高速钢轧辊的热处理工艺
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高速钢轧辊的组织和性能与热处理有直接关 系 [ 7216 ] 。由于高速钢轧辊与传统高速工具钢在成分 、 工艺条件等方面存在着较大的差别 ,所以高速钢轧辊 的热处理不能照搬传统高速工具钢工艺 。目前国内外 对高速钢轧辊的热处理已进行了深入研究 。总结以往 在高速钢轧辊热处理方面所取得的成果 ,可用于指导 高速钢轧辊热处理工艺的制订 ,对于加速我国高速钢 轧辊的应用开发将具有重要的意义 。
表 2 1000 ℃奥氏体化后保温时间对高速钢轧辊中 碳化物体积分数 ( %)的影响 [ 9]
Table 2 Effect of hold ing tim e on carb ides volum e fraction ( %) of h igh speed steel roll wh ile austen itiz ing a t 1000 ℃[ 9]
轧辊材料
C
Si
Mn
P
S
Cr
Ni
Mo
V
W
A
1. 61
0. 68
0. 75
0. 016
0. 021
5. 30
1. 14
2. 84
4. 69
0. 02
B
1. 61
0. 89
0. 81
0. 017
0. 013
3. 43
1. 05
1. 94
5. 77
0. 05
6 1
Fe 余量 余量
图 1 高速钢轧辊材料的 CCT曲线 [7 ] ( a)轧辊 A; ( b)轧辊 B
第 35卷
B1、B2无回火二次硬化现象 ,而轧辊 C1、C2和 D 回火 二次硬化现象 ,特别是轧辊 C1、C2因钨 、钼含量高 ,且 碳含量较高 ,二次硬化现象尤为明显 。
表 3 高速钢轧辊化学成分 [ 10] (质量分数 , %) Table 3 Chem ica l com position of h igh speed steel roll[ 10] ( wt%)
5. 0
2. 5
5. 0
5. 0
1. 0
0. 9
1. 2
10. 0
余量
C2
1. 90
5. 0
5. 0
5. 0
5. 0
1. 0
0. 9
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15. 0
余量
D
1. 45
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1. 2
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余量
3 W eq =W + 2Mo,钨当量 。
摘要 :综述了淬火温度 、保温时间 、回火温度 、淬火冷却方式以及回火次数等对高速钢轧辊显微组织 、力学性能和耐磨性的影响 ,介 绍了高速钢轧辊热处理裂纹的形成机理和消除措施 ,列述了改善高速钢轧辊性能的热处理新工艺 。 关键词 :高速钢轧辊 ;热处理 ;显微组织 ;力学性能 ;裂纹 中图分类号 : TG162. 6 文献标志码 : A 文章编号 : 025426051( 2010) 0920060206
第 35卷 第 9期
2010年
9月
HEAT TREATM ENT OF M ETALS
Vol135 No19 Sep tember 2010
工艺和应用
高速钢轧辊的热处理工艺
符寒光 1 , 汪长安 2 (1. 北京工业大学 材料科学与工程学院 ,北京 100124; 2. 宝山钢铁股份有限公司 ,上海 201900)
© 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
6 2
且淬火加热温度高时 ,才会出现明显的回火二次硬化 现象 。图 3为表 3中 6组高速钢轧辊在不同温度淬火 后 ,回火温度对硬度的影响规律 , 很显然 , 轧辊 A 和
Fig. 1 CCT curves of high speed steel roll [7 ]
( a) roll A; ( b) roll B
图 2 淬火温度和冷却方式对高速钢轧辊硬度的影响 Fig. 2 Influence of austenitizing temperature and cooling mode
奥氏体量少于油冷 ,而残留奥氏体硬度较低 ,因此 ,雾 冷和空冷获得最高硬度的淬火加热温度高于油冷时的 温度 。 1. 3 奥氏体化保温时间对轧辊组织和性能的影响
淬火保温时间影响高速钢轧辊的显微组织 ,孙大 乐等人 [ 9 ]将含量为 2. 28% C, 4. 66%W , 4. 79%Mo, 6. 05%V , 7. 70% Cr, 0. 60% N i, 0. 80% Si和 0. 50%M n高 速钢轧辊经 1000 ℃奥氏体化后 ,研究了显微组织变化 情况 。奥氏体化保温 2 h后 ,高速钢轧辊组织中的碳 化物以 M7 C3 型为主 ;保温 4 h后 ,碳化物以 M2 C型为 主 ;保温 6 h后 ,碳化物则以 MC型为主 。随着奥氏体 保温时间的延长 ,在铸造过程中形成的 M7 C3 型碳化 物逐渐溶解或向 M2 C型碳化物转变 ,同时 MC型碳化 物在晶内逐渐析出 ,且随着奥氏体化保温时间的延长 逐渐圆整为粒状或棒状 。在碳化物转变过程中 ,由于 各种碳化物的合金元素含量均不同 ,因此奥氏体化起 着合金元素吸收和释放的作用 。表 2 显示了 1000 ℃ 奥氏体化后保温时间对碳化物类型和数量的影响 。
