高速钢轧辊的耐磨性研究
————金属材料研究专题结课论文
学院：材料科学与工程学院
班级：10级焊接一班
姓名：王玉玮
学号：100102030018
高速钢轧辊的耐磨性研究
摘要：高速钢轧辊由于其高耐磨性、高硬度和耐氧化性能，在热轧机上表现突出。轧辊在轧制过程中循环受热造成表面氧化，从而显著的改变工作辊与热轧材料之间的接触和摩擦方式。本文中使用高温显微镜观察研究高速钢轧辊材料表面氧化膜的形成和分布。通过表面观测表明，高速钢材料的氧化膜最初在碳化物和基体的晶界处生长，并迅速的覆盖在碳化物表面，随后持续生长至覆盖整个材料的表面。高速钢材料这种特殊的氧化特性对于轧辊表面形态有特别重要的意义。在氧化气氛下，水蒸气同时增加基体和碳化物的氧化速率。通过小型两辊轧机和Gleeble 3500热-力学模拟试验机来研究静态热轧条件下高速钢轧辊与低碳钢试样之间的摩擦行为。试验结果表明，表面光洁和氧化后的轧辊表面具有完全不同的摩擦行为，不管是在不同的压下量还是温度条件下，有氧化膜的轧辊的摩擦力总是比光洁的轧辊要高。工作辊的表面状况对于粗糙度有决定性的影响。
关键词：高速钢表面氧化摩擦性能热轧制
1、绪论
高速钢轧辊由于具有优秀的耐磨性、高的硬度和耐氧化性，无论在热轧机的粗轧或是精轧阶段，都比传统高铬钢轧辊以及无限冷硬铸铁轧辊表现出优势。在热轧过程中与钢坯的瞬时接触，使轧辊表面被加热到接近650℃，随后又冷却至500℃左右。这种循环受热导致辊面氧化膜的产生，显著的改变工作辊和轧制材料之间的摩擦性能。人们在研究轧辊表面氧化膜的摩擦学性能方面做过很多实验和数据研究，这些研究显示，氧化膜的物理性质和机械性能决定了辊面质量，并可能导致轧制材料的表面缺陷。在轧制过程中，接触小于30次/分
钟时，氧化膜会在高温、机械疲劳和压力的作用下剥落。因此研究高速钢轧辊材料使用初期的氧化行为显得十分必要。轧辊的磨损失效方式有四种：表面磨损、机械疲劳、热疲劳、化学腐蚀。轧制材料的氧化膜对轧辊造成磨损则是轧辊损耗的一个主要形式。工作辊和轧材的摩擦学行为则是热轧过程的关键所在。
在本文中，通过CCD相机借助高温金像显微镜，实现在650℃高温、干燥或12.5%的湿度下，观察高速钢轧辊氧化膜的形成和扩展。这是首次通过小型两辊轧机和Gleeble 3500热-力学模拟试验机来研究慢速热轧条件下工作辊与热轧材料之间的摩擦行为。试验后，使用SEM、XRD、AFM、外表形貌测量仪等设备对试样氧化膜的微观结构、组织、粗糙度进行分析。
2、试验
2.1 选材
试验中高速钢成分（质量分数）测定如下：C l.96%, Cr 4. 85%,Mo 4.47% ,W 3.4 % , V 4. 00 % , Mn l. 26%，其余为Fe。其中有三种碳化物共占13%的体积分数：薄片状MC型碳化物，约占9%；其余为棒状的Mo系M2C型和网状的铬系M7C3型，共占4%。
2.2 氧化原理研究
一般研究氧化物的形成使用热重分析法和Gleeble热-力学模拟，并不能直接观察到氧化过程的所有参数。但是，通过以上装置，可以观测到试样的高温金像，同时记录出温度变化，对应出试样氧化期在力学性能表现出的变化。加热时，将试样（2.7x2.7x2m3）放置在坩埚
上，光洁的表面向上，坩埚悬浮在一个镀金的椭圆形红外加热装置中，如图1所示。
图1 氧化观测装置的图示
氧化性的气体通过软管到达试样表面。将工业压缩空气通过50℃的恒温蒸馏水，获得12.5%的湿度，以此用来提供氧化气氛。
试验过程中，在高纯氩气保护氛围下，将试样加热至650℃恒温5分钟，使试样受热均匀。然后关闭氩气，通入氧化气氛，持续30分钟，同时确保试样温度保持在650℃。氧化过程完成后，通入气氛改为高纯氩气，防止试样进一步氧化，同时使试样在1.7℃/s的速度下冷却至室温。
2.3 摩擦性能测试
在研究滚动摩擦和疲劳测试时，忽略了热轧钢材的塑性形变。为了研究热轧工作辊在静态热轧制条件下的摩擦力学行为，我们将一个小型两辊高速轧机通过改装，连接在Gleeble 3500热-力学模拟试验机上，如图2所示。
图2 小型两辊高速轧机示意图
通过两个安装在上辊轴承上的压力计可以检测出轧制力。通过调节两辊之间的间距，来获得所需的轧制下压量。试样使用热-力学模拟器的夹具夹住，在热轧模拟试验之前通过电流加热至所需温度。数字控制系统模拟轧制参数，驱动模拟器部件模拟轧制。考虑到Gleeble 模拟器的空间限制，轧制距离设置为25mm。试验中使用的轧材为低碳钢。
为了模拟光洁/氧化后的辊面，我们研究了高速钢轧辊的两种不同的表面形态。一个种是光洁的金属表面，粗糙度约0.2 ~0. 3μm（Ra）；一种是氧化后的辊面，在干燥的工业空气气氛，700℃温度条件下，氧化80分钟后形成，粗糙度约1.2μm，氧化膜厚度约7μm。试样在氩气保护氛围下加热到700和850℃后开始轧制，轧制速度15mm/s，下压量为16%、25%、33%。
3、试验结果及分析
3.1 氧化试验
图3是高速钢试样在650℃干燥空气氛围下氧化时，表面氧化膜最初形成和连续生长。图3（a）展示的是通入干空气前的高速钢试样洁净表面，可以明显的看到碳化物分布在马氏体上。通过高温金像装置中的CCD相机，只有MC型V系碳化物可以被清晰的看到，因为它体积较大，分布较广。从图3（b）中可以明显看出，通入干空气后，碳化物和基体的颜色立即产生差别。这说明在氧化气氛通入后，氧化最初发生在碳化物和基体的晶界处。5秒后，氧化膜迅速扩展到碳化物表面，并具有向基体蔓延的趋势，如图3（c）所示。图3（d）和图3（e）是氧化发生至15秒和30秒后的情况，氧化膜持续生长，蔓延至覆盖基体。氧化膜在晶界处形成至覆盖整个表面约用时50秒，如图3（f）。随后，氧化膜随着氧化的时间延长，不断增厚。当氧化气氛湿度变为12.5%时，状况与干空气类似，但是氧化膜的生长更加迅速。
图4 高速钢试样在650℃氧化30分钟后的表面形态。（a）干燥空气（b）12.5%湿空气。
图4是在干空气和12.5%湿空气中氧化后的表面形态。氧化表面是有差异的，表明高速钢组织中耐氧化性的不同。MC型V系碳化物
氧化后突出于表面，呈六边形颗粒状，如图4（a）。碳化物区域氧化较严重，且覆盖有较厚的氧化膜，而基体由于较好的耐氧化性，氧化程度较轻，导致试样表面氧化程度不一致。观测表明，MC型V系碳化物氧化速率叫基体要快，与先前的研究结果一致。与干空气相比，在潮湿氛围下（12.5%湿空气）这种氧化的差异性更大。氧化气氛中的水分同时增加碳化物和基体的氧化速率。在650℃，氧化膜在湿空气下较在干空气下表现出较多的孔隙，而且其中MC型V系碳化物体积较大也较为狭长，氧化更严重，如图4（b）。
