熱處理工藝對(duì)HSS軋輥性能的影響

摘要：本文介紹了高速鋼軋輥的特點(diǎn)，并對(duì)高速鋼軋輥的熱處理工藝進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，研究出不同的熱處理工藝對(duì)高速鋼軋輥組織性能的影響。

關(guān)鍵詞：高速鋼 軋輥 熱處理 硬度

中圖分類號(hào)：TG113.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X(2011)10(b)-0000-00

引言

軋輥是軋鋼生產(chǎn)中的主要消耗備件，其性能好壞直接影響軋材的表面質(zhì)量和軋材的成本，在軋鋼生產(chǎn)中占有重要地位。高速鋼軋輥的是從1988年開始采用的，至今我國所用的高速鋼軋輥大多依賴進(jìn)口[1]。為了在軋輥技術(shù)上趕超世界先進(jìn)水平，必須加快我國高速鋼軋輥的研制與開發(fā)。本文通過研究化學(xué)成分、變質(zhì)處理及熱處理工藝對(duì)高速鋼軋輥的顯微組織結(jié)構(gòu)和性能的影響，試圖為高速鋼軋輥的生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 鍛造高速鋼軋輥常用成分及特點(diǎn)

20世紀(jì)80年代末以前，鍛造高速鋼軋輥已用于制造多輥軋機(jī)的工作輥和中間輥，使用的是標(biāo)準(zhǔn)類型鎢鑰高速鋼，如美國M2、M4和高碳類型的T15等[2]，其成分見表1。

高速鋼軋輥是利用具有高硬度，尤其是具有很好紅硬性、耐磨性和淬透性的高速鋼作為軋輥的工作層，用滿足韌性要求的鍛鋼、鑄鋼、高強(qiáng)度灰鐵或球鐵作為軋輥的芯部材料，把工作層和芯部以冶金結(jié)合的方式復(fù)合起來的高性能軋輥。其主要特點(diǎn)如下:

以往使用的軋輥工作層，其基體上分布的多為M3C型或M7C3型共晶碳化物，組織粗大，硬度較低。高速鋼軋輥的工作層一般采用高碳、高釩型高速鋼，工作層的基體上分布著高硬度M6C，MC型碳化物。高速鋼軋輥外層因含有較多的鎢、鉻、鑰、釩等元素，具有較好的熱穩(wěn)定性，在高溫下具有高的硬度，用作熱軋工作輥具有良好的耐磨性。

2 高速鋼軋輥的熱處理研究

生產(chǎn)軋輥的關(guān)鍵在于熱處理，尤其是大型軋輥。軋輥的熱處理關(guān)鍵是在保證性能的前提下防止開裂。通常高速鋼的熱處理是淬火+回火。在加熱到高溫時(shí)，鋼中的二次碳化物充分溶解，一次共晶碳化物部分溶解。這些碳化物所含有的碳和合金元素溶入奧氏體中，增加了奧氏體中的碳和合金元素的含量。在淬火時(shí)它們固溶于貝氏體和馬氏體中，而在回火時(shí)析出了彌散狀的碳化物，使鋼呈現(xiàn)出比淬火時(shí)硬度還要高的“二次硬度”。因此，高速鋼淬火時(shí)的加熱，可在保證晶粒不長大的原則下，盡可能提高加熱溫度。

通過實(shí)驗(yàn)，將經(jīng)過1.0%釩鐵變質(zhì)處理的Fe-1.8%C-4%Cr-6%Mo-6%V高速鋼輥環(huán)，線切割成9塊試樣（20x2Ox120），分別采用1050℃、1100 ℃和1180 ℃三個(gè)溫度淬火，淬完后交叉采用530 ℃、550 ℃和570 ℃三個(gè)不同溫度回火，回火加熱與冷卻速度應(yīng)較慢以防止開裂，回火3～4 次。考察熱處理?xiàng)l件對(duì)殘留奧氏體數(shù)量的影響(見圖1)及對(duì)高速鋼硬度的影響(見圖2)。

