高铬铸铁轧辊热处理工艺研究.pdf

"!#$% 中 国 铸 造 装 备 与 技 术! 前 言近 年 来 !随 着 轧 钢 生 产 对 节 能 "提 高 与 控 制 轧制 精 度 以 及 降 低 成 本 的 要 求 !轧 辊 材 料 不 断 地 得 到改 进 和 发 展 !从 早 期 的 普 通 冷 硬 铸 铁 "无 限 冷 硬 合金 铸 铁 到 半 钢 "高 铬 铸 铁 和 高 速 钢!"#$%# 其 中 高 铬 铸铁 轧 辊 具 有 生 产 成 本 相 对 较 低 !加 工 性 能 好 !耐 磨性 和 抗 热 疲 劳 性 能 好 等 特 点 !已 广 泛 地 应 用 于 轧 钢生 产 中!&#’%$ 目 前 !高 铬 铸 铁 轧 辊 的 热 处 理 主 要 有 两种 形 式 !一 种 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 *+的 高 温 热 处 理(,%$ 国 内对 高 铬 铸 铁 轧 辊 的 亚 临 界 热 处 理 研 究 较 多("-%!而 对高 于 临 界 点 *+的 高 温 热 处 理 研 究 较 少 $国 外 研 究 结果 显 示 !高 铬 铸 铁 轧 辊 高 温 热 处 理 后 !其 性 能 可 以明 显 改 善(,!""%$ 为 了 进 一 步 提 高 高 铬 铸 铁 轧 辊 性 能 !我 们 研 究 了 淬 火 温 度 %冷 却 方 式 "回 火 温 度 对 高 铬铸 铁 轧 辊 组 织 和 性 能 的 影 响 !获 得 了 高 铬 铸 铁 轧 辊最 佳 热 处 理 工 艺 !应 用 于 工 业 生 产 中 !取 得 了 较 好的 效 果 $" 试 验 材 料 和 方 法高 铬 铸 铁 轧 辊 用 "---./ 碱 性 中 频 感 应 电 炉 采用 不 氧 化 法 熔 炼 $ 铁 液 熔 清 后 用 铝 脱 氧 !铁 液 出 炉温 度 "&0-1"&)-2$ 试 验 材 料 取 自 与 高 铬 铸 铁 轧 辊同 炉 浇 注 的 3 形 试 块 ! 试 块 长 度 "4-55! 高 度"--55!上 部 宽 度 +-55!下 部 宽 度 0&55$ 高 铬 铸 铁轧 辊 化 学 成 分 是 &6789’(08)+:!")8’,:;!"8-&?!"80+@?!-8),$低于室温 "高铬铸铁淬火组织转变具有不完全性 "淬火组织中将会残留较多的奥氏体 % 珠光体转变临界冷却速度 "#?,-12+.52.@-?-621&:A=,1 D-= 1=, L1-试验研究图 @ 淬火温度和冷却方式对残留奥氏体数量的影响5-- 52- ,--- ,-2- ,,--%A:油冷雾冷空冷2-4-@-1-,--E"AM!!!"!#$% 中国铸造装备与技术性 !又不易出现裂纹 !应用于实际生产中是可行的 "!"# 回火温度对高铬铸铁轧辊组织和性能的影响上述研究发现 !高铬铸铁轧辊经 !"#$%加热后雾冷淬火 !具有很好的淬透性和淬硬性 !而且淬火冷却时不会产生裂纹 " 在此基础上 !研究回火温度对 !"#$%加热后雾冷淬火高铬铸铁轧辊硬度 #韧性和耐磨性的影响 ! 结果见图 $&’" 回火温度低于$""%时 ! 随回火温度升高其硬度变化不大 ! 超过$#$%硬度稍有下降 !$’$%以后硬度明显下降 " 这主要是由于高铬铸铁轧辊中碳和 铬 含 量 较高 ! 形成大量的 合 金 碳 化物 ! 同时马氏体中也含有一定量的合金元素 ! 使马氏体的分解温度提高 !故而其硬度变化不大 " 温度超过 $#$%以后 !一方面马氏体分解 !另一方面由于碳化物聚集长大使弥散度减小 !从而导致硬度稍有下降 "由图 ( 看出 !冲击韧性 !)值和断裂韧性 !!*值随回火温度的变化规律基本相同 ! 即在 +$"%时出现 低 谷 ! 在,$"%出现峰值 " 其 原 因是 ! 在 ,$"%回 火 时 应 力消 除 比 较 完全 !碳化物尚未长大 !细小且 均 匀 弥 散的 分 布 在 马氏体基体上 !不利于裂纹的扩展 !故 !)值和 !!*值较高 " 当温度高于 ,$"%以后 !由于碳化物的聚集长大使其弥散度减小-!,.!导致 !)值和 !!*值有所降低 "+$"%回火时 !)值和 !!*值出现低谷 !与残余奥氏体分解和第一类回火脆性有关 " 回火温度超过 $""%后 !随着回火温度的进一步提高 !合金碳化物开始聚集 #长大 !马氏体中固溶的碳和合金不断减少 !马氏体塑性提高 !抵抗裂纹萌生和扩展的能力提高 !导致高铬铸铁轧辊韧性提高 "由图 ’ 看出 !回火温度低于 ,$"%时 !随回火温度升高 !高铬铸铁轧辊耐磨性增大 !高于 ,$"%时 !耐磨性反而下降 " 高铬铸铁轧辊在 ,$"&,’$%区间回火 ! 具有优异的耐磨性 " 因为材料承受磨料磨损时 !磨损率由两部分组成-!$.!即"#$"%&"’$!%"%$(!)*$#%"’$(#)$"’*%#$+%式中 "#&&磨损率 ’"%&&切削机制引起的磨损 ’"’&&疲劳机制引起的磨损 ’)&&外界压力 ’*&&材料硬度 ’(!#(#&&磨损系数 ’"’&&单轴拉伸时的断裂应变 "由式 $!%&式 $+%可知 !在磨料磨损条件下 !材料的磨损主要切削磨损和疲劳磨损组成 ! 前者主要决定于材料的硬度 ! 而后者与材料的硬度和塑性两个因素有关 ! 高铬铸铁轧辊在低温下回火时 ! 韧性较低 !耐磨性差 "高温下回火时 !尽管韧性提高 !但硬度明显下降 !抗切削磨损能力差 !综合作用的结果导致高铬铸铁轧辊耐磨性下降 !,$"&,’$%回火的高铬铸铁轧辊 !硬度高 !抗切削磨损能力强 !而且冲击韧性也较高 !具有较好的抗疲劳磨损能力 !综合作用的结果使高铬铸铁轧辊具有优异的耐磨性 " 高铬铸铁轧辊经 !"#$%保温 #/ 后雾冷淬火 !并在 ,$"%回火保试验研究图 $ 回火温度对高铬铸铁轧辊硬度的影响 !保温 #%"硬度0123,4$"$#$,$($4("(#(,+"" ,"" $"" (""#""+0%’""图 & 回火温度对高铬铸铁轧辊耐磨性的影响 !保温 #%"耐磨性05(67!+"" ,"" $"" (""#""+0%’""#("#$"#,"#+"##"#!"#""!8"!4"!’"!("!$"!"!"!#$% 中 国 铸 造 装 备 与 技 术温 !" 后 !可 以 得 到 由 回 火 马 氏 体 "共 晶 碳 化 物 "二次 碳 化 物 和 残 留 奥 氏 体 组 成 的 组 织 !具 有 优 异 的 综合 力 学 性 能 和 耐 磨 性 #! 结 论$#% 测 试 了 成 分 为 $%&’()!*&%+,()-!*%./(01!.%+2(34!*%$’(54!.%&,(06!.%##(74 和 .%.&()8 的 高 铬 铸 铁 轧 辊 的 临 界 点 和 777 曲 线 !其 !9#为+#2:!;9’为 &.+:!0C型碳化物，鱼骨状的MC型碳化物以及其他复合型碳化物；其中MC型碳化物主要含V，Nb，MC型主要含W和Mo，MC型碳化物主要含Cr元素；高速钢铸态硬度与其钨当量有关，钨当量越高硬度越大；且铸态冲击韧性随成分变化不明显。

