傳統(tǒng)熱軋輥材料的選用及熱處理工藝

熱軋輥常工作在700℃～800℃的高溫環(huán)境，與灼熱的鋼坯相接觸，需要承受強(qiáng)大的軋制力，同時(shí)表面要承受軋材的強(qiáng)力磨損，反復(fù)被熱軋材加熱及冷卻水冷卻，經(jīng)受溫度變化幅度較大的熱疲勞作用。這就要求熱軋輥材料必須具有高的淬透性、低的熱膨脹系數(shù)、高的熱傳導(dǎo)能力和高的高溫屈服強(qiáng)度及高的抗氧化性。

　　國內(nèi)曾經(jīng)使用過鍛鋼軋輥和無限冷硬鑄鐵軋輥，除普通冷硬鑄鐵外，還有低鎳鉻鉬、中鎳鉻鉬、高鎳鉻鉬鑄鐵材料，高檔次的冷硬鑄鐵材料為高鎳鉻鉬冷硬鑄鐵。這類材質(zhì)軋輥的缺點(diǎn)是硬度低，耐磨性不好。后來采用了球墨復(fù)合鑄鐵軋輥，相對(duì)而言，使用壽命提高了幾倍，至今仍然在使用。國外則一般采用半鋼和高硬度特殊半鋼材質(zhì)，對(duì)克服表面粗糙和抗磨損都很有效。

為了提高熱軋輥的表面耐磨性，熱軋輥的材料不斷地得到改進(jìn)，其基本的發(fā)展過程是從冷硬鑄鐵到高鉻鑄鐵到半高速鋼和高速鋼。

　　高鉻鑄鐵軋輥的化學(xué)成分為：2.0%～4.0%C，10%～30%Cr，0.15%～1.6%nI，0.3%～2.9%Mo。其本質(zhì)是一種高耐磨性的高合金白口鐵，鉻含量一般在10%～15%，其碳化物主要是M7C3型，與白口鑄鐵的連續(xù)的M8C型碳化物不同，它不但具有良好的耐磨性，還有較高的硬度(HV可達(dá)1800)，基體為奧氏體、馬氏體，因而其硬度和韌性結(jié)合較好。實(shí)際的軋制生產(chǎn)表明，高鉻鑄鐵軋輥有較好的抗熱裂性能，原因是軋輥表面生成一層致密且有韌性的鉻的氧化膜，能減少熱裂紋的數(shù)量和深度。因此，高鉻鑄鐵輥在20世紀(jì)80年代被非常廣泛用于精軋前架。目前，高鉻鑄鐵復(fù)合軋輥已廣泛用作熱軋帶 (鋼)連軋機(jī)，粗軋和精軋前段工作輥、寬中厚板；粗軋和精軋工作輥及小型型鋼和棒材軋機(jī)精軋輥等。

　　高鉻鑄鐵軋輥的熱處理有兩種形式，一是低于臨界轉(zhuǎn)變溫度的亞臨界熱處理，另一種是高于臨界點(diǎn)A3的高溫?zé)崽幚怼８咩t軋輥表面材料的珠光體基體，希望具有極細(xì)的片間距，并在基體上有大量彌散分布的二次碳化物，要求有盡量低的殘余奧氏體和殘余應(yīng)力，所以一般選用后一種形式的熱處理，具體為正火加回火。

　　高速鋼作為熱軋輥材料的應(yīng)用在1988年始于日本，20世紀(jì)90年代初期美國和歐洲也進(jìn)行了研制，我國在20世紀(jì)90年代后期開始研制和使用高速鋼軋輥。一般高速鋼的成分為1%～2%C，0%～5%Co，0%～5%Nb，3%～10%Cr，2%～7%Mo，2%～7%V，1%～5%W。因?yàn)閾碛写罅靠尚纬蓮?qiáng)碳化物的合金元素如W和V，其最終的顯微組織含有大約10%～15%具有極高硬度和高溫穩(wěn)定性的碳化物，所以在高溫下工作能保持較高的強(qiáng)度和硬度。其工作層硬度高，可達(dá)到80～85HS，具有較好的耐磨性和抗熱裂性，軋輥表面沒有出現(xiàn)熱裂紋，一般沒有剝落現(xiàn)象。

　　近年來國外在熱軋薄板粗軋機(jī)架采用半高速鋼軋輥也獲成功，其耐磨性是高鉻鋼軋輥的2倍，且咬入性能和抗熱疲勞性能好，因而成為熱軋薄板粗軋機(jī)架和線棒材中軋機(jī)架軋輥的理想選擇，半高速鋼的化學(xué)成分范圍為：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。

　　高速鋼熱軋輥的熱處理方式一般采用淬火加回火，在加熱到高溫時(shí)，鋼中的二次碳化物充分溶解，一次共晶碳化物部分溶解。這些碳化物所含有的碳和合金元素溶入奧氏體中，增加了奧氏體中碳和合金元素的含量。在淬火時(shí)它們固溶于貝氏體和馬氏體中，而在回火時(shí)析出了彌散的碳化物，使鋼呈現(xiàn)出比淬火時(shí)硬度還要高的二次硬度。因此為了增加基體的硬度，應(yīng)提高淬火溫度，同時(shí)，為了防止基體中出現(xiàn)塊狀粗大的碳化物，應(yīng)盡量降低淬火溫度，一般確定最佳淬火溫度為1050℃～1150℃，同時(shí)回火溫度為550℃～600℃。

　　為了保證基體中含有大量彌散分布的球狀MC型碳化物，應(yīng)增加V含量，但V不宜過高，因?yàn)閂會(huì)降低淬透性，凝固時(shí)生成粗大的一次碳化物，淬火時(shí)不能完全溶入奧氏體，從而降低了斷裂韌性，同時(shí)還會(huì)降低軋輥的表面粗糙度。