轧辊轴的使用性能及其热处理的特点

2021-04-02 16:45:17 山西中信重工 0

       冶金轧辊锻件是金属轧制设备上必备的主要零件,它做为一种特殊工具用来使金属产生塑性变形,轧制出各种轧材产品。由于轧辊的服役条件特殊、消耗量大并与轧材质量成本息息相关,因而对轧辊的使用性能提出很高要求。这使轧辊制造形成了一个独立的行业,有许多轧辊制造者持续不断地对轧混材质、制造工艺及使用性能进行深入研究,以满足各种使用需求。
 
      轧辊不同于一般结构件,工况条件复杂多样,轧制过程中轧辊本体要承受很高的应力,主要是弯曲应力和摩擦力等,主传动辊还要承受巨大的扭矩。辊身表面则要长时间承受摩擦、磨损、冲击、接触应力和激冷激热造成的疲劳现象等,所以,除常规的力学性能外,各种轧机对轧辊的使用性能提出了一系列区别于其他产品的特殊要求。
       1.抗折断性  辊身和辊颈承受工作应力而不发生横向断裂的能力。针对具体的使用条件,主要是应具有足够的强度和韧性,并且不存在可能导致断裂的制造缺陷。
       2.耐磨性  轧辊辊身工作部位在轧制过程中抵抗失重或尺寸减小的能力。应予说明一点,轧辊在热态的耐磨性和在冷态的附磨性并不一定是等同的,一支轧辊在冷态使用相对耐磨性好不等于在热态相对耐磨性也好,反之亦然。工作辊的磨损机理都是多种型式并存,有滚动摩擦、轧材塑变造成的滑动摩擦及氧化皮带来的磨粒磨损等。
       3. 抗剥落性  轧辊在接触应力长时间作用下而不产生辊身掉块现象的能力。
       4.抗热裂性  热轧用工作辊经受来自轧材和冷却液的激冷激热作用而产生热疲劳,抵抗这种作用而不产生网状龟裂或使网裂细化变浅的能力。
       5.抗热冲击性  工作辊在咬入热坯时辊面局部快速升温或遇卡钢等事故时由于摩擦使辊面剧烈升温,抵抗这种热冲击而不产生裂纹及剥落的能力称为抗热冲击性,是衡量工作辊使用性能的重要标志。
       另外,还有抗粗糙性、咬入性等。对一台具体轧机的具体轧辊,其使用性能要求会有所侧重,有时则要求兼备几种性能。

锻件

       轧辊产品特殊的使用性能要求,使得轧辊材质选择和设计必须具有一系列特点,通用钢难以满足要求。经过世界各国辊制造者多年的创造性工作,现已形成了专用的轧辊材料系列。 粗略可分为铸钢、锻钢、铸铁及锻造白口铁四大类轧辊材料。各类材质成分和组织各有特点,分别适用于不同的轧辊领域。
       目前我国大型锻造轧辊年产量约为2万吨水平,占轧辊总产量的10%左右,日本达到3万吨,约占20%。
       锻钢轧辊主要应用在要求高强度抗折断性好的大型初轧辊和热带钢连轧机粗轧前架轧辊,以及要求冷态耐唐性、抗剥落性优良的冷轧工作辊和大型支承辊。
       锻钢轧辊材质主要是含0.4%~1.0%C,1%~5%Cr的中、高碳Cr(Ni)Mo(V)合金钢,属于合金工具钢。具有较高的淬硬性和淬透性。工作层经过淬火回火热处理后得到马氏体、贝氏体、索氏体或细珠光体基体组织,基体上均匀分布10%以下的二次合金碳化物,特别是大量应用Cr合金化以获得耐磨性和抗接触疲劳强度,材质的发展也是以逐步提高Cr含最为总体趋势。
       锻造半钢——锻造白口铁轧辊主要用在既要求高强度又要求良好热态耐磨性和抗热裂性的钢坯连轧机轧辊,和各种粗轧辊。
这类材质碳含量在1.3%~2.5%C,添加少量Cr、Ni、Mo合金,属超高碳钢范畴。钢键(或钢坯)凝固后产生5%~20%的共晶碳化物,类似于铸铁辊一样具有良好的热态耐磨性和抗热裂性,又经过轻度锻造变形,破碎了共晶碳化物的连续性,提高了材料的均匀性和强度,所以这类材质是介于畴铁和锻钢之间兼备二者优点的特殊轧辊材料,在轧辊材料中独具特色。

 锻件

       整体锻造轧辊的热处理工艺方法和工艺装备也有许多独特的地方。因为轧辊工作层和轧辊本体有不同的性能要求,为在单材质的整体轧辊上同时满足这种要求,大量采用表面淬火和差温加热淬火。
锻造轧辊材质均属中高碳合金钢及超高碳脆性材料,溶裂倾向大,特别要注意加热冷却过程的热应力和组织应力问题,还要考虑对残余应力分布进行控制。

       碳与合金元素总量及在固溶体及游离碳化物之间的合理分配对组织形态、综合力学性能、各种使用性能均有很大影响,是材料热处理工作者要研究的核心问题,必须在深入细致的冶金学分析试验基础上指导热处理实践,方能获得理想的效果。