軋輥軸的使用性能及其熱處理的特點
文章出處：山西中重重工
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發(fā)表時間：2021-03-11 17:04
冶金軋輥是金屬軋制設(shè)備上必備的主要零件,它做為一種特殊工具用來使金屬產(chǎn)生塑性變形，軋制出各種軋材產(chǎn)品。由于軋輥的服役條件特殊、消耗量大并與軋材質(zhì)量成本息息相關(guān)，因而對軋輥的使用性能提出很高要求。這使軋輥制造形成了一個獨立的行業(yè)，有許多軋輥制造者持續(xù)不斷地對軋混材質(zhì)、制造工藝及使用性能進行深入研究，以滿足各種使用需求。
軋輥不同于一般結(jié)構(gòu)件，工況條件復(fù)雜多樣，軋制過程中軋輥本體要承受很高的應(yīng)力，主要是彎曲應(yīng)力和摩擦力等，主傳動輥還要承受巨大的扭矩。輥身表面則要長時間承受摩擦、磨損、沖擊、接觸應(yīng)力和激冷激熱造成的疲勞現(xiàn)象等，所以，除常規(guī)的力學(xué)性能外，各種軋機對軋輥的使用性能提出了一系列區(qū)別于其他產(chǎn)品的特殊要求。
1.抗折斷性 輥身和輥頸承受工作應(yīng)力而不發(fā)生橫向斷裂的能力。針對具體的使用條件，主要是應(yīng)具有足夠的強度和韌性，并且不存在可能導(dǎo)致斷裂的制造缺陷。
2.耐磨性 軋輥輥身工作部位在軋制過程中抵抗失重或尺寸減小的能力。應(yīng)予說明一點，軋輥在熱態(tài)的耐磨性和在冷態(tài)的附磨性并不一定是等同的，一支軋輥在冷態(tài)使用相對耐磨性好不等于在熱態(tài)相對耐磨性也好，反之亦然。工作輥的磨損機理都是多種型式并存，有滾動摩擦、軋材塑變造成的滑動摩擦及氧化皮帶來的磨粒磨損等。
3. 抗剝落性 軋輥在接觸應(yīng)力長時間作用下而不產(chǎn)生輥身掉塊現(xiàn)象的能力。
4.抗熱裂性 熱軋用工作輥經(jīng)受來自軋材和冷卻液的激冷激熱作用而產(chǎn)生熱疲勞，抵抗這種作用而不產(chǎn)生網(wǎng)狀龜裂或使網(wǎng)裂細化變淺的能力。
5.抗熱沖擊性 工作輥在咬入熱坯時輥面局部快速升溫或遇卡鋼等事故時由于摩擦使輥面劇烈升溫，抵抗這種熱沖擊而不產(chǎn)生裂紋及剝落的能力稱為抗熱沖擊性，是衡量工作輥使用性能的重要標志。
另外，還有抗粗糙性、咬入性等。對一臺具體軋機的具體軋輥，其使用性能要求會有所側(cè)重，有時則要求兼?zhèn)鋷追N性能。
軋輥產(chǎn)品特殊的使用性能要求，使得軋輥材質(zhì)選擇和設(shè)計必須具有一系列特點，通用鋼難以滿足要求。經(jīng)過世界各國輥制造者多年的創(chuàng)造性工作，現(xiàn)已形成了專用的軋輥材料系列。 粗略可分為鑄鋼、鍛鋼、鑄鐵及鍛造白口鐵四大類軋輥材料。各類材質(zhì)成分和組織各有特點，分別適用于不同的軋輥領(lǐng)域。
目前我國大型鍛造軋輥年產(chǎn)量約為2萬噸水平，占軋輥總產(chǎn)量的10%左右，日本達到3萬噸，約占20%。
鍛鋼軋輥主要應(yīng)用在要求高強度抗折斷性好的大型初軋輥和熱帶鋼連軋機粗軋前架軋輥，以及要求冷態(tài)耐唐性、抗剝落性優(yōu)良的冷軋工作輥和大型支承輥。
鍛鋼軋輥材質(zhì)主要是含0.4%~1.0%C，1%～5%Cr的中、高碳Cr(Ni)Mo(V)合金鋼，屬于合金工具鋼。具有較高的淬硬性和淬透性。工作層經(jīng)過淬火回火熱處理后得到馬氏體、貝氏體、索氏體或細珠光體基體組織，基體上均勻分布10%以下的二次合金碳化物，特別是大量應(yīng)用Cr合金化以獲得耐磨性和抗接觸疲勞強度，材質(zhì)的發(fā)展也是以逐步提高Cr含***為總體趨勢。
鍛造半鋼——鍛造白口鐵軋輥主要用在既要求高強度又要求良好熱態(tài)耐磨性和抗熱裂性的鋼坯連軋機軋輥，和各種粗軋輥。
這類材質(zhì)碳含量在1.3%～2.5%C，添加少量Cr、Ni、Mo合金，屬超高碳鋼范疇。鋼鍵(或鋼坯)凝固后產(chǎn)生5%～20%的共晶碳化物，類似于鑄鐵輥一樣具有良好的熱態(tài)耐磨性和抗熱裂性，又經(jīng)過輕度鍛造變形，破碎了共晶碳化物的連續(xù)性，提高了材料的均勻性和強度，所以這類材質(zhì)是介于疇鐵和鍛鋼之間兼?zhèn)涠邇?yōu)點的特殊軋輥材料，在軋輥材料中獨具特色。
整體鍛造軋輥的熱處理工藝方法和工藝裝備也有許多獨特的地方。因為軋輥工作層和軋輥本體有不同的性能要求，為在單材質(zhì)的整體軋輥上同時滿足這種要求，大量采用表面淬火和差溫加熱淬火。
