合金元素及組織對冷軋鋁工作輥磨削性能的影響

梁建立 韓維國 韓玉梁 葛曉紅

摘要：通過對現場使用的冷軋鋁工作輥成分、組織的檢測分析，以及設計不同成分、組織產品進行磨削試驗，得出了影響冷軋鋁工作輥磨削性能的原因。與其他合金元素相比，V含量多少對磨削粗糙度影響較為明顯;碳化物的形態和分布也是影響磨削粗糙度高低的顯著因子。通過調整的合金元素配比和特殊的熱處理，可以提高軋輥的磨削粗糙度，保證良好的磨削性能。

關鍵詞：冷軋輥? 粗糙度? 磨削性能? 合金元素? 熱處理工藝

Effect of Alloy Elements and Structure on Grinding Performance of Cold Rolled Aluminum Work Roll

LIANG Jianli1，2?? HAN Weiguo1，2?? HAN Yuliang1，2?? GE Xiaohong1，2

（1. State Key Laboratory of Roll Composite Materials， Xingtai， Hebei Province， 054025 China; 2. Sinosteel Xingtai Machinery Mill Roll Co.， Ltd.， Xingtai， Hebei Province， 054025 China）

Abstract： Through the detecting and analyzing the composition and organization of cold-rolled aluminum work rolls used in the field， and designing different composition and structure products for grinding test， the reasons that affect the grinding performance of cold-rolled aluminum work rolls are obtained. Compared with other alloy elements， V content has an obvious effect on grinding roughness; The morphology and distribution of carbides are also significant factors affecting the grinding roughness. By adjusting the alloy element ratio and special heat treatment， the grinding roughness of roll can be improved and good grinding performance can be guaranteed.

Key Words： Cold roll; Roughness; Grinding performance; Alloying elements; Heat treatment process

國內某冷軋鋁板帶廠使用的冷軋輥對輥身磨后表面質量和粗糙度精度要求極高，磨削工藝相對苛刻。現以達到軋輥上機要求的表面質量為前提，在該廠固定磨削工藝下，一部分冷軋輥磨削后輥身粗糙度值較低（約Ra0.25～0.30），一部分軋輥的粗糙度較高（約Ra0.40±0.02）。這種差異的主要原因尚不清楚。目前，有關軋輥合金元素及熱處理組織對冷軋輥磨削性能影響的具體理論很少。本文通過對磨削性能表現不同的軋輥的組織和成分檢測結果對比分析，討論了合金元素及熱處理組織對有色冷軋輥輥身磨削性能的影響。對未來有色冷軋輥生產有一定的指導意義。

1 ?實驗室檢測及分析

1.1 成分檢測

從表1可看出，V對粗糙度影響較為明顯，Cr、Mo影響不明顯。

1.2 組織檢測

對比B輥和D輥兩組試樣，網狀碳化物存在對磨削性能有影響。網狀碳化物降低了基體組織的碳含量及合金元素含量。

1.3 性能檢測

從B輥和D輥輥身外圓弦向加工拉伸、沖擊試樣（U型口），進行檢測。

從性能結果分析，其力學性能指標相差不大;殘余應力較大的軋輥在磨削后粗糙度值較低。砂輪作用在軋輥表面時，因擠壓力及殘余應力作用，軋輥表面出現一層因塑性產生的膜，提高了耐磨性，使得粗糙度值降低^[1]。

2? ?結果及分析

磨削性能不同的軋輥Ni、V含量不同。合金元素是通過固溶到基體中及形成合金碳化物的形態和分布來影響性能的^[2]。在磨削過程中砂輪中的磨粒對軋輥表面存在切削、刻劃和拋光的綜合作用，同時磨粒也在不斷變鈍和脫落^[3]。具有網狀碳化物組織晶粒度非常細小（約10～11級），碳化物數量較多、顆粒較細、分布不均勻。碳化物具有很高的硬度和耐磨性，尤其是V形成的碳化物耐磨性更好，且熔點很高，熱處理時很難融入奧氏體中^[4]，這樣磨粒對軋輥的切削、刻劃作用相對于基體組織較粗、碳化物顆粒較大、數量較少的軋輥來說較小，而拋光作用較大。加上磨削工藝中，砂輪的顆粒較小，轉速較高，也使得切削及刻劃的作用降低，拋光作用增強，粗糙度值就略低。

通過金相組織和性能檢測對比，粗大的淬火組織及晶粒度對材料的強度、沖擊性能^[5]影響較小。碳化物形態均勻的，磨削性能較好。馬氏體級別較大、晶粒度較粗的組織對力學性能有影響，也能滿足磨削性能^[6]。

冷軋工作輥存在較高殘余壓應力，工作層硬度很高，脆性較大，韌性較差，在軋制力的綜合作用下開裂傾向較大。含有少量的Ni元素，提高低溫強度、耐沖擊性能，大大增強了抗事故性能。同時，能夠保證軋輥組織能夠與磨削工藝匹配^[7]。

3? ?結語

（1）V元素等強碳化物形成元素的含量應控制在一定比例下，對提高磨削粗糙度有利。

（2）碳化物的形態、分布、彌散度對磨削后粗糙度值有顯著影響，應避免碳化物網狀存在。

（3）晶粒度略粗大或碳化物數量及分布較少情況下，磨削粗糙度值較高。

（4）回火充分，減少殘余應力也可使磨削粗糙度值處于較高值，細化組織對改善軋輥整體力學性能有好的效果。

參考文獻

[1]王浩.氮化硅陶瓷磨削熱特性與表面質量研究[D].沈陽：沈陽建筑大學，2020.

[2]劉富金，謝世杰.合金材料中不同金屬元素對齒輪機械性能和熱處理的影響[J].世界有色金屬，2019（22）：36，38.

[3]秦園林.基于摩擦學特性的磨削表面粗糙度表征研究[D].大連：大連理工大學，2020.

[4]張陽陽，彭軍，張芳，等.合金鋼中鈦鈮釩碳氮化物的析出及稀土的影響[J].鑄造技術，2021，42（8）：727-732.

[5]張元華，王玲玲.淬火對34CrM04鋼顯微組織與力學性能的影響[J].熱加工工藝，2021，50（10）：144-146.

[6]萬雯，李光布，簡發萍.熱處理對機械齒輪鋼組織和性能的影響[J].熱加工工藝，2018，47（4）：195-198.

[7]趙新，李文平，劉德富，等.冷軋輥材料及制造技術的發展[J].大型鑄鍛件，2004（3）：38-42.