方面。要使轧辊具有足够的强度，主要从轧辊材料方面来考虑；硬度通常是 指轧辊工作表面的硬度，它决定轧辊的耐磨性，在一定程度上也决定轧辊的使用 寿命，通过合理的材料选用和热处理方式可以满足轧辊的硬度要求。 轧辊按工作状态可分为热轧辊和冷轧辊，按所起的作用可分为工作辊、中间 辊、支承辊，按材质可分为锻辊和铸辊（冷硬铸铁）。通常轧辊的服役条件极其 苛刻，工作过程中承受高的交变应力、弯曲应力、接触应力、剪切应力和摩擦力。 容易产生磨损和剥落等多种失效形式。不同的用途、不同类型的轧辊处在各自特 定的工况条件，其大致的性能要求如下： 冷轧辊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，容易导致瞬间高温，使工作辊受到强烈热冲击造成裂纹、粘辊甚至剥落 而报废。因此，冷轧辊要有抵抗因弯曲、扭转、剪切应力引起的开裂和剥落的能 力，同时也要有高的耐磨性、接触疲劳强度、断裂韧性和热冲击强度等。 国内外冷轧工作辊一般使用的材质有GCr5、9Cr2、9Cr、9CrV、9Cr2W 、9Cr2Mo、 60CrMoV、80CrNi3W、8CrMoV、86CrMoV7、Mo3A 等。20 世纪 50～60 年代， 这一时期的轧件多为碳素结构钢，强度和硬度不高，所以轧辊一般采用 1.5%～ 2%Cr 锻钢。此类钢的最终热处理通常采用淬火加低温回火，常见的淬火方式有 感应表面淬火和整体加热淬火。其主要任务是考虑如何提高轧辊的耐磨性能、抗 剥落性能，并提高淬硬层深度，尽量保证轧辊表面组织均匀，改善轧辊表层金属 组织的稳定性。 从20 世纪70 年代开始，随着轧件合金化程度的提高，高强度低合金结构钢 （HSLA）的广泛应用，轧件的强度和硬度也随之增加，对轧辊材料的强度和硬度 也提出了更高的要求，国际上普遍开始采用铬含量约 2%的Cr-Mo 型或Cr-Mo-V 型钢工作辊，如我国一直使用的 9Cr2Mo、9Cr2MoV 和 86CrMoV7 、俄罗斯的 9X2MΦ、西德的86CrMoV7、日本的 MC2 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12～15mm(半径)，仅能满足一般要求， 而且使用中剥落和裂纹倾向严重，轧制寿命低。通过改进热处理方式，即进行重 淬1～2 次，提高了该类轧辊的淬硬层，但每次重淬不仅需要一定的热处理费用， 而且会使轧辊直径都要损失5mm 左右，同时轧辊在经过多次热处理后容易变形， 难以满足高精度轧辊的形位公差要求。因此，研制深淬硬层冷轧辊不仅可以大幅 度地降低冷轧辊的消耗，减少轧辊在使用过程中的重新淬火次数，延长轧辊寿命， 具有重大的经济效益。为了减少重淬消耗，提高轧辊的淬硬层深度、接触疲劳强 度、韧性，延长其使用寿命， 从20 世纪70 年代后期到80 年代中期，国内外开始研究使用铬含量在3%～ 5% 的深淬硬层冷轧工作辊钢。3%铬冷轧辊不需重淬，且有效淬硬层深度可达到 25～30mm，5%Cr 冷轧辊有效淬硬层深度则达到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 9Cr3MoV 钢，国外一些制造厂也先后 开发推广了深淬硬层冷轧辊，如美国的3.25%Cr 钢和5%Cr 钢，日本的KantocRP53 、 FH13 、MnMC3 和MC5 等。这些钢都采用高碳高合金材料，具有良好的硬度和 耐磨性，但轧辊淬硬表面脆性大，接触疲劳寿命低，质量不稳定。 为提高淬硬层深及接触疲劳寿命，降低淬硬层脆性及过热敏感性，同时也为 满足轧件对冷轧工作辊力学性能和使用性能的进一步要求，自20 世纪80 年代中、 后期，国外轧辊生产厂对5%Cr 冷轧辊钢进行了化学成分的优化工作，主要是在 5%Cr 钢中增加钼、钒的含量或加入钛、镍等元素。添加 0.1%左右钛的 5%Cr 钢 轧辊中，钛以碳氮化合物(TiCN)形式在基体中微细析出，经过摩擦损耗后TiCN 脱 落，在轧辊表面形成划痕，使适度的粗度再生。在镀锡板轧机的实际操作中，有 效利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， 对轧辊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 可能强烈的冷却，这样就可以得到较深的淬硬层。此时，轧辊的淬硬层组织除隐 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。轧辊的 表面硬度(包括残余压应力的影响)约为 HS(D)95～99 。最后，用低温回火将轧辊