高速钢回火后晶粒和碳化物尺寸在研究范围内随钨当量的升高而变小；随淬火温度的升高，高速钢淬火硬度先上升后下降，其淬火硬度存在峰值，且淬火硬度峰值出现温度与钨当量有关，钨当量越高，峰值出现温度越高；随回火温度的升高，高速钢的回火硬度先升后降，存在一个回火硬度峰值且钨当量较高时，在较低的回火温度下出现了回火硬度峰值高速钢回火后冲击韧性随回火温度的升高而升高高速钢合适的淬火温度在1050℃～1100℃之间，回火温度在500℃～550℃之间，热处理后组织中分散着大量细小的碳化物，铸态组织中网状碳化物基本消除；回火后高速钢硬度可达HRC 62，冲击韧性在6 J/cm以上，可以满足制作高速钢轧辊的要求5.会议论文 蒋志强.符寒光 热处理对高铬铸铁轧辊组织和性能的影响 2005研究了淬火温度、淬火冷却方式和回火温度对高铬铸铁轧辊组织和性能的影响.结果表明,油冷条件下,淬火温度低于1000℃,随着淬火温度升高,硬度升高,随后硬度反而下降,雾冷和空冷条件下,淬火温度对硬度的影响规律与油冷时相似,获得最高硬度的淬火温度超过油冷时的淬火温度,达到1025℃.回火温度低于500℃时,高铬铸铁轧辊硬度变化不明显,超过575℃,硬度明显下降,高铬铸铁轧辊在450℃回火4小时,具有良好的综合力学性能和优异的耐磨性.6.学位论文 胡胜 高性能轧辊用高铬钢的热处理工艺优化及组织性能研究 2007现代轧钢行业的发展日新月异，研制出高性能高使用寿命的新型轧辊是我国轧辊行业面临的新课题。

