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轧辊的淬火工艺及断裂的原因

发布人:和金机械   发布时间:2020-12-15

现代化大型冷带钢轧机已实现无头、半无头轧制,对板带的质量如冷轧板带的表面平整度、厚度差等方面要求越来越高,对工作辊的质量要求也越来越高,无论是对表面硬度还是淬硬层深 度的要求都有较大的提高。冷轧工作辊材质的研究一直备受轧辊界的高度重视,从轴承钢逐渐发展到2%Cr、3%Cr、5%Cr型钢,其发展通常以铬含量的不断提高为基本特征。近年来出现了半高速钢、高速钢轧辊材质,其组织和碳化物的研究已有一些报道。安徽环渤湾高速钢轧辊有限公司的技术人员对一种新的锻造高速钢冷轧工作辊材料的淬火工艺进行研究,分析了淬火温度对高速钢轧辊组织、晶粒度、残余奥氏体和硬度的影响,为高 端冷轧工作辊提供理论及试验基础。
  新型锻造高速钢轧辊铸态组织为下贝氏体+莱氏体+少量马氏体+条块状碳化物+颗粒状碳化物,其中大块的条状碳化物为钢液凝固过程中析出的一次碳化物,颗粒状碳化物为冷却过程中从奥氏体中析出的二次碳化物,碳化物含量为3.6%。研究表明:
  (1)淬火温度影响碳化物的溶解,随着淬火温度的升高,高速钢轧辊淬火组织中碳化物含量逐渐减少。当温度升高至1200℃时,粒状碳化物已基本溶解,仅剩少量块状碳化物。
  (2)随着淬火温度的升高,高速钢晶粒不断长大。当淬火温度超过1040℃时,晶粒长大趋势明显,淬火温度超过1160℃,晶粒度达4.5级,晶粒粗化已严重。
  (3)随着淬火温度的升高,残余奥氏体含量不断增加。当淬火温度在1080℃以下时,残余奥氏体含量增加较平缓,随后其含量急剧增加。当淬火温度达到1160℃时,残余奥氏体含量增至38%。因此,从残余奥氏体含量控制方面考虑,淬火温度应低于1080℃。
  (4)在1040℃淬火时,硬度达到峰值,高可达64.1HRC,此时高速钢轧辊组织、晶粒度、残余奥氏体含量匹配达到好的状态。
  (5)新型锻造高速钢轧辊材料淬火温度应选择在1020~1080℃之间。
  轧辊断裂的原因
  一、脆性断裂,此类轧辊断口形状较为平整,断口周围辊身表面较为齐整;
  二、韧性断裂,此类轧辊断口形状多呈“蘑菇头”状,断口附近的辊身均成粉碎状破碎。将二者比对发现,此次断辊事故的断辊形式为韧性断裂。脆性断裂和韧性断裂都是因为轧辊应力超过芯部强度造成的。其产生原因与轧辊本身残余应力,轧制时机械应力以及轧辊热应力有关,特别是当辊身的表面和芯部的温差大时容易产生。这种温差可能由不良的辊冷却,冷却中断或在新的轧制周期开始时轧辊表面过热引起。轧辊的这种表面和芯部间的巨大温差引起较大的热应力,当较大的热应力,机械应力以及轧辊的残余应力超过轧辊的芯部强度时引起断辊。例如,轧辊表面和芯部间的温差在70℃时轧辊会增加100MPa的纵向热应力,温差越大,增加的热应力越大。与产生脆性断口的轧辊相比较,产生韧性断口的轧辊的芯部材料韧性好,不容易出现断裂。导致轧辊失效的应力共有四种:
  1、制造过程中的残余应力; 
  2、轧制过程中的机械应力;
  3、轧制过程中轧辊的组织应力;
  4、轧辊内外温差造成的热应力。

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