鍛造軋輥材質(zhì)均屬中高碳合金鋼及超高碳脆性材料，溶裂傾向大，特別要注意加熱冷卻過程的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力問題，還要考慮對殘余應(yīng)力分布進行控制。
碳與合金元素總量及在固溶體及游離碳化物之間的合理分配對組織形態(tài)、綜合力學(xué)性能、各種使用性能均有很大影響，是材料熱處理工作者要研究的核心問題，必須在深入細致的冶金學(xué)分析試驗基礎(chǔ)上指導(dǎo)熱處理實踐，方能獲得理想的效果。
軋輥不同于一般結(jié)構(gòu)件，工況條件復(fù)雜多樣，軋制過程中軋輥本體要承受很高的應(yīng)力，主要是彎曲應(yīng)力和摩擦力等，主傳動輥還要承受巨大的扭矩。輥身表面則要長時間承受摩擦、磨損、沖擊、接觸應(yīng)力和激冷激熱造成的疲勞現(xiàn)象等，所以，除常規(guī)的力學(xué)性能外，各種軋機對軋輥的使用性能提出了一系列區(qū)別于其他產(chǎn)品的特殊要求。
1.抗折斷性 輥身和輥頸承受工作應(yīng)力而不發(fā)生橫向斷裂的能力。針對具體的使用條件，主要是應(yīng)具有足夠的強度和韌性，并且不存在可能導(dǎo)致斷裂的制造缺陷。
2.耐磨性 軋輥輥身工作部位在軋制過程中抵抗失重或尺寸減小的能力。應(yīng)予說明一點，軋輥在熱態(tài)的耐磨性和在冷態(tài)的附磨性并不一定是等同的，一支軋輥在冷態(tài)使用相對耐磨性好不等于在熱態(tài)相對耐磨性也好，反之亦然。工作輥的磨損機理都是多種型式并存，有滾動摩擦、軋材塑變造成的滑動摩擦及氧化皮帶來的磨粒磨損等。
3. 抗剝落性 軋輥在接觸應(yīng)力長時間作用下而不產(chǎn)生輥身掉塊現(xiàn)象的能力。
4.抗熱裂性 熱軋用工作輥經(jīng)受來自軋材和冷卻液的激冷激熱作用而產(chǎn)生熱疲勞，抵抗這種作用而不產(chǎn)生網(wǎng)狀龜裂或使網(wǎng)裂細化變淺的能力。
5.抗熱沖擊性 工作輥在咬入熱坯時輥面局部快速升溫或遇卡鋼等事故時由于摩擦使輥面劇烈升溫，抵抗這種熱沖擊而不產(chǎn)生裂紋及剝落的能力稱為抗熱沖擊性，是衡量工作輥使用性能的重要標志。
另外，還有抗粗糙性、咬入性等。對一臺具體軋機的具體軋輥，其使用性能要求會有所側(cè)重，有時則要求兼?zhèn)鋷追N性能。
目前我國大型鍛造軋輥年產(chǎn)量約為2萬噸水平，占軋輥總產(chǎn)量的10%左右，日本達到3萬噸，約占20%。
鍛鋼軋輥主要應(yīng)用在要求高強度抗折斷性好的大型初軋輥和熱帶鋼連軋機粗軋前架軋輥，以及要求冷態(tài)耐唐性、抗剝落性優(yōu)良的冷軋工作輥和大型支承輥。
鍛鋼軋輥材質(zhì)主要是含0.4%~1.0%C，1%～5%Cr的中、高碳Cr(Ni)Mo(V)合金鋼，屬于合金工具鋼。具有較高的淬硬性和淬透性。工作層經(jīng)過淬火回火熱處理后得到馬氏體、貝氏體、索氏體或細珠光體基體組織，基體上均勻分布10%以下的二次合金碳化物，特別是大量應(yīng)用Cr合金化以獲得耐磨性和抗接觸疲勞強度，材質(zhì)的發(fā)展也是以逐步提高Cr含***為總體趨勢。
鍛造半鋼——鍛造白口鐵軋輥主要用在既要求高強度又要求良好熱態(tài)耐磨性和抗熱裂性的鋼坯連軋機軋輥，和各種粗軋輥。
這類材質(zhì)碳含量在1.3%～2.5%C，添加少量Cr、Ni、Mo合金，屬超高碳鋼范疇。鋼鍵(或鋼坯)凝固后產(chǎn)生5%～20%的共晶碳化物，類似于鑄鐵輥一樣具有良好的熱態(tài)耐磨性和抗熱裂性，又經(jīng)過輕度鍛造變形，破碎了共晶碳化物的連續(xù)性，提高了材料的均勻性和強度，所以這類材質(zhì)是介于疇鐵和鍛鋼之間兼?zhèn)涠邇?yōu)點的特殊軋輥材料，在軋輥材料中獨具特色。
鍛造軋輥材質(zhì)均屬中高碳合金鋼及超高碳脆性材料，溶裂傾向大，特別要注意加熱冷卻過程的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力問題，還要考慮對殘余應(yīng)力分布進行控制。
碳與合金元素總量及在固溶體及游離碳化物之間的合理分配對組織形態(tài)、綜合力學(xué)性能、各種使用性能均有很大影響，是材料熱處理工作者要研究的核心問題，必須在深入細致的冶金學(xué)分析試驗基礎(chǔ)上指導(dǎo)熱處理實踐，方能獲得理想的效果。
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