9Cr2Mo冷轧轧辊工艺设计

目录关键词：9Cr2Mo；热处理；硬度 (2)引言： (2)一、冷轧辊的工作条件、失效分析、性能要求 (2)1.1 冷轧辊的工作条件 (2)1.2 冷轧辊的失效分析 (3)裂纹的原因 (3)剥落的原因 (3)1.3 冷轧辊的性能要求 (3)1.3.1 淬硬层深度的影响 (4)1.3.2 耐磨性和抗辊印技术的影响 (4)二、材料选择 (5)三、加工工艺 (6)3.1 正火处理以及球化退火 (6)3.1.1 正火目的 (6)3.1.2 球化退火目的 (6)3.1.3 正火及退火工艺曲线图如下 (6)3.2 调质处理 (7)3.2.1 调质目的 (7)3.2.2 调质工艺曲线图 (8)3.3 中频淬火 (8)3.3.1中频淬火加热前整体预热 (9)3.3.2中频淬火 (9)3.4 回火 (9)3.5 冷处理 (10)3.5.1冷处理目的 (10)3.5.2 9Cr2Mo轧辊冷处理结果 (10)3.6 返修处理 (11)结论： (11)四、轧辊失效后的修复 (11)4.1 小面积剥落的修复 (11)4.2 大面积剥落的修复 (12)结论 (12)结束语 (12)9Cr2Mo冷轧轧辊工艺设计摘要：9Cr2Mo是冷轧辊常用的钢号，硬度是冷轧辊综合性能的一个重要指标。

如果冷轧辊的硬度过高，抗裂性就差；降低轧辊硬度，虽能改善抗裂性，但耐磨性降低。

因此，设计一种具有高而均匀的硬度和足够的淬硬层以及良好的耐热性，耐磨性的冷轧轧辊具有重要意义。

关键词：9Cr2Mo；热处理；硬度；失效分析引言：轧辊是轧钢的主要大型工具，也是轧机上的主要消耗部件。

经过几十年的发展，我国轧辊制造技术和材质品种方面有很大的发展。

随着我国轧钢装备的改造和不断从国外引进先进轧机，轧机向自动化、连续化、重型化方向发展，对轧辊的尺寸精度、表面精度、机械性能要求更高。

因此，为现代化轧机配备高性能的轧辊成为我国轧辊制造行业面临的新课题，而轧辊的不同性能品质又直接影响到冷轧的生产。

这些来自轧机和轧制产品的需求变化，正在拉动着冷轧辊制造企业不断提高轧辊的耐冲击、耐磨、强度、韧性、抗疲劳等性能，不断开发新型冷轧辊制造和使用维护技术以适应现代轧机和生产的需求。

一、冷轧辊的工作条件、失效分析、性能要求1.1 冷轧辊的工作条件轧辊在使用中工作环境较为恶劣，除了压力大、摩擦发热、冷却外，带钢上有很多很硬的氧化皮，氧化皮对轧辊表面不均匀磨损，破坏了轧辊的原孔型尺寸，生产出的焊管就不能保证质量。

在轧制过程中，带钢在轧辊的摩擦带动下向前运行，带钢的边角对轧辊的破坏更大，对轧辊的表面划伤较大，影响钢管的外观质量，所以轧辊必须保证高的硬度和耐磨性。

宏观磨损量决定了冷轧辊的寿命。

1.2 冷轧辊的失效分析裂纹的原因由于冷轧辊具有很高的耐磨性和极小的塑性变形，因此，要求冷轧辊表面有较高硬度和较厚的硬化层。

采用冷轧辊的材质是9Cr2Mo．经表面淬火和回火后得到HS96的表面硬度。

轧辊表面非常硬而脆。

同时热稳定性差，具有很高的开裂敏感性。

轧辊的热冲击强度、抗拉强度和接触疲劳强度等性能直接影响轧辊的使用质量．轧辊使用过程中．遇到断带和异物进入等事故时，轧辊表面就受到热中击，而且此类故俸目前无法完全避免，所以耐热冲击性能成为冷轧的最重要特性之一。

断带或粘辊是由于钢带在工作辊之间产生大量堆积，严重时会使轧辊局部受较大压力，导致带钢和辊面产生焊合．这就使轧辊表面经受了热冲击，轧辊的损伤程度决定于事故的严重程度．产生裂纹的因素取决于轧辊的性能和使用条件。

