热处理工艺对HSS轧辊性能的影响

轧辊是轧钢生产中的主要消耗备件,其性能好坏直接影响轧材的表面质量和轧材的成本,在轧钢生产中占有重要地位。

高速钢轧辊的是从1988年开始采用的,至今
我国所用的高速钢轧辊大多依赖进口[1]。

为了在轧辊技术上赶超世界先进水平,必须加快我国高速钢轧辊的研制与开发。

本文通过研究化学成分、变质处理及热处理工艺对高速钢轧辊的显微组织结构和性能的影响,试图为高速钢轧辊的生产提供科学依据。

1 锻造高速钢轧辊常用成分及特点
20世纪80年代末以前,锻造高速钢轧辊已用于制造多辊轧机的工作辊和中间辊,使用的是标准类型钨钥高速钢,如美国M2、M4
和高碳类型的T15等[2]
,其成分见表1。

高速钢轧辊是利用具有高硬度,尤其是具有很好红硬性、耐磨性和淬透性的高
表1 锻造用高速钢轧辊的成分
热处理工艺对H S S 轧辊性能的影响
许岚
(苏州工业职业技术学院 江苏苏州 215021)
摘 要:本文介绍了高速钢轧辊的特点,并对高速钢轧辊的热处理工艺进行实验,研究出不同的热处理工艺对高速钢轧辊组织性能的影响。

关键词:高速钢 轧辊 热处理 硬度中图分类号:T G 113.2文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)10(b)-0090-02
图3 颗粒状的M C 型碳化物
图1
图2
速钢作为轧辊的工作层,用满足韧性要求
的锻钢、铸钢、高强度灰铁或球铁作为轧辊的芯部材料,把工作层和芯部以冶金结合的方式复合起来的高性能轧辊。

其主要特点如下:
以往使用的轧辊工作层,其基体上分布的多为M3C型或M7C 3型共晶碳化物,组织粗大,硬度较低。

高速钢轧辊的工作层一般采用高碳、高钒型高速钢,工作层的基体上分布着高硬度M 6C ,M C 型碳化物。

高速钢轧辊外层因含有较多的钨、铬、钥、钒等元素,具有较好的热稳定性,在高温下具有高的硬度,用作热轧工作辊具有良好的耐磨性。

2 高速钢轧辊的热处理研究
生产轧辊的关键在于热处理,尤其是大型轧辊。

轧辊的热处理关键是在保证性能的前提下防止开裂。

通常高速钢的热处
理是淬火+回火。

在加热到高温时,钢中的
二次碳化物充分溶解,一次共晶碳化物部分溶解。

这些碳化物所含有的碳和合金元素溶入奥氏体中,增加了奥氏体中的碳和合金元素的含量。

在淬火时它们固溶于贝氏体和马氏体中,而在回火时析出了弥散状的碳化物,使钢呈现出比淬火时硬度还要高的“二次硬度”。

因此,高速钢淬火时的加热,可在保证晶粒不长大的原则下,尽可能提高加热温度。

通过实验,将经过1.0%钒铁变质处理的F e-1.8%C -4%C r-6%Mo -6%V 高速钢辊环,线切割成9块试样(20x2Ox120),分别采用1050℃、1100 ℃和1180 ℃三个温度淬火,淬完后交叉采用530℃、550℃和570℃三个不同温度回火,回火加热与冷却速度应较慢以防止开裂,回火3～4次。

考察热处理条件对残留奥氏体数量的影响(见图1)及对高速钢硬度的影响(见图2)。

由图2可见,试验表明:F e -1.8%C -4%C r-6%M o -6%v 高速钢的硬度随淬火温度的升高,其变化规律是先升高然后降低,在11OO℃左右淬火时硬度达到峰值。

淬火温度超过1100℃,随着淬火温度升高,硬度反而降低。

因为淬火后的硬度值除了与合金的组织因素有关外,还由马氏体中饱和的碳和合金元素含量及未转变的残余奥氏体所决定。

2.1热处理工艺对冲击韧性和硬度的影响
采用适当的热处理工艺对高速钢进行处理时,提高热处理的温度可使冲击韧性有较明显的提高。

提高淬火温度,在较高温度淬火温度下保温,有利于合金元素的扩散和碳化物的溶解,在回火时可以弥散析出,减小碳化物不均匀分布和对基体的割裂作用;另外,一般高速钢的回火特点是:在硬度和强度出现峰值的回火温度下往往塑性有所下降,提高回火温度,由于马氏体的分解和合金碳化物的聚积,会使硬度、强
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分摊机械施工时造成的骨料堆积并对仓面进行局部平整;边摊铺边检查,保证碾压层厚度均匀。

平仓方向平行于渠道轴线,避免在重要部位形成可能的顺水方向的薄弱带。

胶结砂碾压,铺料厚度按经监理人批准的碾压试验确定的铺设厚度进行控制,现场检查在铺料平仓过程中,检查铺料厚度,检查铺料厚度采用水准仪现场监控,为保证胶结砂压实厚度,在平仓结束后,一定要检查虚铺厚度是否符合要求。

