軋輥軸的使用性能及其熱處理的特點(diǎn)
文章出處：山西中重重工
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發(fā)表時(shí)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(duì)軋輥的使用性能提出很高要求。這使軋輥制造形成了一個(gè)獨(dú)立的行業(yè)，有許多軋輥制造者持續(xù)不斷地對(duì)軋混材質(zhì)、制造工藝及使用性能進(jìn)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(dòng)輥還要承受巨大的扭矩。輥身表面則要長(zhǎng)時(shí)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(jī)對(duì)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(duì)具體的使用條件，主要是應(yīng)具有足夠的強(qiáng)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(diǎn)，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(duì)耐磨性好不等于在熱態(tài)相對(duì)耐磨性也好，反之亦然。工作輥的磨損機(jī)理都是多種型式并存，有滾動(dòng)摩擦、軋材塑變?cè)斐傻幕瑒?dòng)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(zhǎng)時(shí)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(xì)化變淺的能力。
5.抗熱沖擊性 工作輥在咬入熱坯時(shí)輥面局部快速升溫或遇卡鋼等事故時(shí)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(biāo)志。
另外，還有抗粗糙性、咬入性等。對(duì)一臺(tái)具體軋機(jī)的具體軋輥，其使用性能要求會(huì)有所側(cè)重，有時(shí)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(jì)必須具有一系列特點(diǎn)，通用鋼難以滿足要求。經(jīng)過世界各國(guó)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(diǎn)，分別適用于不同的軋輥領(lǐng)域。
目前我國(guó)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(dá)到3萬噸，約占20%。
鍛鋼軋輥主要應(yīng)用在要求高強(qiáng)度抗折斷性好的大型初軋輥和熱帶鋼連軋機(jī)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(xì)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(qiáng)度，材質(zhì)的發(fā)展也是以逐步提高Cr含***為總體趨勢(shì)。
鍛造半鋼——鍛造白口鐵軋輥主要用在既要求高強(qiáng)度又要求良好熱態(tài)耐磨性和抗熱裂性的鋼坯連軋機(jī)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(qiáng)度，所以這類材質(zhì)是介于疇鐵和鍛鋼之間兼?zhèn)涠邇?yōu)點(diǎn)的特殊軋輥材料，在軋輥材料中獨(dú)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(dú)特的地方。因?yàn)檐堓伖ぷ鲗雍蛙堓伇倔w有不同的性能要求，為在單材質(zhì)的整體軋輥上同時(shí)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(duì)殘余應(yīng)力分布進(jìn)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(duì)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(xì)致的冶金學(xué)分析試驗(yàn)基礎(chǔ)上指導(dǎo)熱處理實(shí)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(dòng)輥還要承受巨大的扭矩。輥身表面則要長(zhǎng)時(shí)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(jī)對(duì)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(duì)具體的使用條件，主要是應(yīng)具有足夠的強(qiáng)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(diǎn)，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(duì)耐磨性好不等于在熱態(tài)相對(duì)耐磨性也好，反之亦然。工作輥的磨損機(jī)理都是多種型式并存，有滾動(dòng)摩擦、軋材塑變?cè)斐傻幕瑒?dòng)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(zhǎng)時(shí)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(xì)化變淺的能力。
5.抗熱沖擊性 工作輥在咬入熱坯時(shí)輥面局部快速升溫或遇卡鋼等事故時(shí)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(biāo)志。
另外，還有抗粗糙性、咬入性等。對(duì)一臺(tái)具體軋機(jī)的具體軋輥，其使用性能要求會(huì)有所側(cè)重，有時(shí)則要求兼?zhèn)鋷追N性能。
目前我國(guó)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(dá)到3萬噸，約占20%。
鍛鋼軋輥主要應(yīng)用在要求高強(qiáng)度抗折斷性好的大型初軋輥和熱帶鋼連軋機(jī)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(xì)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(qiáng)度，材質(zhì)的發(fā)展也是以逐步提高Cr含***為總體趨勢(shì)。
鍛造半鋼——鍛造白口鐵軋輥主要用在既要求高強(qiáng)度又要求良好熱態(tài)耐磨性和抗熱裂性的鋼坯連軋機(jī)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(qiáng)度，所以這類材質(zhì)是介于疇鐵和鍛鋼之間兼?zhèn)涠邇?yōu)點(diǎn)的特殊軋輥材料，在軋輥材料中獨(dú)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(duì)殘余應(yīng)力分布進(jìn)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(duì)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(xì)致的冶金學(xué)分析試驗(yàn)基礎(chǔ)上指導(dǎo)熱處理實(shí)踐，方能獲得理想的效果。
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