聚焦离子束成像表明，高速钢试样在650℃氧化30分钟，氧化膜厚度只有l ~2μm。而X射线衍射表明，氧化膜的主要成分是Fe203和Fe304。有意思的是，试样表面的平均粗糙度从干空气的335.37 nm 降低至湿空气下的249.9 nm。水分同时增加基体和碳化物的氧化速率，减少了两者之间的氧化差异，使30分钟后，氧化膜倾向一致。
3.2 摩擦测试
摩擦行为一般认为是热轧过程中的关键项次。图5（a）表明的是光洁或者氧化后的辊面条件下，轧制力随轧制温度变化的曲线。氧化过的辊面轧制力要比光洁表面大。表面粗糙度高（氧化后l.50 μm/光洁0.2 ~0. 3 μm）使摩擦系数增大，导致轧制力较大。
图5（b）表示的是试样表面粗糙度的变化与模拟轧制过程中轧制力之间的关系。试样的初始粗糙度大约在l. 8 ~ 2.0 μm。需要注意的是，虽然模拟装置中充满氩气，轧材试样表面仍然随着加热而氧化。在辊面光洁的情况下，任何下压量，无论在700℃还是800℃，轧材
表面形成的氧化膜被压平并残留在轧材表面。如图5（b）所示，轧材表面粗糙度随着下压量增加，明显减小。在下压量较低（6% ~8%）时，轧材表面粗糙度较低，与高温条件下类似；下压量较高（16% ~18%）时，轧材轧制后的表面粗糙度与辊面粗糙度接近（光洁辊面轧制后粗糙度约为0. 2 ~ 0. 3 μm）。
在辊面氧化时，温度为700℃，下压量大于12%，或者温度为850℃，任意下压量，氧化膜开始剥落，轧制后露出新鲜的金属表面。700℃，下压量较小（10%）时，轧材被氧化后的轧辊轧制变形后，氧化膜被压平并残留在表面。而被光洁的轧辊轧制后与此类似，如图6所示。残留的氧化膜使材料表面平整，并改变轧辊与轧材之间的接触。这就是为什么图5（b）中轧材下压量为10%时，表面粗糙度在700℃轧制条件下，会比在850℃轧制条件下要小。下压量大于12%时，在700℃或是850℃下轧制后，轧材轧表面粗糙度都会与轧辊表面比较接近。可以判定，轧辊表面粗糙度对轧材的粗糙度有决定性的作用。
4、结论
在本文中，通过高温显微镜和CCD相机，研究了650℃温度下，干燥或者湿度为12.5%的大气氛围下，高速钢轧辊材料氧化膜的形成和生长，随后用SEM、XRD、EBSD等仪器进行检测。观测表明，氧化膜最初形成在高速钢材料的碳化物及基体的晶界处，然后迅速生长覆盖碳化物乃至整个材料表面。高速钢材料表面氧化的差别对于辊面形态有重要影响。湿空气同时增加碳化物和基体的氧化速率，650℃下，高速钢在湿空气中氧化更为严重，但是氧化后的表面形态较干空气中平整。
这是首次通过小型两辊轧机和Gleeble 3500热-力学模拟试验机来研究慢速热轧条件下工作辊与热轧材料之间的摩擦行为。研究的是两种不同的辊面，光洁或氧化。结果表明，两种不同的辊面状况导致完全不同的摩擦行为。在不同温度和不同下压量下，氧化辊面的轧制力总比光洁表面大。轧材与轧辊，轧辊与轧辊之间的表面形貌不同，轧材的表面粗糙度在经过轧制后，与辊面接近。所以工作辊的表面对于粗糙度起决定性的作用。
高速钢轧辊的耐磨性研究 ————金属材料研究专题结课论文 学院：材料科学与工程学院 班级：10级焊接一班 姓名：王玉玮 学号：100102030018
高速钢轧辊的耐磨性研究 摘要：高速钢轧辊由于其高耐磨性、高硬度和耐氧化性能，在热轧机上表现突出。轧辊在轧制过程中循环受热造成表面氧化，从而显著的改变工作辊与热轧材料之间的接触和摩擦方式。本文中使用高温显微镜观察研究高速钢轧辊材料表面氧化膜的形成和分布。通过表面观测表明，高速钢材料的氧化膜最初在碳化物和基体的晶界处生长，并迅速的覆盖在碳化物表面，随后持续生长至覆盖整个材料的表面。高速钢材料这种特殊的氧化特性对于轧辊表面形态有特别重要的意义。在氧化气氛下，水蒸气同时增加基体和碳化物的氧化速率。通过小型两辊轧机和Gleeble 3500热-力学模拟试验机来研究静态热轧条件下高速钢轧辊与低碳钢试样之间的摩擦行为。试验结果表明，表面光洁和氧化后的轧辊表面具有完全不同的摩擦行为，不管是在不同的压下量还是温度条件下，有氧化膜的轧辊的摩擦力总是比光洁的轧辊要高。工作辊的表面状况对于粗糙度有决定性的影响。 关键词：高速钢表面氧化摩擦性能热轧制 1、绪论 高速钢轧辊由于具有优秀的耐磨性、高的硬度和耐氧化性，无论在热轧机的粗轧或是精轧阶段，都比传统高铬钢轧辊以及无限冷硬铸铁轧辊表现出优势。在热轧过程中与钢坯的瞬时接触，使轧辊表面被加热到接近650℃，随后又冷却至500℃左右。这种循环受热导致辊面氧化膜的产生，显著的改变工作辊和轧制材料之间的摩擦性能。人们在研究轧辊表面氧化膜的摩擦学性能方面做过很多实验和数据研究，这些研究显示，氧化膜的物理性质和机械性能决定了辊面质量，并可能导致轧制材料的表面缺陷。在轧制过程中，接触小于30次/分
101合金冷硬铸铁轧辊 合金冷硬铸铁轧辊（辊环）是利用铁水自身的过冷度和模具表面激冷，同时添加Ni、Cr、Mo合金元素的办法制造的一种铸铁轧辊，辊身工作层基体组织内基本上没有游离态石墨，因而其硬度高，具有优良的耐磨损性能。 此类材质可用静态复合浇注工艺生产大型规格轧辊，使辊身具有高的硬度而辊颈具有高的强韧性，表现出良好的热稳定性和抗事故性。 102 合金无界冷硬铸铁轧辊 合金无界冷硬铸铁轧辊（辊环），以其工作层中有细小的石墨析出物为特征而区别于冷硬铸铁轧辊。石墨均匀分散在整个辊身截面，其数量和尺寸随深度而增加。本公司提供的合金无界冷硬铸铁轧辊，由于添加了锰、铬、镍、钼等合金元素，加上少量细小石墨的存在，不仅提高了轧辊的抗剥落性、抗热裂性和抗磨损等性能，而且辊身工作层具有较小的硬度落差。表面的微细石墨孔隙还能改善轧辊的咬入能力。
103合金球铁轧辊 合金球墨铸铁轧辊（辊环），以基体组织中的石墨呈球状为特征，通过调整镍、铬、钼合金元素和特定的热处理制度，可以制成普通球墨铸铁、大型合金球墨铸铁、珠光体球墨铸铁和针状球墨铸铁不同系列的轧辊（辊环）。这些产品具有良好的强度、高温性能和抗事故性能，工作层硬度落差极小。 化学成分(%)
