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軋輥的淬火工藝及斷裂的原因

現代化大型冷帶鋼軋機已實現無頭、半無頭軋制，對板帶的質量如冷軋板帶的表面平整度、厚度差等方面要求越來越高，對工作輥的質量要求也越來越高，無論是對表面硬度還是淬硬層深 度的要求都有較大的提高。冷軋工作輥材質的研究一直備受軋輥界的高度重視，從軸承鋼逐漸發展到2%Cr、3%Cr、5%Cr型鋼，其發展通常以鉻含量的不斷提高為基本特征。近年來出現了半高速鋼、高速鋼軋輥材質，其組織和碳化物的研究已有一些報道。安徽環渤灣高速鋼軋輥有限公司的技術人員對一種新的鍛造高速鋼冷軋工作輥材料的淬火工藝進行研究，分析了淬火溫度對高速鋼軋輥組織、晶粒度、殘余奧氏體和硬度的影響，為高 端冷軋工作輥提供理論及試驗基礎。
　　新型鍛造高速鋼軋輥鑄態組織為下貝氏體+萊氏體+少量馬氏體+條塊狀碳化物+顆粒狀碳化物，其中大塊的條狀碳化物為鋼液凝固過程中析出的一次碳化物，顆粒狀碳化物為冷卻過程中從奧氏體中析出的二次碳化物，碳化物含量為3.6%。研究表明：
　?。?）淬火溫度影響碳化物的溶解，隨著淬火溫度的升高，高速鋼軋輥淬火組織中碳化物含量逐漸減少。當溫度升高至1200℃時，粒狀碳化物已基本溶解，僅剩少量塊狀碳化物。
　?。?）隨著淬火溫度的升高，高速鋼晶粒不斷長大。當淬火溫度超過1040℃時，晶粒長大趨勢明顯，淬火溫度超過1160℃，晶粒度達4.5級，晶粒粗化已嚴重。
　?。?）隨著淬火溫度的升高，殘余奧氏體含量不斷增加。當淬火溫度在1080℃以下時，殘余奧氏體含量增加較平緩，隨后其含量急劇增加。當淬火溫度達到1160℃時，殘余奧氏體含量增至38%。因此，從殘余奧氏體含量控制方面考慮，淬火溫度應低于1080℃。
　?。?）在1040℃淬火時，硬度達到峰值，高可達64.1HRC，此時高速鋼軋輥組織、晶粒度、殘余奧氏體含量匹配達到好的狀態。
　?。?）新型鍛造高速鋼軋輥材料淬火溫度應選擇在1020～1080℃之間。
　　軋輥斷裂的原因
　　一、脆性斷裂，此類軋輥斷口形狀較為平整，斷口周圍輥身表面較為齊整；
　　二、韌性斷裂，此類軋輥斷口形狀多呈“蘑菇頭”狀，斷口附近的輥身均成粉碎狀破碎。將二者比對發現，此次斷輥事故的斷輥形式為韌性斷裂。脆性斷裂和韌性斷裂都是因為軋輥應力超過芯部強度造成的。其產生原因與軋輥本身殘余應力，軋制時機械應力以及軋輥熱應力有關，特別是當輥身的表面和芯部的溫差大時容易產生。這種溫差可能由不良的輥冷卻，冷卻中斷或在新的軋制周期開始時軋輥表面過熱引起。軋輥的這種表面和芯部間的巨大溫差引起較大的熱應力，當較大的熱應力，機械應力以及軋輥的殘余應力超過軋輥的芯部強度時引起斷輥。例如，軋輥表面和芯部間的溫差在70℃時軋輥會增加100MPa的縱向熱應力，溫差越大，增加的熱應力越大。與產生脆性斷口的軋輥相比較，產生韌性斷口的軋輥的芯部材料韌性好，不容易出現斷裂。導致軋輥失效的應力共有四種：
　　1、制造過程中的殘余應力； 
　　2、軋制過程中的機械應力；
　　3、軋制過程中軋輥的組織應力；
　　4、軋輥內外溫差造成的熱應力。