超深淬硬層冷軋工作輥的試驗(yàn)研究

超深淬硬層冷軋工作輥的試驗(yàn)研究

冷塊的材料一直朝著高配合方向發(fā)展。從cr2、cr3到cr5，甚至更多的鉻鋼和高速鋼，其下層深度、更好的耐腐蝕性和表面質(zhì)量滿足了現(xiàn)代輥式的制造規(guī)則和高質(zhì)量要求。同時(shí)，它還應(yīng)要求輥能夠承受相應(yīng)的抗彎性，以避免損壞。武鋼冷軋廠主要應(yīng)用Cr2、Cr5材質(zhì)工作輥,而且Cr2材質(zhì)工作輥主要通過(guò)外購(gòu)輥坯、利用該廠50/250Hz雙頻感應(yīng)淬火機(jī)自制。Cr2材質(zhì)工作輥淬硬層淺、耐磨性差,不僅難以滿足產(chǎn)品質(zhì)量和軋機(jī)要求,而且需要采用二次淬火才能將軋輥有效工作層厚度正常用完。因此,在實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的Cr和0.8%的C、以及少量N和Re的8Cr4MoV低合金鍛造冷軋工作輥鋼試驗(yàn),優(yōu)選鋼種,試制武鋼冷軋廠冷連軋機(jī)?610mm×1700mm超深淬硬層冷軋工作輥。1試驗(yàn)鋼和試驗(yàn)熱處理在Cr2、Cr3冷軋工作輥材質(zhì)基礎(chǔ)上,通過(guò)添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的Cr和少量N與Re,并考慮武鋼冷軋廠冷連軋機(jī)工作輥使用與維護(hù)條件,制定8Cr4MoV試驗(yàn)鋼材質(zhì)成分(見(jiàn)表1)。試驗(yàn)鋼采用50kg真空感應(yīng)電爐冶煉,澆注4個(gè)不同成分的鋼錠,然后進(jìn)行鍛造;將其上段鍛成72mm×72mm×500mm的方棒、下段均鍛成?60mm×300mm和?60mm×600m的圓棒,要求鍛比大于等于3.5,然后對(duì)12個(gè)鍛件開(kāi)展預(yù)備熱處理試驗(yàn);并對(duì)調(diào)質(zhì)狀態(tài)下的鍛件進(jìn)行力學(xué)性能和金相組織檢驗(yàn)、開(kāi)展頂端淬火和最終淬火試驗(yàn),采用優(yōu)選試驗(yàn)鋼材質(zhì)和制造工藝試制武鋼冷軋廠?610mm×1700mm超深淬硬層冷軋工作輥。2試驗(yàn)結(jié)果及分析2.1試驗(yàn)鋼組分4個(gè)鋼錠的化學(xué)成分見(jiàn)表2,可知H87號(hào)鋼錠碳含量偏低,可能會(huì)影響到其力學(xué)性能和金相組織。2.2稀土元素和微量元素4個(gè)方棒鍛件表層的金相組織和顯微硬度結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可知,4個(gè)試樣的金相組織同為淬火組織,這是由于鍛件雖做埋沙處理、但形成空冷的結(jié)果,表明其淬透性較好;隨稀土含量增加,硫化物夾雜的變化比較明顯,氧化物夾雜也有改變,說(shuō)明稀土有改善鋼中非金屬夾雜物的作用;高氮含量試樣的晶粒度級(jí)別高于低氮含量的試樣,說(shuō)明氮有細(xì)化晶粒的作用(H87號(hào)試樣除外,由于其碳含量偏低和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.22%的Als,可能導(dǎo)致晶粒度級(jí)別較低)。另外,B01號(hào)試樣顯微硬度最高,可能是由于其晶粒較大的緣故;其余3個(gè)高氮含量試樣中,H01號(hào)試樣顯微硬度最低,可能與其未加稀土有關(guān);但也表明4個(gè)鍛件均沒(méi)有按照要求進(jìn)行鍛后入爐緩冷處理,導(dǎo)致硬度升高,前述4個(gè)試樣的金相組織為馬氏體已經(jīng)證明這點(diǎn)。2.3金相檢驗(yàn)結(jié)果鍛件球化退火試樣號(hào)為H01(Q)、H45(Q)、H87(Q)、B01(Q),鍛件調(diào)質(zhì)處理試樣號(hào)為H01(T)、H45(T)、H87(T)、B01(T),其金相檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。由表4可知,4個(gè)鍛件鍛后預(yù)備熱處理組織基本正常,顯微硬度值均符合冷軋工作輥球化預(yù)備熱處理組織和調(diào)質(zhì)處理組織要求;調(diào)質(zhì)處理后,鍛件基體硬度明顯增強(qiáng);同上所述,稀土改善硫化物夾雜的作用比較明顯,對(duì)氧化物夾雜也有所作用。2.4沖擊韌性試驗(yàn)4個(gè)調(diào)質(zhì)處理試樣力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。由表5可知,低氮含量的B01(T)號(hào)試樣不僅強(qiáng)度比3個(gè)高氮含量的試樣高,而且沖擊韌性也比高氮含量的H01(T)、H45(T)號(hào)試樣高;雖然高氮含量的H87(T)號(hào)試樣沖擊韌性最高,但其強(qiáng)度最低,這可能是由于其碳含量較低、且稀土含量較高造成的。