轧辊牌号
C
W
Mo
V
Cr
Si
Mn
Ni
W eq3
Fra Baidu bibliotek
Fe
A
1. 95
1. 6
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5. 1
5. 5
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0. 9
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余量
B1
1. 95
2. 0
3. 0
3. 6
9. 0
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8. 0
余量
B2
1. 95
2. 0
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1. 0
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余量
C1
1. 90
笔者 曾 研 究 了 淬 火 加 热 温 度 及 冷 却 方 式 对 含 1. 87% C, 5. 87%V, 5. 19% Cr, 6. 52%W 和 5. 15%Mo高 速钢轧辊组织和性能的影响 ,试验结果见图 2[ 8] 。油冷 条件下 ,淬火温度低于 1025 ℃,随着淬火温度升高 ,硬 度升高 ,超过 1050 ℃,硬度反而降低 。雾冷和空冷条 件下 ,淬火温度对硬度影响结果相似 ,获得最高硬度的 淬火温度高于油冷时的淬火温度 。随淬火温度升高 , 基体中溶解的共晶碳化物数量增加 ,碳化物的尖角变 得圆滑 ,薄弱区域断开 。淬火温度 1200 ℃时 ,组织明 显粗化 。高速钢淬火硬度值除了合金的组织因素外 , 还由马氏体中饱和的碳和合金元素量及未转变的残留 奥氏体决定 。淬火温度低时 ,奥氏体中溶解的碳和合 金元素少 ,淬火转变后马氏体中饱和的碳和合金元素
Hea t trea tm en t process of h igh speed steel roll
FU Han2guang1 ,WANG Chang2an2 (1. School of M aterials Science and Engineering, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China;
1 淬火对高速钢轧辊组织和性能的影响
1. 1 高速钢轧辊冷却曲线的测试 为了 准 确 制 订 高 速 钢 轧 辊 的 热 处 理 工 艺 ,
Pellizzari等人 [ 7 ]测试了两种高速钢轧辊材料的连续冷 却曲线 ,材料成分见表 1。轧辊 A 有较高的铬 、钼含 量 ,钒含量比轧辊 B 稍低 ,轧辊经 1050 ℃奥氏体化后 的连续冷却曲线见图 1。从图 1 中可以看出 ,高速钢 轧辊的贝氏体鼻子温度低于 400 ℃,且获得贝氏体的 冷却速率低于 10 ℃ / s,当高速钢轧辊的冷却速率超过 10 ℃ / s,则获得高硬度的淬火马氏体基体 。 1. 2 淬火温度和冷却方式对轧辊组织和性能的影响
收稿日期 : 2010206207 基金项目 :国家航空科学基金 ( 2009ZF55008 ) ; 科技部中小企业创新基 金 ( 10C26213201139) 作者简介 :符寒光 (1964—) ,男 ,湖南桃江人 ,博士 ,高级工程师 ,主要从 事材料和轧辊制造技术研究 。联系电话 : 010267396244, 13911572237, E2mail: hgfu@ bjut. edu. cn
研究还发现 ,奥氏体化保温时间还影响高速钢轧 辊耐磨性 ,奥氏体化保温 2 h,高速钢的耐磨性最差 ,碳 化物剥落严重 ;保温时间延长至 4 h,高速钢轧辊磨损 均匀 ,只有少数较粗大的 M2 C型碳化物发生了剥落 ; 保温时间延长至 6 h, M7 C3 型碳化物消失 ,高硬度 MC 碳化物增加 ,没有发生碳化物脱落的现象 ,高速钢轧辊 耐磨性最好 。
奥氏体化保温时间 / h 2 4 6
M7 C3
M6C +M2C
MC
9. 0
—
2. 0
—
6. 7
5. 0
—
4. 5
6. 7
2 回火对高速钢轧辊组织和性能的影响
2. 1 高速钢轧辊的回火二次硬化 多数高速钢轧辊都存在回火二次硬化现象 ,如果
高速钢轧辊中钨 、钼含量较少 ,则回火二次硬化效果 差 ,甚至不出现回火二次硬化 ,导致回火温度升高 ,轧 辊硬度直线下降 ,只有当高速钢轧辊中钨 、钼含量高 ,