SGAC型钢连轧机中轧、精轧机架，无缝钢管轧机轧辊及辊环，棒、线材， 螺纹钢轧机中轧、预精轧、精轧机架轧辊及辊环 承制范围 类别辊身直径（mm）辊身长度（mm） 轧辊适用于各种规格轧辊的制造 辊环Φ190-1500900(max.) 104 高镍铬无界冷硬铸铁轧辊 高镍铬无界冷硬复合铸铁轧辊是采用离心或全冲洗方法制造的高性能轧辊，通过提高镍、铬、钼等合金元素的含量，获得高的组织、碳化物显微硬度；配合特殊热处理得到组织均匀、致密及硬度落差小的工作层；同时含有少量游离石墨，从而具有良好的耐磨损性、抗热裂、抗剥落及抗压痕性能。 外层厚度可适应需要而调整，芯部采用韧性灰口铸铁或高强度球墨铸铁，使芯部及辊颈具有满意的强韧性。使用中充分水冷是必要的。 化学成分(%) 代号C Si Mn Cr Ni Mo HNiCr-1 代号硬度 HS 抗拉强度 MPa 抗弯强度 HS 冲击韧性 ×104J/m2 弹性模量 kMPa HNiCr-170-85350-450450-6503-7150-190 HNiCr-260-75350-450450-6502-6150-190灰芯35-50﹥1903503-7110-150球芯35-50﹥3505504-7160-190硬度分布曲线示例： 距表面距离（m m） 用途： 热带连轧精轧后段工作辊 宽、中厚板轧机粗轧、精轧机架工作辊 热带（板）四辊平整机工作辊、支撑辊，横切平整辊 炉卷轧机工作辊高速线材轧机预精轧辊环有色金属板材轧机工作辊
轧辊分类 1.合金铸钢轧辊Alloy Cast Steel Roll 合金铸钢轧辊是采用电弧炉冶炼优质钢水，采用先进的铸造、热处理工艺技术制造，具有很高的强度、优良的抗热裂性、韧性、耐磨性、适用于型钢粗、中轧机，热轧带钢粗轧机架用辊及热轧带钢支承辊。辊身金相组织为珠光体或回火索氏体。 2.半钢轧辊Adamite Rolls 半钢轧辊是性能介于钢辊和铁辊之间的一种轧辊材质，含有镍、铬、钼等合金元素，其基体组织中含有一定量的碳化物，采用特殊的热处理工艺，有高的耐磨性、强的韧性和好的热抗性，最大的特点是在工作层中几乎没有硬度降落。适合带钢热连轧机粗轧、精轧前段；棒线轧机粗轧、中轧、预精轧机架；万能轧机、悬臂轧机辊环、辊套。 3.石墨钢轧辊Graphite Steel Rolls 石墨钢轧辊的性能与半钢轧辊类似，其最大特征是组织中有少量细小石磨存在。它可以提高轧辊的热轧辊的抗热裂性能和抗氧化铁皮黏附性能，主要适用于粗轧或初轧机架。 4.高速钢轧辊High Speed Steel Rolls 高速钢轧辊在高温下具有很高的硬度和耐磨性。它是用离心方法生产的，芯部材质为球墨铸铁。通过成分和热处理工艺控制，工作层硬度可达80-85HSC，马氏体基体上分布有钒、钨、铌、钼复合碳化物，保证了工作层硬度均一，孔型磨损均匀。这种辊用于精轧机架，增加作业时间，改善轧材表面质量。 5.GNV轧辊GNV Rolls 粗轧机架用轧辊需要一些特性相互结合，其中某些特性会相互抵消对方的作用，这些特性包括耐磨性、耐热裂性、耐冲击性、热硬度和热强度等。过多的网状碳化物能提高耐磨性、耐冲击性，但它严重降低了断裂韧性，这在粗轧情况下，会促使热裂纹形成发展。要减小过多碳化物的影响，又能保持耐磨性，就要加入镍、钼等合金元素，使基体形态为贝氏体/马氏体（针状），比通常的珠光体基体更耐磨。钼元素还有助于提高轧辊高温硬度。 GNV轧辊就是采用高合金材质加上特殊热处理制造出来的，基体组织中碳化物的含量小于5%，满足粗轧机架要求。 6.合金无限冷硬铸铁轧辊Alloy Indefinite Chilled Cast Iron Rolls 合金无限冷硬轧辊，其工作层中有细小晶间石墨。石墨和碳化物的大小、形状、分布可通过激冷作用和合金含量来控制。由于添加了锰、铬、镍、钼等合金元素，基体组织可以从珠光体、贝氏体变为马氏体。加上有少量细小石墨存在，不仅提高了轧辊抗剥落性、抗热裂性和耐磨性能，而且辊身工作层硬度落差很小。适用于棒、线材、型钢轧机中轧、精轧机架。 7.合金冷硬铸铁轧辊Alloy Chilled Cast Iron Rolls 合金冷硬铸铁轧辊辊身工作层基体组织内基本上没有游离石墨，其硬度高，具有优良的耐磨性能。用于小型棒、线材轧机及窄带钢精轧机架。金相组织是细珠光体和碳化物。 8.珠光体球墨铸铁轧辊（离心）Pearlitic Nodular Cast Iron Rolls(Centrifugal) 球墨铸铁中加入镍、铬、钼合金元素，经过特殊热处理得到珠光体球铁轧辊。珠光体球墨铸铁轧辊具有良好的强度、高温性能和抗事故性能，工作层硬度落差小。 9.针状贝氏体球墨铸铁轧辊（离心）Spiculate Bainitic Nodular Cast Iron Rolls(Centrifugal) 针状贝氏体球铁轧辊加入镍、锰、铬、钼等合金元素，它是具有针状组织（贝氏体+少量马氏体）基体，比珠光体球铁轧辊强度更高，韧性更好，耐磨性也明显提高。可采用静态铸造可离心铸造生产。 10.合金球墨铸铁轧辊（离心）Alloy Nodular Cast Iron Rolls(Centrifugal) 这种轧辊的特征是石墨呈球状，它的性质与合金无限冷硬轧辊相似，其强度高与无限冷硬辊。一般采用静态或动态的铸造。
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，
高速钢轧辊的特征及使用技术要求 目前人们所称的高速钢轧辊均为高碳高速钢复合轧辊，即轧辊的工作层材料采用高碳高速钢，轧辊的芯部材料采用球墨铸铁、石墨钢或锻钢等，两种不同的材料通过离心铸造或者是采用CPC工艺复合而成，与传统的M2、M4等标准类型钨钼高速钢有着本质上的区别。在正常的轧制条件下，高速钢轧辊的使用寿命是合金铸铁轧辊3倍以上。 一、高速钢轧辊的特点 1、高速钢轧辊含碳量较高，而且含有较高的钒、铬、钨、钼、铌等合金元素，因此，轧辊组织中碳化物的类型以MC型和M2C型为主，碳化物硬度高、耐磨性好。 2、高速钢轧辊具有较好的热稳定性，在轧制温度下，辊面具有较高的硬度和良好的耐磨性。 3、高速钢轧辊具有良好的淬透性，从辊身表面到工作层内部的硬度几乎不降，从而确保轧辊从外到内具有同等良好的耐磨性。 4、轧辊使用过程中，在良好的冷却条件下，辊身表面形成薄而致密的氧化膜，这种均匀、薄而致密的氧化膜长时间存在而不脱落，使得高速钢轧辊耐磨性得到显著提高。 5、高速钢轧辊在轧制时辊面氧化膜的形成，降低了轧材与辊面间的磨擦，因此在轧制过程中易引起打滑现象，使轧机调整难度增加。 6、高速钢材料膨胀系数大，导热性能好，在轧制时易引起辊形变化，影响轧材精度。因此，高速钢轧辊在板带材轧机上使用时，不仅要改变冷却系统的设计，而且还要重新改变辊形的设计。
