軋輥軸的使用性能及其熱處理的特點
文章出處：山西中重重工
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發表時間：2021-03-11 17:04
冶金軋輥是金屬軋制設備上必備的主要零件,它做為一種特殊工具用來使金屬產生塑性變形，軋制出各種軋材產品。由于軋輥的服役條件特殊、消耗量大并與軋材質量成本息息相關，因而對軋輥的使用性能提出很高要求。這使軋輥制造形成了一個獨立的行業，有許多軋輥制造者持續不斷地對軋混材質、制造工藝及使用性能進行深入研究，以滿足各種使用需求。
軋輥不同于一般結構件，工況條件復雜多樣，軋制過程中軋輥本體要承受很高的應力，主要是彎曲應力和摩擦力等，主傳動輥還要承受巨大的扭矩。輥身表面則要長時間承受摩擦、磨損、沖擊、接觸應力和激冷激熱造成的疲勞現象等，所以，除常規的力學性能外，各種軋機對軋輥的使用性能提出了一系列區別于其他產品的特殊要求。
1.抗折斷性 輥身和輥頸承受工作應力而不發生橫向斷裂的能力。針對具體的使用條件，主要是應具有足夠的強度和韌性，并且不存在可能導致斷裂的制造缺陷。
2.耐磨性 軋輥輥身工作部位在軋制過程中抵抗失重或尺寸減小的能力。應予說明一點，軋輥在熱態的耐磨性和在冷態的附磨性并不一定是等同的，一支軋輥在冷態使用相對耐磨性好不等于在熱態相對耐磨性也好，反之亦然。工作輥的磨損機理都是多種型式并存，有滾動摩擦、軋材塑變造成的滑動摩擦及氧化皮帶來的磨粒磨損等。
3. 抗剝落性 軋輥在接觸應力長時間作用下而不產生輥身掉塊現象的能力。
4.抗熱裂性 熱軋用工作輥經受來自軋材和冷卻液的激冷激熱作用而產生熱疲勞，抵抗這種作用而不產生網狀龜裂或使網裂細化變淺的能力。
5.抗熱沖擊性 工作輥在咬入熱坯時輥面局部快速升溫或遇卡鋼等事故時由于摩擦使輥面劇烈升溫，抵抗這種熱沖擊而不產生裂紋及剝落的能力稱為抗熱沖擊性，是衡量工作輥使用性能的重要標志。
另外，還有抗粗糙性、咬入性等。對一臺具體軋機的具體軋輥，其使用性能要求會有所側重，有時則要求兼備幾種性能。
軋輥產品特殊的使用性能要求，使得軋輥材質選擇和設計必須具有一系列特點，通用鋼難以滿足要求。經過世界各國輥制造者多年的創造性工作，現已形成了專用的軋輥材料系列。 粗略可分為鑄鋼、鍛鋼、鑄鐵及鍛造白口鐵四大類軋輥材料。各類材質成分和組織各有特點，分別適用于不同的軋輥領域。
目前我國大型鍛造軋輥年產量約為2萬噸水平，占軋輥總產量的10%左右，日本達到3萬噸，約占20%。
鍛鋼軋輥主要應用在要求高強度抗折斷性好的大型初軋輥和熱帶鋼連軋機粗軋前架軋輥，以及要求冷態耐唐性、抗剝落性優良的冷軋工作輥和大型支承輥。
鍛鋼軋輥材質主要是含0.4%~1.0%C，1%～5%Cr的中、高碳Cr(Ni)Mo(V)合金鋼，屬于合金工具鋼。具有較高的淬硬性和淬透性。工作層經過淬火回火熱處理后得到馬氏體、貝氏體、索氏體或細珠光體基體組織，基體上均勻分布10%以下的二次合金碳化物，特別是大量應用Cr合金化以獲得耐磨性和抗接觸疲勞強度，材質的發展也是以逐步提高Cr含***為總體趨勢。
鍛造半鋼——鍛造白口鐵軋輥主要用在既要求高強度又要求良好熱態耐磨性和抗熱裂性的鋼坯連軋機軋輥，和各種粗軋輥。
這類材質碳含量在1.3%～2.5%C，添加少量Cr、Ni、Mo合金，屬超高碳鋼范疇。鋼鍵(或鋼坯)凝固后產生5%～20%的共晶碳化物，類似于鑄鐵輥一樣具有良好的熱態耐磨性和抗熱裂性，又經過輕度鍛造變形，破碎了共晶碳化物的連續性，提高了材料的均勻性和強度，所以這類材質是介于疇鐵和鍛鋼之間兼備二者優點的特殊軋輥材料，在軋輥材料中獨具特色。
整體鍛造軋輥的熱處理工藝方法和工藝裝備也有許多獨特的地方。因為軋輥工作層和軋輥本體有不同的性能要求，為在單材質的整體軋輥上同時滿足這種要求，大量采用表面淬火和差溫加熱淬火。