5.6碾压
依据碾压试验确定的碾压工艺进行碾压。

及时用核子密度仪进行胶结砂压实容重检查,不符合要求的要增加碾压变数,达到设计标准为止。

振动碾在进入仓面前应将振动轮清洗干净。

碾压方向垂直于水流方向可避免碾压条带接触不良形成渗水通道。

碾压中条带之间采用搭接法,该工程根据选用的振动碾轴距来决定搭接宽度为20～30cm,端头部位搭接宽度为100cm左右,保证了振动碾的前后轮都进入搭接范围。

无振碾压可以弥合细微的表面裂纹。

为避免因为拌和物放置时间过长而引起胶结砂质量问题,对拌和物自拌和到碾压完毕的时间有所限制,具体应根据不同天气条件下砼V C值变化情况和对压实容重的影响来确定。

一般情况下,碾压工作应在胶结砂拌和后2h内完成,对于气温较高的天气,还应缩短,低温或多雨天气,可适当延长。

与下一条带同时碾压的部位,完成碾压的时间应严格控制在能够满足结合质量的最大层间间隔时间内。

5.7切缝
本工程胶结砂保护层厚度35cm,纵缝、
横缝间距5m,切半缝,缝宽5～10mm,缝深
20cm。

在碾压胶结砂施工结束达到终凝后,
进行诱导缝施工,采用切缝机直接按设计
规定施工。

一般在施工结束后三天为宜。

采
用机器切缝时,严格控制切割深度,不得破
坏胶结砂保护层下部的膨润土防水毯,亦
不得切缝深度不足。

5.8养护
施工中碾压胶结砂仓面应保持湿润,
施工过程中和碾压完毕后的仓面,应防止
外来水的流入。

碾压胶结砂终凝后即开始
洒水覆盖养护,养护时间为28天。

在切缝完
成后洒水湿润,铺设表面30cm砂料保护层,
替代养护。

6 施工注意事项
(1)碾压胶结砂用水量少,对砂、粉煤灰
的含水量极为敏感,故严格控制骨料的含
水量。

(2)严格控制胶结砂配合比及投料顺
序、拌合时间,保证胶结砂拌和均匀性。

(3)为了确保碾压胶结砂层间结合良
好,必须控制施工层间间隔时间。

(4)入仓胶结砂应及时摊铺和碾压。

(5)碾压方向垂直于水流方向可避免碾
压条带接触不良形成渗水通道。

(6)车轮夹带的污物、泥土、水分的带入
等将影响胶结砂的胶结质量,因此,设置洗
车机,冲洗轮胎,保证进入仓面车辆的整
洁,同时控制水分的带入。

(7)严禁汽车急刹车和急转弯破坏强度
还不高的胶结砂表面。

(8)为了改善振动碾碾辊外侧胶结砂的
隆起,改善搭接部位的压实质量,碾压条带
应相互搭接。

7 结语
碾压胶结砂作为一种创新技术,具有
明显的优越性,其经济性突出。

碾压胶结砂
的出现使得胶凝材料的用量大幅度降低,
胶凝材料中粉煤灰(或其他活性材料)的掺
量亦日趋增加,节约了投资。

碾压胶结砂技
术的推广,将带来良好的经济效益和社会
效益,尤其适用于中小型水利水电工程。

该
技术在我国建设领域的发展前景十分广
阔。

参考文献
[1]杨朝晖,赵其兴,等.CSG技术研究及其
在道塘水库中的应用.水利水电技术,
2007,8.
[2]王学广,王泽秀.滹沱河石家庄市区段
河道人工湖防渗技术研究.南水北调与
水利科技,2009,6.
[3]水工碾压混凝土施工规范,SL53-94.
度下降但塑性升高。

本实验采用的530℃回火正是硬度出现峰值的温度范围,所以也可能是塑性、韧性较低的温度,采用较高温度570℃回火,在损失较小硬度的情况下提高了高速钢的韧性。

所以,提高淬火温度和回火温度可以使冲击韧性有所改善。

2.2热处理工艺对红硬性的影响
在保证奥氏体晶粒不长大的前提下,提高淬火温度,可以有效的提高回火后硬度及红硬性,有可能使红硬性高于其他高速钢。

在淬火后,常规回火前增加一次380℃低温回火,可以提高回火后硬度及红硬性。

将高速钢在硬度峰值空淬,并在570℃进行回火处理,试验结果表明,随回火温度升高,硬度下降,钒量、碳量增加硬度下降的幅度变小,不难理解,碳、钒含量高,碳化物数量多,因而高温时支撑的力量大,使高温硬度降低缓慢。

有资料表明,变质后高速钢淬火后硬度,因残余奥氏体增多而随淬火温度升高而不断下降。

回火后硬度则随淬火温度升高而升高。

淬火温度为1080℃时,硬度可达66HRC以上,这是因为试验用的高速钢的平衡碳量偏高,碳饱和浓度偏低。

结合奥氏体晶粒度考虑,该钢淬火温度为1080℃。

如在淬火后,常规回火前,先进行一次380℃低温回火,则可使回火后的硬
度及红硬性均得到提高,这是因为380℃低
温回火可以促使随后的常规回火时析出的
碳化物更加弥散,故而提高了回火后的硬
度及红硬性。

2.3热处理工艺对耐磨性的影响
试验表明,各种成分的高碳高钒系高
速钢的硬度较高,其耐磨性均优于高铬铸
铁,在高碳高钒系高速钢中,具有弥散分布
MC型碳化物的合金(见图3)的耐磨性能明
显优于其它成分的合金,其中含钒8%时耐
磨性较佳。

从磨损表面还反映,2M028V高
速钢磨痕浅而细,犁削不太明显,所以耐磨
性最高,其主要原因是其组织中存在大量
的细小弥散分布的高硬度碳化物,既可以
有效地保护基体,阻止磨粒的切入,减少切
入深度,又能够减少疲劳脱落。

3 结语
用高速钢制作轧辊,不含钨的高碳Fe-
1.8%C-4%C r-6%M o-6%V高速钢辊环获
得最佳组织的热处温度为:11O O℃淬火
+550℃两次回火。

只要淬火温度高于1050
℃,高速钢淬火+回热处理后得到的硬度都
相当高,并且在1050℃左右出现一个相对
的峰值。

超过1050℃随着淬火温度的升高,
硬度值有所下降。

参考文献
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