7、由于高速钢轧辊芯部采用合金球墨铸铁、石墨钢或者是锻钢等材料制成，因此轧辊辊颈强度高。 8、由于高速钢材料耐磨性好、抗事故能力差，因此高速钢轧辊使用效果的好坏不仅取决于高速钢轧辊本身的质量，而且更重要取决于轧辊的使用条件和轧辊的维护保养。 二、高速钢轧辊的加工 轧辊的硬度提高后，轧辊的加工难度相应就增加，对用于线、棒材轧机高速钢轧辊的孔型加工，特别是轧制螺纹钢轧辊在重复使用时的切削加工，由于是断续切削，其加工难度更大，因此选用合理的加工刀具和切削用量是决定高速钢轧辊能否在线棒材轧机上正常使用的先决条件。 在加工刀具选用上，如果有条件可采用进口的立方氮化硼（CBN）或进口的硬质合金K01系列，如瑞典山特维克的HIP等牌号。如果是国产刀具，可选用YD500或YD05或YG6A等硬质合金刀具，对于轧制螺纹钢轧辊重复使用时的车削必须采用硬质合金刀具。 高速钢轧辊的切削用量，如果是平辊外圆加工，车削速度选用10m/min左右，进刀深度选用1-3mm，进给量选用0.2-0.5mm/r；如果是孔型加工或螺纹孔重复车削，车削速度选用5m/min左右，进刀深度选用0.1-0.2mm比较理想。 对于螺纹钢的轧制，轧槽上需铣肋筋，铣床可采用飞刀铣床，铣刀可采用YD500或YD05或YTI等硬质合金铣刀。 总之，对于高速钢轧辊无论是孔型的车削加工，还是螺纹槽的铣削加
轧钢厂高速钢轧辊学习资料 一、高速钢轧辊特点： 1、高速钢轧辊组织中的碳化物形态好、硬度高，因而耐磨性好； 2、高速钢轧辊具有较好的热稳定性和红硬性，在轧制温度下具有较高的硬度和耐磨性； 3、高速钢轧辊具有良好的淬透性和淬硬性，从辊身表面到工作层内部硬度几乎不降； 4、高速钢轧辊在使用过程中，辊面能够形成氧化膜，使得轧辊耐磨性得到显著提高； 5、高速钢的膨胀系数大，导热性能好，孔型尺寸一致性保持时间长，有利于负偏差轧制； 6、高速钢材料抗事故能力差，轧辊使用效果取决于本身质量、使用条件、维护与保养。 二、在轧制过程中，对轧辊进行冷却有3个目的： 1、防止轧辊过热最终导致剥落； 2、防止辊面温度过高，致使辊面组织发生变化，影响轧辊耐磨性和轧材表面质量； 3、延长热疲劳裂纹形成的时间和阻止热疲劳裂纹扩散。 三、高速钢轧辊的冷却条件与要求： 冷却水量、水压及喷射角度决定了轧辊的冷却效果。 1、采用环形水管冷却，喷嘴能保证向轧槽喷射出持续、充足的水流； 2、喷嘴为扁形，确保整个轧槽被冷却水覆盖，喷射角度为20°~30°，应避免喷嘴向轧辊表 面垂直喷水； 3、喷水方向与轧辊旋转方向相反，冷却水管分布在轧材出口侧，喷水管应该离输出侧轧辊咬 钢处尽可能的近些； 4、水量应该在喷水管中上下分开，建议分配比率为喷水管上部40%，喷水管下部60%； 5、水压控制在0.2~0.5MPa； 6、每组轧槽单辊进水管至少采用2根Φ40mm的水管，以保证充足的冷却水量； 7、定期检测喷水管和喷嘴是否在同一条直线上，是否有堵塞； 8、前架比后架需要更多的水，前面架次轧辊的目标温度在55~80℃之间，成品架次在50~65℃ 之间； 9、冷却水必须全部冲在轧槽内，冷却水要进行沉淀，并尽可能降低固体粒子的含量，水性为 中性偏碱即可，pH值8~9。 四、更换槽孔： 更换槽孔对轧辊和轧机性能以及产品质量的影响是必不可少的。因此，检测槽孔磨损并根据检测记录更换槽孔非常重要。槽孔每隔一段时间就需更换，或者根据轧制量或者根据时间。在轧制过程中，普遍的问题是槽孔“过量轧制”。槽孔过量轧制会产生热裂纹、异常磨损和剥落。 高速钢轧辊换槽后应先给水、后过钢。当喷水管离开槽孔或者没有水的时候，应对高速钢轧辊采取如下措施： （1）停止轧制； （2）移除可能存在于槽孔内的棒材； （3）当轧辊低速转动时，用压缩空气冷却轧辊； （4）当轧辊低速转动时，进一步用水冷却轧辊； （5）换到下一个可用的槽孔，禁止在同一轧制循环内使用同一被损坏的槽孔。 五、高速钢轧辊轧制事故的处理： 1、当出现卡钢或堆钢时，应继续给水冷却，使轧材及轧槽温度冷却下来以后再停水，并将堆积在轧槽内的轧件移开。 2、事故处理后重新生产时如果轧槽温度高于60℃，必须换槽，而且要隔1~2个槽，绝不允
轧辊基础知识 1-什么是轧辊，轧辊的种类有哪些？ 轧辊是使（轧材）金属产生塑性变形的工具，是决定轧机效率和轧材质量的重要消耗部件。轧辊种类按成型方法可分为铸造轧辊和锻造轧辊；按工艺方法分为整体轧辊、冶金复合轧辊和组合轧辊。整体轧辊分为整体铸造和整体锻造轧辊两种。 冶金复合铸造轧辊主要有半冲洗复合铸造、溢流（全冲洗法）复合铸造、离心复合铸造三种，此外还有连续浇铸包覆（CPC－Continuous PouringProcess for Cladding）、喷射沉积法、热等静压（HIP－Hot Isostatically Pressed）、电渣熔焊等特殊复合方法制造的复合轧辊种类。组合轧辊主要是镶套组合轧辊。 2-什么是整体轧辊？ 整体轧辊是相对于复合轧辊而言的，整体轧辊的辊身外层与心部以及辊颈采用单一材质铸造或锻造而成，辊身外层和辊颈不同的组织、性能通过铸造或锻造工艺以及热处理工艺过程来控制和调整。 锻造轧辊和静态铸造的轧辊均属于整体轧辊。 3-轧辊按材质主要分为哪几种类别？ 轧辊按制造材料主要划分为铸钢系列轧辊、铸铁系列轧辊和锻造系列轧辊三大类别。 4-什么是铸造轧辊，铸造轧辊主要有哪些种类？ 铸造轧辊是指将冶炼钢水或熔炼铁水直接浇注成型这一生产方式制造的轧辊种类。铸造轧辊按材质又可分为铸钢轧辊和铸铁轧辊两类；按制造方法又可分为整体铸造轧辊和复合铸造轧辊两类。 5-哪些轧辊适合于整体铸造生产？ 初轧机、钢坯连轧机、大型型钢和轨梁轧机、热轧板带钢轧机破鳞和轧边机、型钢万能轧机的轧边机，还有小型型钢、线棒材轧机的粗轧机架等轧机使用的轧辊，大多采用整体铸造方法生产，这类轧辊使用层较厚，孔型较深。另外，热轧板带轧机的二辊粗轧辊也适合于整体铸造生产。 整体铸造轧辊的工艺方法相对简单，制造成本低。 6-什么是复合铸造轧辊？ 复合铸造轧辊指轧辊辊身外层与心部以及辊颈采用两种或两种以上材质复合铸造而成，辊身外层和辊颈分别通过不同材质的成分设计和热处理工艺获得要求的组织和性能。复合铸造方法有半冲洗复合铸造、离心复合与溢流复合三种，复合铸造轧辊需要特殊的工艺装备，工艺相对复杂，控制难度大，需要较高的制造成本。 7-复合铸造适合于哪些轧辊的生产？ 复合铸造适合于生产那些工作负荷大、轧材质量要求高的轧辊。这类轧辊辊身和辊颈性能要求相差悬殊，辊身表面硬度要求高，辊颈又要求较高的强度和韧性。例如热带连轧机的工作辊、支撑辊；中厚板、宽厚板轧机的工作辊；平整轧机的工作辊和支撑辊；型钢万能轧机的辊环；小型型钢、棒线材轧机的精轧辊及无缝钢管轧机连轧管轧辊和张减径辊环等。 近几年离心复合高铬铸铁小立辊在国内外热带连轧机上得到越来越多的采用，表现出优良的耐