鍛造軋輥材質均屬中高碳合金鋼及超高碳脆性材料，溶裂傾向大，特別要注意加熱冷卻過程的熱應力和組織應力問題，還要考慮對殘余應力分布進行控制。
碳與合金元素總量及在固溶體及游離碳化物之間的合理分配對組織形態、綜合力學性能、各種使用性能均有很大影響，是材料熱處理工作者要研究的核心問題，必須在深入細致的冶金學分析試驗基礎上指導熱處理實踐，方能獲得理想的效果。
軋輥不同于一般結構件，工況條件復雜多樣，軋制過程中軋輥本體要承受很高的應力，主要是彎曲應力和摩擦力等，主傳動輥還要承受巨大的扭矩。輥身表面則要長時間承受摩擦、磨損、沖擊、接觸應力和激冷激熱造成的疲勞現象等，所以，除常規的力學性能外，各種軋機對軋輥的使用性能提出了一系列區別于其他產品的特殊要求。
1.抗折斷性 輥身和輥頸承受工作應力而不發生橫向斷裂的能力。針對具體的使用條件，主要是應具有足夠的強度和韌性，并且不存在可能導致斷裂的制造缺陷。
2.耐磨性 軋輥輥身工作部位在軋制過程中抵抗失重或尺寸減小的能力。應予說明一點，軋輥在熱態的耐磨性和在冷態的附磨性并不一定是等同的，一支軋輥在冷態使用相對耐磨性好不等于在熱態相對耐磨性也好，反之亦然。工作輥的磨損機理都是多種型式并存，有滾動摩擦、軋材塑變造成的滑動摩擦及氧化皮帶來的磨粒磨損等。
3. 抗剝落性 軋輥在接觸應力長時間作用下而不產生輥身掉塊現象的能力。
4.抗熱裂性 熱軋用工作輥經受來自軋材和冷卻液的激冷激熱作用而產生熱疲勞，抵抗這種作用而不產生網狀龜裂或使網裂細化變淺的能力。
5.抗熱沖擊性 工作輥在咬入熱坯時輥面局部快速升溫或遇卡鋼等事故時由于摩擦使輥面劇烈升溫，抵抗這種熱沖擊而不產生裂紋及剝落的能力稱為抗熱沖擊性，是衡量工作輥使用性能的重要標志。
另外，還有抗粗糙性、咬入性等。對一臺具體軋機的具體軋輥，其使用性能要求會有所側重，有時則要求兼備幾種性能。
目前我國大型鍛造軋輥年產量約為2萬噸水平，占軋輥總產量的10%左右，日本達到3萬噸，約占20%。
鍛鋼軋輥主要應用在要求高強度抗折斷性好的大型初軋輥和熱帶鋼連軋機粗軋前架軋輥，以及要求冷態耐唐性、抗剝落性優良的冷軋工作輥和大型支承輥。
鍛鋼軋輥材質主要是含0.4%~1.0%C，1%～5%Cr的中、高碳Cr(Ni)Mo(V)合金鋼，屬于合金工具鋼。具有較高的淬硬性和淬透性。工作層經過淬火回火熱處理后得到馬氏體、貝氏體、索氏體或細珠光體基體組織，基體上均勻分布10%以下的二次合金碳化物，特別是大量應用Cr合金化以獲得耐磨性和抗接觸疲勞強度，材質的發展也是以逐步提高Cr含***為總體趨勢。
鍛造半鋼——鍛造白口鐵軋輥主要用在既要求高強度又要求良好熱態耐磨性和抗熱裂性的鋼坯連軋機軋輥，和各種粗軋輥。
這類材質碳含量在1.3%～2.5%C，添加少量Cr、Ni、Mo合金，屬超高碳鋼范疇。鋼鍵(或鋼坯)凝固后產生5%～20%的共晶碳化物，類似于鑄鐵輥一樣具有良好的熱態耐磨性和抗熱裂性，又經過輕度鍛造變形，破碎了共晶碳化物的連續性，提高了材料的均勻性和強度，所以這類材質是介于疇鐵和鍛鋼之間兼備二者優點的特殊軋輥材料，在軋輥材料中獨具特色。
鍛造軋輥材質均屬中高碳合金鋼及超高碳脆性材料，溶裂傾向大，特別要注意加熱冷卻過程的熱應力和組織應力問題，還要考慮對殘余應力分布進行控制。
碳與合金元素總量及在固溶體及游離碳化物之間的合理分配對組織形態、綜合力學性能、各種使用性能均有很大影響，是材料熱處理工作者要研究的核心問題，必須在深入細致的冶金學分析試驗基礎上指導熱處理實踐，方能獲得理想的效果。
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