以高碳高速钢代替高铬铸铁制造轧辊已成为轧辊 的主要发展方向之一 [ 123 ] 。高速钢轧辊自 1988年在日 本首次成功应用于热轧带钢轧机以来 ,发展迅猛 ,国外 的多条热轧带钢生产线的精轧前段已全部采用高速钢 轧辊 。高碳高速钢中增加钒含量 ,易形成大量高硬度 MC型碳化物 ,使高速钢轧辊的使用寿命比高铬铸铁 轧辊提高 2～4倍 [ 426 ] 。国内的宝钢和太钢等企业使用 进口高速钢轧辊也获得了很好的效果 。目前 ,高速钢 轧辊已引起了我国轧辊制造和使用企业的极大关注 , 已有多家企业在试制或小批量生产高速钢轧辊 。
© 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
第 9期
符寒光 ,等 :高速钢轧辊的热处理工艺
表 1 高速钢轧辊化学成分 (质量分数 , %) Table 1 Chem ica l com position of h igh speed steel roll ( wt%)
on hardness of high speed steel roll
含量也较少 ,故硬度相对较低 。淬火温度超过 1100 ℃ 后 ,奥氏体中溶解的碳和合金元素含量过多 , M s点下 降 ,奥氏体稳定性增加 ,淬火组织中残留奥氏体增多 , 导致硬度明显下降 。在 1025～1075 ℃淬火时 ,马氏体 中溶解的碳含量和合金元素含量合适 ,获得了硬度的 峰值 。由于雾冷和空冷的冷却速率小于油冷 ,相同淬 火温度下 ,雾冷和空冷高速钢轧辊淬火组织中的残留
2. Baoshan Iron & Steel Co. , L td. , Shanghai 201900, China) Abstract: The effects of quenching and tempering temperature, quenching method, tempering time on m icrostructure, mechanical p roperties and wear resistance of high speed steel ( HSS) roll were summarized. The form ing mechanism and elim inating measure of HSS roll crack during the heat treatment are introduced. A t last, the novel heat2treatment p rocesses for imp roving the p roperty of HSS roll are put forward. Key words: high speed steel roll; heat treatment; m icrostructure; mechanical p roperty; crack
表 2 1000 ℃奥氏体化后保温时间对高速钢轧辊中 碳化物体积分数 ( %)的影响 [ 9]
Table 2 Effect of hold ing tim e on carb ides volum e fraction ( %) of h igh speed steel roll wh ile austen itiz ing a t 1000 ℃[ 9]
轧辊材料
C
Si
Mn
P
S
Cr
Ni
Mo
V
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A
1. 61
0. 68
0. 75
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1. 14
2. 84
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B
1. 61
0. 89
0. 81
0. 017
0. 013
3. 43
1. 05
1. 94
5. 77
0. 05
6 1
Fe 余量 余量
图 1 高速钢轧辊材料的 CCT曲线 [7 ] ( a)轧辊 A; ( b)轧辊 B
第 35卷
B1、B2无回火二次硬化现象 ,而轧辊 C1、C2和 D 回火 二次硬化现象 ,特别是轧辊 C1、C2因钨 、钼含量高 ,且 碳含量较高 ,二次硬化现象尤为明显 。
表 3 高速钢轧辊化学成分 [ 10] (质量分数 , %) Table 3 Chem ica l com position of h igh speed steel roll[ 10] ( wt%)
5. 0
2. 5
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余量
C2
1. 90
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5. 0
1. 0
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余量
D
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5. 0
5. 0
5. 0
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1. 0