淬火温度和冷却方式对高速钢轧辊的影响 专业：材料科学与工程 1立题的目的和意义 轧辊是轧钢生产中的主要消耗备件之一，消耗约占轧钢生产成本的5％～15％。如果考虑因轧辊消耗而带来的生产停机、降产和设备维护增加等因素，则其所占生产成本的比重会更高。轧辊质量不仅关系到轧钢生产成本和轧机生产效率，还在很大程度上影响轧材质量【1，2】。近年来引起广泛关注的高速钢轧辊是利用高硬度、高红硬性、较好耐磨性和淬透性的高速钢作为轧辊工作层，用韧性满足要求的锻钢、铸钢或铸铁作为轧辊芯部材料，把工作层和芯部以冶金或套装方式结合起来的高性能轧辊。高速钢轧辊具有碳化物硬度高、热稳定性好、使用中易形成氧化膜及淬透性好等特点。为了更好地利用高速钢轧辊材料的优良性能，研究与其相关的制造工艺具有重要的意义。高速钢轧辊的组织和性能与热处理有直接关系，由于轧辊用高速钢材料与传统高速工具钢在成分和工艺条件等方面存在着较大的差异，所以，本文拟研究淬火温度和冷却方式对高速钢轧辊组织和性能的影响，以期获得优化的高速钢轧辊热处理工艺。 2国内外研究概况 生产轧辊的关键在于热处理，尤其是大型轧辊。因为与各种冷、热模具相比，轧辊的工作条件较好，故对性能要求低于模具。但轧辊尺寸远大于模具，大大增加了热处理的难度。轧辊热处理的要点是在保证性能的前提下防止开裂。国内已有不少涉及轧辊热处理及防止热处理开裂的文章【3-7】，但与国外外研究的差距仍然十分巨大。 横满雄三等人【8】研究了具有不同碳含量的多元白口铸铁的连续冷却转变特性，获得了多元自口铸铁的连续冷却转变曲线，可以用于指导高速钢轧辊的热处理。Lee等人【9】研究了回火温度对高速钢轧辊耐磨性和抗表面粗糙性的影响，高速钢轧辊540℃回火尽管具有最好的耐磨性，但抗表面粗糙性差，增加了轧制力，而采用570℃回火抗表面粗糙性好，耐磨性也较好。Kiln等人【10,11】研究了热处理对离心铸造高速钢轧辊力学性能的影响，发现淬火温度的适当增加有利于提高高速钢轧辊的断裂韧性，回火温度增加，有利于提高高速钢轧辊硬度。Pellizzari 等人【12】研究了淬火冷却方式和回火次数对高速钢轧辊使用性能的影响，发现高速钢轧辊经风冷淬火和两次回火，具有良好的使用效果。 为了解决高速钢轧辊高温处理时辊芯强度明显下降的问题，符寒光【13】发明了高速钢复合轧辊热处理方法。首先将轧辊进行退火处理，退火温度：870-890℃，保温时间6--10 h。再在50 H沈50 Hz双频淬火机床上进行感应淬火，轧辊在感应淬火前进行预热处理，预热温度280--350℃，预热保温时间6—10h。淬火加热时，轧辊需要旋转和沿轴向垂直下移。轧辊加热后快速水冷，然后在520-560℃进行第一次回火处理，随后空冷。再将轧辊重新加热至500-540℃进行第二次回火处理，然后炉冷至小于200℃后空冷。该工艺处理高速钢复合轧辊，工艺简便、能耗低、生产周期短、轧辊强度高、使用效果好。日本Kontoku公司开发的热带精轧机前段机架用离心铸造高速钢轧辊，通过改变铸造条件和应用锻钢的淬火技
国内外热轧辊材料研究进展 轧辊是轧钢生产中的主要消耗备件之一，轧辊消耗约为轧钢生产成本的5%-15%。如果考虑因轧辊消耗而带来的生产停机、降产和设备维护增加等因素，则其所占生产成本的比重会更高。轧辊质量不仅关系到轧钢生产成本和轧机生产作业率，还在很大程度上影响轧材质量。随着轧钢技术的发展，轧机速度和自动化程度不断提高，对轧辊质量特别是轧辊的耐磨性、强度及韧性等提出了更高的要求。进一步提高轧辊性能以适应轧机的需要，是轧辊研制者面临的新课题。目前，我国轧辊的生产、研究与使用水平，与发达国家相比，仍有相当大的差距。为了满足轧钢生产的实际需要，我国每年都需要花费大量的外汇进口轧辊。如果我国的轧辊消耗能降低30%-40%，不仅能节省大量外汇，而且还可以节省大量的轧辊材料。 改变轧辊材质是提高轧辊性能的重要措施。轧辊材质发展的明显趋势是广泛使用合金元素且逐渐提高合金化程度。如热轧带钢精轧前段由20世纪30年代的高镍铬无限冷硬铸铁轧辊发展到60年代的半钢工作轧辊，70年代开始使用高铬铸铁轧辊和高铬铸钢轧辊，80年代末开始使用高速钢轧辊。冷轧带钢工作辊材质由2%Cr钢发展到3%Cr、5%Cr钢，到了90年代开始使用半高速钢，近来也开始使用高速钢。棒线材和型材轧机轧辊材质也由普通冷硬铸铁、合金球墨铸铁、高镍铬无限冷硬铸铁、高铬铸铁、锻造合金工具钢发展到硬质合金。目前，高速线材轧机和棒材轧机上使用高速钢轧辊也获得了满意的效果。 1热轧辊材料研究概况 热轧生产中，轧辊使用条件非常恶劣，主要是因为热轧辊常与温度高达900-1100℃的轧材接触，辊面温度高达500℃，轧辊使用中除了承受强大的轧制力，辊面受轧材的强力磨损外，在高温的作用下，辊面易产生氧化，氧化膜易脱落，加剧轧辊的失效。此外，轧辊还反复被轧材加热及冷却水冷却，经受温度变化幅度较大的激冷激热，产生很大的热应力，逐渐导致热疲劳裂纹的产生，热疲劳裂纹在轧制力的作用下不断扩展，最终导致轧辊表面破裂甚至剥落，促进轧辊失效。热轧辊除了应具有高的耐磨性和强韧性外，还应具有优良的抗氧化能力和抗热疲劳能力。 随着热轧技术的发展，热轧辊材料也在不断地改进和发展，从早期使用的冷硬铸铁轧辊，发展到半钢轧辊，高铬铸铁（钢）和高速钢轧辊。早期使用的冷硬铸铁轧辊以M3C型碳化物为主，如Fe3C等。后来加入合金元素铬、镍等，碳化物形态仍以M3C 为主，变化不大，呈网状分布，但碳化物由Fe3C变成了（Fe，Cr）3C，硬度提高，而