轧辊本身制造缺陷引起的裂纹出现在轧辊内部，而操作不当在表面和次表层产生裂纹。

剥落的原因由于冷轧辊工作条件所限，高表面硬度，良好的抗热冲击性，抗剥落性和耐磨性是冷轧辊选材的主要标准，我国高硬度冷轧辊一般均选用铬旨金高碳锻钢材料，如：9Cr，Mo，9cr，MoV．9Cr，W等．铬合金高碳钢在淬火发生相变，由合金奥氏体转变成合金马氏体时，由于马氏体比客大．淬硬部位体积增大．轧辊辊面受内层拉力影响，处于压应力的控制之下，表面淬火后，表层已形成马氏体，体积膨胀．而内层心部无此变化，所以，表层对辊身有一个使体积扩大的拉力，选个拉力在金属强度薄弱区。

很容易产生裂纹，随着这些裂纹的发展延伸会导致辊面剥落，严重者甚至断裂。

1.3 冷轧辊的性能要求在冷轧过程中，轧辊表面承受着很大的挤压应力和强烈的磨损；高速轧制时，还会造成辊面裂纹。

故应具有极高而均匀的硬度，一定深度的硬化层以及良好的耐磨性与抗裂性。

1.3.1 淬硬层深度的影响我国锻钢冷轧工作辊材质从轴承钢(GCrl5)开始，9Cr2Mo、86CrMoV7、Cr3到现在的Cr5、半高速钢，使得轧辊的淬硬层深度越来越深，Cr5和半高速钢可以达到单边40 mm以上。

目前Cr3、Cr5通过双频淬火工艺，淬硬层深度已经能够满足冷轧用户不再进行重淬处理的使用要求，可有效防止因重淬造成的精度丧失问题。

另外辊坯使用电渣重熔工艺后，使得轧辊材质的组织偏析、纯净度有了很大的改善，作为轧辊非常关键指标的整个工作层的组织均匀性也有很大提高，从而保证了轧辊无论在新辊还是使用磨削以后，都有较好的硬度均匀性，保证深淬硬层轧辊的正常使用。

1.3.2 耐磨性和抗辊印技术的影响为提高生产效率，冷轧单元对轧辊的耐磨性和抗辊印性能提出了要求，以延长轧制周期。

提高轧辊耐磨性及抗辊印性能主要是通过合金化及特殊热处理工艺来实现。

耐磨性主要与碳化物硬度、类型、分布、含量有关。

通过调整轧辊的合金配比，改变轧辊的碳化物类型，通过特殊热处理以获得硬度更高、分布更弥散的碳化物和较有韧性的基体组织，控制残余奥氏体含量来实现轧辊的高耐磨性。

目前国内已经开发出了相应的高耐磨，主要应用在平整机及连轧的后机架上。

轧辊的抗辊印原理已经被制造和使用双方共同理解。

总体而言辊印的产生是一个系统问题，必须多方面采取措施才能有效解决。

但抗辊印轧辊可以有效降低辊印出现的几率，在轧制汽车板、家电板等高表面质量要求的产品时效果明显。

抗辊印原理主要是基体强化，提高轧辊的基体硬度，增加抗压人性能。

二、材料选择在冷轧过程中，轧辊表面承受着很大的挤压应力和强烈的磨损，高速轧制时，还会造成辊面裂纹。

故应具有极高而均匀的硬度，一定深度的硬化层以及良好的耐磨性与抗裂性. 因此冷轧轧辊用钢选用高碳合金钢，主要有9Cr ，9cr2，9Cr2W，9Cr2MO等。

这类钢含碳量一般为0.75 -1.5 %,加入少量的合金元素,一般为3% -5%. 根据轧辊直径大小选用不同的钢号。

如表1 所示.钢中高碳含量可以保证轧辊具有较高的硬度，增加适量的铬、钼或钨等合金元素可以增强钢的淬透性与耐磨性能。

同时必须限制锰、镍等元素的含量。

锰、镍等元素会增加残余奥氏体。

在高应力作用下残余奥氏体转变为马氏体时，造成的局部应力会产生显微裂纹。

当受到交变疲劳应力作用时，这些显微裂纹会逐渐扩大，最后崩落。

冷轧工作辊用钢的化学成分如表2所示因此选择9Cr2Mo作为冷轧辊的材料。

9Cr2Mo具有较好的塑性、焊接性能和冲击韧性，冷热加工性能及低、中温性能也很好，有一定的耐蚀性。

其力学性能为：抗拉强度 σb (MPa)：390～570；屈服强度 σs (MPa)：≤16时:≥295；＞16～35时:≥275； ＞35～50时: ≥255； ＞50～100 时: ≥235；伸长率 δ5 (％)：≥23。