0. 9
1. 2
15. 0
余量
3 W eq =W + 2Mo,钨当量 。
摘要 :综述了淬火温度 、保温时间 、回火温度 、淬火冷却方式以及回火次数等对高速钢轧辊显微组织 、力学性能和耐磨性的影响 ,介 绍了高速钢轧辊热处理裂纹的形成机理和消除措施 ,列述了改善高速钢轧辊性能的热处理新工艺 。 关键词 :高速钢轧辊 ;热处理 ;显微组织 ;力学性能 ;裂纹 中图分类号 : TG162. 6 文献标志码 : A 文章编号 : 025426051( 2010) 0920060206
第 35卷 第 9期
2010年
9月
HEAT TREATM ENT OF M ETALS
Vol135 No19 Sep tember 2010
工艺和应用
高速钢轧辊的热处理工艺
符寒光 1 , 汪长安 2 (1. 北京工业大学 材料科学与工程学院 ,北京 100124; 2. 宝山钢铁股份有限公司 ,上海 201900)
© 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
6 2
且淬火加热温度高时 ,才会出现明显的回火二次硬化 现象 。图 3为表 3中 6组高速钢轧辊在不同温度淬火 后 ,回火温度对硬度的影响规律 , 很显然 , 轧辊 A 和
Fig. 1 CCT curves of high speed steel roll [7 ]
( a) roll A; ( b) roll B
图 2 淬火温度和冷却方式对高速钢轧辊硬度的影响 Fig. 2 Influence of austenitizing temperature and cooling mode
奥氏体量少于油冷 ,而残留奥氏体硬度较低 ,因此 ,雾 冷和空冷获得最高硬度的淬火加热温度高于油冷时的 温度 。 1. 3 奥氏体化保温时间对轧辊组织和性能的影响
淬火保温时间影响高速钢轧辊的显微组织 ,孙大 乐等人 [ 9 ]将含量为 2. 28% C, 4. 66%W , 4. 79%Mo, 6. 05%V , 7. 70% Cr, 0. 60% N i, 0. 80% Si和 0. 50%M n高 速钢轧辊经 1000 ℃奥氏体化后 ,研究了显微组织变化 情况 。奥氏体化保温 2 h后 ,高速钢轧辊组织中的碳 化物以 M7 C3 型为主 ;保温 4 h后 ,碳化物以 M2 C型为 主 ;保温 6 h后 ,碳化物则以 MC型为主 。随着奥氏体 保温时间的延长 ,在铸造过程中形成的 M7 C3 型碳化 物逐渐溶解或向 M2 C型碳化物转变 ,同时 MC型碳化 物在晶内逐渐析出 ,且随着奥氏体化保温时间的延长 逐渐圆整为粒状或棒状 。在碳化物转变过程中 ,由于 各种碳化物的合金元素含量均不同 ,因此奥氏体化起 着合金元素吸收和释放的作用 。表 2 显示了 1000 ℃ 奥氏体化后保温时间对碳化物类型和数量的影响 。
轧辊牌号
C
W
Mo
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Cr
Si
Mn
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W eq3
Fra Baidu bibliotek
Fe
A
1. 95
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余量
B1
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B2
1. 95
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0. 9
1. 2
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余量
C1
1. 90
笔者 曾 研 究 了 淬 火 加 热 温 度 及 冷 却 方 式 对 含 1. 87% C, 5. 87%V, 5. 19% Cr, 6. 52%W 和 5. 15%Mo高 速钢轧辊组织和性能的影响 ,试验结果见图 2[ 8] 。油冷 条件下 ,淬火温度低于 1025 ℃,随着淬火温度升高 ,硬 度升高 ,超过 1050 ℃,硬度反而降低 。雾冷和空冷条 件下 ,淬火温度对硬度影响结果相似 ,获得最高硬度的 淬火温度高于油冷时的淬火温度 。随淬火温度升高 , 基体中溶解的共晶碳化物数量增加 ,碳化物的尖角变 得圆滑 ,薄弱区域断开 。淬火温度 1200 ℃时 ,组织明 显粗化 。高速钢淬火硬度值除了合金的组织因素外 , 还由马氏体中饱和的碳和合金元素量及未转变的残留 奥氏体决定 。淬火温度低时 ,奥氏体中溶解的碳和合 金元素少 ,淬火转变后马氏体中饱和的碳和合金元素
Hea t trea tm en t process of h igh speed steel roll
FU Han2guang1 ,WANG Chang2an2 (1. School of M aterials Science and Engineering, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China;