GCr15钢焊管轧辊的热处理工艺 刘振双 【期刊名称】《焊管》 【年(卷),期】2012(035)002 【摘要】This article introduced the structure of longitudinal welded pipe forming roller and heat treatment process of GCrl5 steel used for manufacturing welded pipe roller, analyzed cause of defect which appeared in GCrl5 steel roller heat treatment process and some precautions. It pointed out the heat treatment process for GCrl5 steel is simple and easy, adopting applicable quenching liquid and heat treatment process can obtain workpiece size stable, and get high and well-proportioned hardness, high abrasion resistance, high strength and high toughness and long term fatigue life after quenching. The welded pipe rollers made by GCrl5 steel is with high performance to price ratio in comparison with other same performance material.%介绍了直缝焊管成型轧辊的结构形式以及用于制作焊管轧辊的GCr15钢的热处理工艺过程.分析了GCr15钢焊管轧辊热处理缺陷原因及预防措施.指出GCr15钢热处理工艺简便,采用合适的淬火液和热处理工艺,淬火后工件尺寸稳定,可以获得高而均匀的硬度、高耐磨性、高强度和高韧性,疲劳寿命长.用GCr15钢制作焊管轧辊,相对于同性能材料,具有较高的性价比. 【总页数】4页(37-40) 【关键词】直缝焊管;成型轧辊;淬火;回火;淬火介质;开裂;耐磨性;强度;韧性
轧辊用高速钢材料的研究现状 提高轧材内在质量和尺寸精度、降低生产成本一直是轧钢工作者不懈追求的目标。应用轧制新技术可以有效提高轧材的质量,但同时也对轧辊质量特别是轧辊的耐磨性、强度及韧性等提出了更高的要求。改变轧辊材质是提高轧辊性能的重要措施,轧辊材质发展的趋势是广泛使用合金元素且逐渐提高合金化程度,以在轧辊辊身表面形成较多较硬的碳化物,提高轧辊的耐磨性。为适应这一要求,20世纪80年代末日本首先开发出了铸造高速钢轧辊并将其正式用于带钢热连轧机上。之后不久,欧美各国钢铁企业也纷纷开发使用高速钢轧辊。目前,高速钢轧辊已在带钢热连轧机粗、精轧机架,冷轧带钢轧机,高速线材轧机的预精轧机架和棒材轧机上获得了广泛的应用。其综合使用寿命是传统轧辊材料的3~10倍,经济效益十分显著。 1高速钢轧辊的特点高速钢轧辊是利用具有高硬度,尤其是具有很好红硬性、耐磨性和淬透性的高速钢作为轧辊的工作层,用韧性满足要求的高强度灰铁、球铁、铸钢及锻钢作为轧辊的芯部材料,把工作层和芯部以冶金结合的方式复合的高性能轧辊。 1.1 高速钢轧辊的化学成分特点 (1)含有较多的C和V。C和V可以形成高硬度的MC型碳化物,提高轧辊耐磨性。 (2)有较高的Cr含量。Cr含量高,可在轧辊组织中形成一定数量的M7C3型碳化物,有利于降低轧制力和改善轧辊辊面的抗粗糙性。 (3)含有一定量的Co(不超过10%)。Co可提高高速钢轧辊的红硬性,从而提高轧辊耐磨性。 (4)离心铸造高速钢轧辊中含有不超过5%的Nb。Nb不但可以降低因合金元素密度差大而引起的偏析,还可细化凝固组织,减少网状碳化物,提高轧辊的热疲劳抗力。因轧制钢种、轧机条件及轧辊制造方法的不同,高速钢轧辊的化学成分也有所差异,常用的高速钢轧辊化学成分。 1.2 高速钢轧辊的组织特点碳化物的种类、形状、体积分数及分布是决定高速钢轧辊性能的主要因素。高速钢轧辊材料的微观组织结构与合金成分设计和工艺条件等因素有关,因材料成分和工艺条件不同,可出现了各种不同的研究结果。与传统的高铬铸铁轧辊中的M7C3型共晶碳化物相比,高速钢轧辊中除含有MC型碳化物外,还含有M2C、M6C和M7C3型碳化物。典型高速钢轧辊组织,不同材质轧辊中碳化物的形态、硬度及使用性能的比较见。 2 高速钢轧辊的生产工艺及其特点围绕着轧辊外层与芯部的冶金结合问题,高速钢轧辊的制造技术不断发展,从最早的离心铸造法(CF)发展到现在的连续浇铸复合法(CPC)、电渣熔铸法(ESR)、热等静压法(HIP)和喷射成型法(Osprey)。目前,国外主要采用离心铸造法、连续浇铸复合法和电渣熔铸法制造轧辊,而热等静压法和喷射成型法仍在完善和发展中。连续浇铸复合法制造的轧辊组织细小、均匀、夹杂物少,几乎没有缩孔、疏松等缺陷,但因生产设备、工艺复杂,我国仍无法生产;电渣熔铸法制造轧辊成本较高,且难以制造较大的轧辊;离心铸造法生产的高速钢轧辊尽管存在着合金元素易产生偏析而严重影响轧辊使用寿命的不足,但由于生产装备简单、工艺稳定、效率高、生产成本低,通过合理设计合金成分和工艺参数,生产出的轧辊仍可以满足大多数轧机的需要,因而在相当长一段时间内仍将处于主导地位。上述几种高速钢轧辊生产工艺的技术经济性能比较。 3 变质处理高速钢轧辊材料的研究现状
高速钢复合轧辊是利用具有高硬度,尤其是具有很好的红硬性、耐磨性和淬透性的高速钢作为轧辊的工作层,用韧性满足要求的高强度球墨铸铁作 为轧辊的芯部材料,把工作层和芯部以冶金结合的方式复合起来的高性能轧辊。 高速钢的基体中固溶有大量合金元素,使得淬火后高速钢中有大量的残余奥氏体,过多的残余奥氏体使得轧辊在冷热疲劳过程中产生裂纹的倾向增大。因此,通过热处理将淬火组织中的残余奥氏体转变为马氏体是提高热稳定性能的一个重要途径。另一方面,通过热处理可以使固溶在基体中的合金元素析出,形成高熔点、高硬度的MC型碳化物颗粒,提高二次硬化能力[1]。本文研究了1050℃空淬下,不同回火工艺对高速钢轧辊显微组织中残余奥氏体和硬度的影响,通过对热处理后轧辊中残余奥氏体和碳化物含量的测量和分析,确定最优的高速钢回火工艺参数,为工业生产提供了科学依据。 1试验材料和测试方法 1.1实验材料来自国内某轧辊厂,复合轧辊高速钢工作层的成分见表1。 1.2淬火工艺 本实验所用材料是从大块高速钢铸态试样用钼切割的方法切成 15mm×12mm×12mm的试样块,用高温电阻炉加热(精度±5℃,在1050℃保温1h 后出炉空淬。1050℃空淬保温1h的显微组织如图1。1050℃空淬后试样的硬度如表2。 1.3回火工艺及其显微组织 为减少试验次数,设计了三因素(回火温度、保温时间和回火次数三水平回火工艺正交表,选用正交表L9(34表格[2],其因素和水平选择的依据如下。 (1回火温度的选择。200~300℃时残余奥氏体转变为下贝氏体或回火马氏体,到300℃时残余奥氏体分解基本结束[3]。当回火温度低于350℃时,只
