轧辊材料及热处理工艺

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1、轧辊材料及热处理工艺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

2、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

3、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

4、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

5、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

6、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

7、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，用低温回火将轧辊表面硬度调整到规定值，低温回火越充分，硬度偏低时韧性越好，抗热裂能力越高。钼、钒含量的增加导致淬火后钢中含有较多的残余奥氏体，回火后大部分又转变为新马氏体，这样就有助于提高轧辊硬度，增强耐磨性并降低磨损面粗糙度。传统热轧辊材料的选用及热处理工艺热轧辊常工作在700℃～800℃的高温环境，与

8、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