由圖2可見，試驗(yàn)表明:Fe-1.8%C-4%Cr-6%Mo-6%v高速鋼的硬度隨淬火溫度的升高，其變化規(guī)律是先升高然后降低，在11OO℃左右淬火時(shí)硬度達(dá)到峰值。淬火溫度超過1100℃，隨著淬火溫度升高，硬度反而降低。因?yàn)榇慊鸷蟮挠捕戎党伺c合金的組織因素有關(guān)外，還由馬氏體中飽和的碳和合金元素含量及未轉(zhuǎn)變的殘余奧氏體所決定。

2.1熱處理工藝對(duì)沖擊韌性和硬度的影響

采用適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に噷?duì)高速鋼進(jìn)行處理時(shí)，提高熱處理的溫度可使沖擊韌性有較明顯的提高。提高淬火溫度，在較高溫度淬火溫度下保溫，有利于合金元素的擴(kuò)散和碳化物的溶解，在回火時(shí)可以彌散析出，減小碳化物不均勻分布和對(duì)基體的割裂作用；另外，一般高速鋼的回火特點(diǎn)是：在硬度和強(qiáng)度出現(xiàn)峰值的回火溫度下往往塑性有所下降，提高回火溫度，由于馬氏體的分解和合金碳化物的聚積，會(huì)使硬度、強(qiáng)度下降但塑性升高。本實(shí)驗(yàn)采用的530℃回火正是硬度出現(xiàn)峰值的溫度范圍，所以也可能是塑性、韌性較低的溫度，采用較高溫度570℃回火，在損失較小硬度的情況下提高了高速鋼的韌性。所以，提高淬火溫度和回火溫度可以使沖擊韌性有所改善。

2.2熱處理工藝對(duì)紅硬性的影響

在保證奧氏體晶粒不長大的前提下，提高淬火溫度，可以有效的提高回火后硬度及紅硬性，有可能使紅硬性高于其他高速鋼。在淬火后，常規(guī)回火前增加一次380℃低溫回火，可以提高回火后硬度及紅硬性。將高速鋼在硬度峰值空淬，并在570℃進(jìn)行回火處理，試驗(yàn)結(jié)果表明，隨回火溫度升高，硬度下降，釩量、碳量增加硬度下降的幅度變小，不難理解，碳、釩含量高，碳化物數(shù)量多，因而高溫時(shí)支撐的力量大，使高溫硬度降低緩慢。有資料表明，變質(zhì)后高速鋼淬火后硬度，因殘余奧氏體增多而隨淬火溫度升高而不斷下降。回火后硬度則隨淬火溫度升高而升高。淬火溫度為1080℃時(shí)，硬度可達(dá)66HRC以上，這是因?yàn)樵囼?yàn)用的高速鋼的平衡碳量偏高，碳飽和濃度偏低。結(jié)合奧氏體晶粒度考慮，該鋼淬火溫度為1080℃。如在淬火后，常規(guī)回火前，先進(jìn)行一次380℃低溫回火，則可使回火后的硬度及紅硬性均得到提高，這是因?yàn)?80℃低溫回火可以促使隨后的常規(guī)回火時(shí)析出的碳化物更加彌散，故而提高了回火后的硬度及紅硬性。

2.3熱處理工藝對(duì)耐磨性的影響

試驗(yàn)表明，各種成分的高碳高釩系高速鋼的硬度較高，其耐磨性均優(yōu)于高鉻鑄鐵，在高碳高釩系高速鋼中，具有彌散分布MC型碳化物的合金（見圖3）的耐磨性能明顯優(yōu)于其它成分的合金，其中含釩8%時(shí)耐磨性較佳。從磨損表面還反映，2M028V高速鋼磨痕淺而細(xì)，犁削不太明顯，所以耐磨性最高，其主要原因是其組織中存在大量的細(xì)小彌散分布的高硬度碳化物，既可以有效地保護(hù)基體，阻止磨粒的切入，減少切入深度，又能夠減少疲勞脫落。

3 結(jié)語

用高速鋼制作軋輥，不含鎢的高碳Fe-1.8%C-4%Cr-6%Mo-6%V高速鋼輥環(huán)獲得最佳組織的熱處溫度為:11OO℃淬火+550℃兩次回火。只要淬火溫度高于1050℃，高速鋼淬火+回?zé)崽幚砗蟮玫降挠捕榷枷喈?dāng)高，并且在1050℃左右出現(xiàn)一個(gè)相對(duì)的峰值。超過1050℃隨著淬火溫度的升高，硬度值有所下降。

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