E-mail: forging@https://www.doczj.com/doc/1c13522172.html, equip@https://www.doczj.com/doc/1c13522172.html, URL: https://www.doczj.com/doc/1c13522172.html, www.bnmme.ru 101合金冷硬铸铁轧辊 合金冷硬铸铁轧辊（辊环）是利用铁水自身的过冷度和模具表面激冷，同时添加Ni、Cr、Mo合金元素的办法制造的一种铸铁轧辊，辊身工作层基体组织内基本上没有游离态石墨，因而其硬度高，具有优良的耐磨损性能。 此类材质可用静态复合浇注工艺生产大型规格轧辊，使辊身具有高的硬度而辊颈具有高的强韧性，表现出良好的热稳定性和抗事故性。 金相组织 CC-1 CC-2 CC-4 辊身500X CC-3 辊身500X 细珠光体+碳化物珠光体+少量贝氏体+碳化物
E-mail: forging@https://www.doczj.com/doc/1c13522172.html, equip@https://www.doczj.com/doc/1c13522172.html, URL: https://www.doczj.com/doc/1c13522172.html, www.bnmme.ru CC-4 辊颈100X 珠光体+碳化物 102 合金无界冷硬铸铁轧辊 合金无界冷硬铸铁轧辊（辊环），以其工作层中有细小的石墨析出物为特征而区别于冷硬铸铁轧辊。石墨均匀分散在整个辊身截面，其数量和尺寸随深度而增加。本公司提供的合金无界冷硬铸铁轧辊，由于添加了锰、铬、镍、钼等合金元素，加上少量细小石墨的存在，不仅提高了轧辊的抗剥落性、抗热裂性和抗磨损等性能，而且辊身工作层具有较小的硬度落差。表面的微细石墨孔隙还能改善轧辊的咬入能力。
E-mail: forging@https://www.doczj.com/doc/1c13522172.html, equip@https://www.doczj.com/doc/1c13522172.html, URL: https://www.doczj.com/doc/1c13522172.html, www.bnmme.ru 物理性能 金相组织 通常为珠光体基体上均匀分布着石墨和碳化物 IC-1 IC-2 500X IC-3 500X 103合金球铁轧辊 合金球墨铸铁轧辊（辊环），以基体组织中的石墨呈球状为特征，通过调整镍、铬、钼
轧辊材料及热处理工艺 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。概述了传统的轧辊选材及其热处理工艺，同时，对轧辊材料及其热处理工艺的发展进行了展望。 传统冷轧辊材料及其热处理方式 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ＧＣｒ15、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86Ｃｒ2ＭｏＶ7、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，
收稿日期:2004205227; 修订日期:2004208205 基金项目:河南省创新人才基金项目:2004210006000;河南省重大科技 攻关项目:0322020300 作者简介:王 强(19812 ),四川省眉山人,硕士.研究方向:耐磨材料.Em ail :feiyue812@https://www.doczj.com/doc/1c13522172.html, ?今日铸造 Today ’s Foundry ? 高碳高钒系高速钢耐磨材料的现状与发展 王 强1,杨涤心1,魏世忠2,龙 锐2 (1.河南科技大学材料学院,河南洛阳471039;2.河南省耐磨材料工程技术研究中心,河南洛阳,471003) 摘要:阐述了新型高碳高钒高速钢的设计思想,重点论述了高碳高钒系高速钢组织形态、热处理工艺、变质处理对其耐磨性能的影响,总结了二次硬化相碳化钒形态分布、基体组织硬度是材料耐磨性能的关键;而组织2热处理工艺2变质处理2材料耐磨性能的内在变化规律还有待进一步深入研究,尤其是在高载荷下的变化规律更符合实际生产,有利于新型高速钢及早投入实际生产。 关键词:碳化钒形态分布;变质处理;热处理工艺;耐磨性能;高速钢 中图分类号:TG 269 文献标识码:A 文章编号:100028365(2004)1120876204 Investigation of the High C arbon High V anadium High Speed Steel Wear 2resistance WAN G Qiang 1,Y AN G Di 2xin 1,WEI Shi 2Zhong 2,LON G Rui 2 (1.Material Science &Engineering College ,Henan Science and Technology University 471039,China ;2.Henan Engineering Research Center for Wear of Material ,Luoyang 471003,China ) Abstract:This paper discusses the idea of compositions of high speed steel ,especially the effect of material microstructure ,heat 2treatment and modification on the wear 2resistance of the high 2speed steel.It points out that the wear 2resistance of the steel highly dependent on the