高铬钢轧辊具有优良的抗热裂性能和高耐磨性能，其使用寿命和轧制质量迅速提高，已逐步取代半钢轧辊、高铬铸铁轧辊，成为热轧机粗轧及中厚板粗轧工作辊的主要轧辊品种本文设计并制备了3种不同Cr/C比的复合轧辊用高铬钢，通过金相法、X射线衍射、扫描电子显微镜观察、能谱分析以及硬度测试等手段，系统研究了Cr/C、粒化处理以及最终热处理(淬火+回火)工艺对高铬钢显微组织与性能的影响，并探讨了粒化处理与最终热处理复合作用机理轧辊用高铬钢铸态组织一般为奥氏体和网状原始共晶碳化物，或奥氏体+珠光体+原始碳化物随着Cr/C的降低，碳含量增加，共晶碳化物含量增加，网状结构连续性增强粒化处理是粒化共晶碳化物，改善高铬钢显微组织的有效手段经粒化处理后，高铬钢的显微组织中碳化物明显溶解，大部分粗大的网状结构已经消失，碳化物呈不连续的短棒状或者是颗粒状；基体在经粒化处理后转变为均匀的黑色球状珠光体组织粒化处理后再进行最终热处理，得到的组织为均匀的马氏体基体上分布着少量的未溶原始碳化物和大量弥散析出的二次碳化物在本文设计的Cr/C范围内，随着Cr/C的增大，高铬钢的硬度下降，冲击韧性升高相对于铸态，其他三种热处理态，即粒化态、最终热处理态以及粒化+最终热处理态高铬钢的硬度都有明显提高。

相对未粒化处理的最终热处理态高铬钢，经过粒化处理的最终热处理态高铬钢冲击韧性有明显提高高铬钢在1050℃左右淬火能够得到较好的性能回火温度在450℃时，试样的硬度和冲击韧性均达到峰值实验结果也表明，粒化和最终热处理双重作用能够有效改善高铬钢显微组织，获得较为优异的综合力学性能7.会议论文 周勤忠 共昌高铬铸铁的特点 2005本文根据共昌公司一年多的高铬铸铁轧辊制造和使用情况,介绍了共昌高铬铸铁的制造和工艺控制优势,并结合实际情况对离心机设备进行了简单的陈述.8.期刊论文 李斌 热处理工艺对高碳高钒高速钢轧辊组织和性能的影响 -湖南冶金2004,32(6)研究了淬火温度、冷却方式、回火温度和回火次数对高碳高钒高速钢轧辊组织和性能的影响,确定了最佳热处理工艺参数.结果表明,盐冷高速钢轧辊具有优良的淬透性,不易出现裂纹,辊面硬度高而且均匀,耐磨性好,和高铬铸铁轧辊相比,高速钢轧辊寿命提高 8.4倍.9.学位论文 胡巍 高速线材轧机辊环开发与制造 2006随着先进轧机和高效轧制技术的问世，推动了轧钢工业的迅速发展，同时也促进轧辊制造业迈向新的技术领域；如何提高轧辊的使用寿命及轧制质量以适应轧机的需要是轧辊研制者面临的新课题。

近年来，将高速钢用于制造新一代轧辊方面取得了突破性进展，高速钢轧辊的综合使用寿命可以比传统用高铬铸铁轧辊提高数倍以上，目前被广泛采用的高铬铸铁复合轧辊，有可能在十年之内被高速钢轧辊取代本文首先对辊环用高速钢进行化学成分设计，然后利用金相显微镜,X射线衍射仪(XRD ),扫描电子显微镜(SEM )和能谱仪(EDS)等手段，对辊环用高速钢合金系的显微组织、热处理工艺及性能进行了系统地分析辊环用高速钢具有高碳和高合金的特征，容易形成大量网状碳化物，会严重降低高速钢的性能，且难以用热处理的方法予以消除因此研究了利用RE, Ti, RE-Ti-Mg进行变质处理对辊环用高速钢显微组织。