如下表为9Cr2Mo 的化学成分：表1.1.1 9Cr2Mo 的化学成分 9Cr2MoCCr Mn Mo 0.85-0.951.70-2.10 0.20-0.350.20-0.40 NiP S Si ≤0.25 ≤0.25 ≤0.25 0.25-0.45三 、加工工艺3.1 正火处理以及球化退火3.1.1 正火目的正火目的是在于使冷轧辊晶粒细化和碳化物分布均匀化，去除材料的内应力，降低硬度。

3.1.2 球化退火目的淬火效果均一；减少淬火变形；提高淬火硬度；提高耐磨性和抗点蚀性；抑制淬裂、淬弯等现象；3.1.3 正火及退火工艺曲线图如下正火处理 调制处理回火 冷处理中频淬火图3.1.2 Φ＞400mm 9Cr2Mo轧辊正火及退火工艺9Cr2Mo钢的Accm约为860℃,终锻度控制在750 ～850℃,虽然锻造时有碳化物析出, 但通过变形,大的碳化物沿变形方向被拉断;降低终锻温度,细化了奥氏体晶粒,晶界面积增大, 碳化物在晶界上分布更分散;通过喷雾冷却,抑制了奥氏体中的碳化物析出,防止了在晶界上形成连续的网状碳化物。

最后奥氏体转变为细小的，片状伪共析珠光体,其碳含量高于正常珠光体的碳含量。

在球化退火过程中, 经过790+15℃保温,细小的片状珠光体中的碳化物很容易从中间熔断, 分布在不均匀的奥氏体中, 形成了大量弥散分布的碳化物质点: 经过缓冷, 奥氏体继续析出碳化物, 这些碳化物质点作为非自发核心, 奥氏体的碳富集区便成为碳化物晶核长成晶粒, 最后经过720±10℃等温, 聚集长大为一定尺寸的粒状渗碳体, 从而获得良好的球化组织。

3.2 调质处理3.2.1 调质目的调质处理的目的，在于消除网状碳化物，细化碳化物并使片状珠光体球化，为最终热处理做好组织准备，同时改变主动支承辊的心部组织，使其得到良好的机械性能，同时也保证辊径部位相应的硬度要求。

不同的原始组织对淬火加热的相变点、晶粒的过热倾向、奥氏体晶粒的均匀性、马氏体针的粗化程度和硬度的均匀性都有很大的影响。

球状珠光体组织比片状珠光体组织在上述诸方面都表现较好的特性，如淬裂敏感性低、晶粒度长大倾向小、晶粒度均匀，淬火后可得到细针状马氏体组织及少量的残余奥氏体等等。

对主动支承辊心部来说，球状珠光体组织比片状珠光体组织有较好的综合力学性能。

网状碳化物的存在，不仅使主动支承辊在最终热处理时容易淬裂，而且影响其疲劳性和韧性。

锻件中严重的网状碳化物，虽然经过锻后热处理及正火和回火处理，也往往不能彻底消除，使部分片状珠光体保留下来。

采用调质处理可进一步改善组织，获得碳化物符合要求等级的球状珠光体组织。

3.2.2 调质工艺曲线图图3.2.2 Φ＞400mm 9Cr2Mo主动支承辊调质处理为使高碳铬钢中的碳化物较完全的溶解，充分发挥合金元素的作用，必须选择足够高的加热温度。

实验证明，低于875℃的加热温度，淬火后组织中保留着大量未溶解的碳化物。

高于920℃加热，碳化物虽然全部溶解，但会发生晶粒长大，淬火后得到粗针马氏体组织。

在淬火时易造成较大的组织应力，容易开裂。

所以最适宜的加热温度为880~900℃。

淬火后可以得到细针状马氏体和少量未溶的碳化物。

调质工艺曲线见图3.2.2。

调质后进行检验，硬度为262~274HB （39~41HS），硬度合格。

超声波探伤检验，内部没有超标缺陷，合格。