由此可見(jiàn),調(diào)質(zhì)處理后,低氮含量的B01(T)號(hào)試樣具有較高的強(qiáng)韌性。2.5試驗(yàn)結(jié)果及分析利用Thermastor-Z熱模擬試驗(yàn)機(jī)對(duì)B01號(hào)試樣進(jìn)行淬火試驗(yàn),試樣規(guī)格為?8mm×12mm,試樣號(hào)為B01-1～B01-8,奧氏體化溫度為800～1000℃,奧氏體化保溫時(shí)間為900s,冷卻速度為該熱模擬試驗(yàn)機(jī)最大冷卻速度,要求將試樣連續(xù)冷卻至20℃。淬火試驗(yàn)8個(gè)試樣金相檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。其中B01-2和B01-8試樣的顯微組織及晶粒度照片見(jiàn)圖1～4。由表6可知,所有試樣的顯微組織均為回火馬氏體,但是B01-1～B01-6號(hào)試樣比較細(xì),屬于正常的隱、細(xì)針馬氏體組織;B01-7～B01-8號(hào)試樣針狀比較明顯,其韌性相對(duì)較差,就冷軋工作輥而言,屬于非正常的針狀馬氏體組織,而且B01-7～B01-8號(hào)試樣晶粒度級(jí)別也比較低,即晶粒比較粗大,正好與其針狀馬氏體組織相對(duì)應(yīng),表明所采用的淬火工藝已經(jīng)不適用于B01號(hào)材質(zhì)。B01-3～B01-6號(hào)試樣的顯微硬度明顯高于B01-1～B01-2號(hào)試樣,其中B01-5號(hào)試樣的顯微硬度HV0.1達(dá)到峰值819.6,而B(niǎo)01-7～B01-8號(hào)試樣顯微硬度也比較低,顯示出下降的趨勢(shì),說(shuō)明在現(xiàn)有淬火工藝條件下,對(duì)B01號(hào)材質(zhì)來(lái)說(shuō),B01-5號(hào)試樣所采用的淬火工藝是最合適的。3實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用3.1超深淬硬層u3000超深掃碼機(jī)關(guān)的研制由武鋼集團(tuán)和中原特鋼股份有限公司采用低氮材質(zhì)8Cr4MoV鋼研制武鋼冷軋廠冷連軋機(jī)?610mm×1700mm超深淬硬層冷軋工作輥,研制工藝路線為:電爐冶煉—鋼包真空精煉—電渣重熔—油壓快鍛+擴(kuò)散退火—球化退火—粗加工—超聲波探傷—調(diào)質(zhì)處理—毛坯檢驗(yàn)—預(yù)精加工—輥頸強(qiáng)化—輥身淬火—低溫回火—精加工—成品檢驗(yàn)—包裝交貨。研制的超深淬硬層冷軋工作輥成分見(jiàn)表7,可見(jiàn)基本符合低氮材質(zhì)要求。試制工作輥輥頸軸承部位采用高頻感應(yīng)淬火方法進(jìn)行表面強(qiáng)化,輥身表層采用50Hz/250Hz雙頻感應(yīng)淬火機(jī)床進(jìn)行表面淬火,其金相組織、殘余奧氏體含量和殘余應(yīng)力檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8,而且超聲波探傷結(jié)果正常,表明試制工作輥質(zhì)量符合有關(guān)冷軋工作輥技術(shù)條件要求,可以上機(jī)使用。3.2應(yīng)用3.2.1硬層u3000工作輥的投入使用從2007年12月開(kāi)始,試制的低氮材質(zhì)8Cr4MoV鋼?610mm×1700mm超深淬硬層冷軋工作輥在武鋼股份冷軋廠五連軋機(jī)投入使用,試制工作輥能夠滿足武鋼冷軋廠酸軋聯(lián)合冷連軋機(jī)組軋鋼工藝和產(chǎn)品高表面質(zhì)量要求,并取得較好業(yè)績(jī),使用壽命見(jiàn)表9。由表9可知,試制工作輥平均毫米軋制量達(dá)到4142.59t/mm,是同期使用的Cr2工作輥平均毫米軋制量的1.6倍。3.2.2與同使用的cr5材質(zhì)工作輥的對(duì)比試制工作輥有效工作層基本正常用完,沒(méi)有發(fā)生大的剝落、掉肉、裂紋和軟點(diǎn)等事故,耐磨性和抗事故性優(yōu)良,其平均磨削量及與同期使用的Cr5材質(zhì)工作輥的對(duì)比見(jiàn)表10。由表10可知,試制工作輥在使用期間,僅W32號(hào)工作輥在直徑為?555.71mm時(shí)由于輥身發(fā)生粘鋼事故而提前退役;與同期使用的3種Cr5工作輥相比,耐磨性和抗事故性稍強(qiáng),使得其每次上機(jī)使用平均磨削量較低。3.2.3工作輥淬透性分析根據(jù)試制工作輥輥身表面硬度跟蹤檢測(cè)結(jié)果繪制的試制工作輥輥身淬硬層深度曲線見(jiàn)圖5,圖中還繪制了同期使用的Cr2常規(guī)淬硬層冷軋工作輥和Cr5超深淬硬層冷軋工作輥輥身淬硬層深度曲線。由圖5可知,試制工作輥淬硬層深度與Cr5工作輥相當(dāng),表明兩者淬透性基本相同;而與Cr2工作輥比較,試制工作輥淬硬層深度超過(guò)后者的2倍,其有效淬硬層深度達(dá)到30mm以上。4超深淬硬層深度1)低氮材質(zhì)8Cr4MoV鋼具有較高的綜合力學(xué)性能。2)試制工作輥質(zhì)量符合超深淬硬層冷軋工作輥技術(shù)條件。3)試制工作輥淬硬層深度比Cr