morphology and size of MC type carbide and there is a long distance to find the relationship among material microstructure ,heat 2treatment ,modification and wear 2resistance in particular the workpiece under a high burden condition.This will have an advantage for practical performance on its real work 2condition. K ey w ords :Carbide morphology ;Modification treatment ;Heat 2treatment technology ;Wear 2resistance ; High speed steel 20世纪80年代,新日铁研制出含钒4%～8%与2%～10%,钴0～8%的高钒高速钢,统计表明:该系列的高钒高速钢轧辊寿命大致为高铬铸铁的5～7倍,至少为2倍[1]。近年来,高速钢优良的耐磨性能引起了国内学术界的重视,对含钒量为2%～10%的高钒高速钢进行了系统的研究,并成功地应用于粉磨行业 的锤头、颚板和板锤等耐磨件的生产[2、3] ,以及轧钢轧 制行业的轧辊的生产[4、5] 。北京钢铁研究总院与唐山联强冶金轧辊公司合作开发的离心铸造高速钢复合轧辊在热轧带钢的应用表明:其使用寿命是高镍铬无限冷硬铸铁轧辊的10倍以上,是高铬铸铁复合轧辊寿命的3～5倍[6]。河南省耐磨材料工程技术研究中心综合国内外研究成果,对新型高碳高钒高速钢成分进行了筛选,并对其组织特征和二次硬化相VC 的形貌和分布对材料硬度和耐磨性影响进行了基础性的研究, 取得了较大的进展,为新型高速钢耐磨材料的研究与应用提供了理论基础。1 设计理念1.1 高钒的确立 高速钢材料中含有碳、钨、铬、钼、钒等多种合金元 素。国外主要采用高碳高钒(铌)类型的成分设计方案。20世纪90年代初,日本川崎制铁公司[1]及文献[7,8]采用加入铌的合金而使得形成(V ,Nb )C 型复合碳化物改善了偏析,提高了二次硬化能力。目前,国内轧辊生产用高速钢成分如表1。 钒为强碳化物形成元素,它对高速钢中的碳化物类型、形态和数量具有重要影响,并会明显促进层片状M 2C 型碳化物(主要是Mo 2C )形成,抑制骨骼状M 6C 型碳化物的形成。文献[9]的研究表明:随钒含量的提高,MC 型碳化物数量增多,M 6C 型碳化物数量减少.提高钒含量和过共晶成分组织(γ+MC +M 2C )的数量,获得大量尺寸细小、弥散分布的颗粒状MC 型碳化物是提高新型高速钢耐磨性的关键。不同成分的高碳高钒高速钢中碳化物相的种类及数量和试样的硬度及耐磨性如表2。
高速钢轧辊的铸造技术 摘要：铸造高速钢轧辊最早是在19世纪80年代末90年代初期开始使用，因其极低的磨损率和出色的轧钢表面质量深受轧钢厂家的青睐。近年来，我国好多轧辊厂家也都相继开发并生产出了高速钢轧辊，并在热轧带钢、线棒材轧机上得以应用，并取得了较好的效果，但在其制造和轧钢过程中产生的一些问题阻碍了高速钢轧辊的普及。问题主要有：制造过程中的轧辊内部高应力导致轧辊断裂，结合层缺陷导致的轧辊工作层剥落、在轧制过程中易产生辊面热裂纹及轧制冲击力造成的辊面破裂，轧制摩擦力增加等。本篇文章将主要描述高速钢轧辊的冶金特性及其在制造和轧钢过程中产生的一些问题及解决办法。 关键词：高速钢轧辊；磨损率；断裂；摩擦系数 The Casting Tecnology of High Speed Steel Rolls DONG Jun ，ZHANG Xiu Qin (Tang shan zhong da mechanical roll Ltd ) Abstract: High Speed Steel (HSS) rolls were first used in the late 1980s and early 1990s. The combination of extremely low wear rates and excellent surfaces were very desirable for rolling mills.in recent years,many rollmakers in china have also produced some High Speed Steel rolls and used well in hot strip mill and hot bar mill. There were, however, problems associated with the use of these rolls that slowed the rate of general acceptance. These were high manufacturing stresses leading to catastrophic failures, spalling from bond defects and mill problems connected to higher rolling friction and hot cracks and Spalling generated in the rolling process. This chapter will describe the metallurgy of HSS rolls and how it influences manufacturing and mill problems. Key words: High Speed Steel (HSS) rolls; wear rates; Fracture; Friction coefficient 高速钢轧辊的定义 高速钢轧辊与工具钢轧辊在使用上非常相似。高速钢一般定义为高速切削时具有保持硬度能力的工具钢。作为轧辊工作层材质在热轧时具有高的红硬性、高的耐磨性，高速钢轧辊中的碳元素以及其它形成碳化物合金元素的含量一般都大于15％，而在工具钢轧辊中则小于15％。一个更加科学的定义为高速钢轧辊是在热处理回火过程中能 表现出显著二次硬化的工具钢。 化学成分及机械性能 高速钢轧辊与其它类型轧辊的化学成分见表一。 表一