1 淬火对高速钢轧辊组织和性能的影响
1. 1 高速钢轧辊冷却曲线的测试 为了 准 确 制 订 高 速 钢 轧 辊 的 热 处 理 工 艺 ,
Pellizzari等人 [ 7 ]测试了两种高速钢轧辊材料的连续冷 却曲线 ,材料成分见表 1。轧辊 A 有较高的铬 、钼含 量 ,钒含量比轧辊 B 稍低 ,轧辊经 1050 ℃奥氏体化后 的连续冷却曲线见图 1。从图 1 中可以看出 ,高速钢 轧辊的贝氏体鼻子温度低于 400 ℃,且获得贝氏体的 冷却速率低于 10 ℃ / s,当高速钢轧辊的冷却速率超过 10 ℃ / s,则获得高硬度的淬火马氏体基体 。 1. 2 淬火温度和冷却方式对轧辊组织和性能的影响
收稿日期 : 2010206207 基金项目 :国家航空科学基金 ( 2009ZF55008 ) ; 科技部中小企业创新基 金 ( 10C26213201139) 作者简介 :符寒光 (1964—) ,男 ,湖南桃江人 ,博士 ,高级工程师 ,主要从 事材料和轧辊制造技术研究 。联系电话 : 010267396244, 13911572237, E2mail: hgfu@ bjut. edu. cn
研究还发现 ,奥氏体化保温时间还影响高速钢轧 辊耐磨性 ,奥氏体化保温 2 h,高速钢的耐磨性最差 ,碳 化物剥落严重 ;保温时间延长至 4 h,高速钢轧辊磨损 均匀 ,只有少数较粗大的 M2 C型碳化物发生了剥落 ; 保温时间延长至 6 h, M7 C3 型碳化物消失 ,高硬度 MC 碳化物增加 ,没有发生碳化物脱落的现象 ,高速钢轧辊 耐磨性最好 。
奥氏体化保温时间 / h 2 4 6
M7 C3
M6C +M2C
MC
9. 0
—
2. 0
—
6. 7
5. 0
—
4. 5
6. 7
2 回火对高速钢轧辊组织和性能的影响
2. 1 高速钢轧辊的回火二次硬化 多数高速钢轧辊都存在回火二次硬化现象 ,如果
高速钢轧辊中钨 、钼含量较少 ,则回火二次硬化效果 差 ,甚至不出现回火二次硬化 ,导致回火温度升高 ,轧 辊硬度直线下降 ,只有当高速钢轧辊中钨 、钼含量高 ,
以高碳高速钢代替高铬铸铁制造轧辊已成为轧辊 的主要发展方向之一 [ 123 ] 。高速钢轧辊自 1988年在日 本首次成功应用于热轧带钢轧机以来 ,发展迅猛 ,国外 的多条热轧带钢生产线的精轧前段已全部采用高速钢 轧辊 。高碳高速钢中增加钒含量 ,易形成大量高硬度 MC型碳化物 ,使高速钢轧辊的使用寿命比高铬铸铁 轧辊提高 2～4倍 [ 426 ] 。国内的宝钢和太钢等企业使用 进口高速钢轧辊也获得了很好的效果 。目前 ,高速钢 轧辊已引起了我国轧辊制造和使用企业的极大关注 , 已有多家企业在试制或小批量生产高速钢轧辊 。
© 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
第 9期
符寒光 ,等 :高速钢轧辊的热处理工艺
表 1 高速钢轧辊化学成分 (质量分数 , %) Table 1 Chem ica l com position of h igh speed steel roll ( wt%)
on hardness of high speed steel roll
含量也较少 ,故硬度相对较低 。淬火温度超过 1100 ℃ 后 ,奥氏体中溶解的碳和合金元素含量过多 , M s点下 降 ,奥氏体稳定性增加 ,淬火组织中残留奥氏体增多 , 导致硬度明显下降 。在 1025～1075 ℃淬火时 ,马氏体 中溶解的碳含量和合金元素含量合适 ,获得了硬度的 峰值 。由于雾冷和空冷的冷却速率小于油冷 ,相同淬 火温度下 ,雾冷和空冷高速钢轧辊淬火组织中的残留
2. Baoshan Iron & Steel Co. , L td. , Shanghai 201900, China) Abstract: The effects of quenching and tempering temperature, quenching method, tempering time on m icrostructure, mechanical p roperties and wear resistance of high speed steel ( HSS) roll were summarized. The form ing mechanism and elim inating measure of HSS roll crack during the heat treatment are introduced. A t last, the novel heat2treatment p rocesses for imp roving the p roperty of HSS roll are put forward. Key words: high speed steel roll; heat treatment; m icrostructure; mechanical p roperty; crack