8Cr5MoV锻钢冷轧工作辊双频淬火工艺

8Cr5MoV锻钢冷轧工作辊双频淬火工艺

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热处理

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%&’()*+锻钢冷轧工作辊

双频淬火工艺

常州金安轧辊制造有限公司!（江苏!"#$#"%）!唐广银

#$%&’()高铬锻钢冷轧辊因具有良好的淬透性和耐磨性、较好的抗热冲击性能和防止粘钢能力，可以减少轧辊在使用过程中的剥落，提高抗事故能力和延长使用寿命等，在国内各大钢厂中正在取代传统的*+$%类和,+$%类锻钢轧辊而得到较广泛的应用，市场前景看好。但因其较高的含碳量和合金元素含量，对最终热处理的技术要求也较高，特别是淬硬层深度#-.//的超深淬硬层冷轧工作辊，对最终热处理提出了很高的要求。

#$%&’()材质锻钢轧辊最终热处理的常规工艺是采用双频机床两感应器淬火，但实物解剖的试验数据表明，常规双频机床两感应器淬火工艺的淬硬层深度为,.//左右，未能完全发挥出#$%&’()材质高淬透性的优点。双频机床三感应器淬火新工艺在原来两感应器淬火的基础上增加一个工频感应器，有效地增加透热层深度，延长奥氏体化时间，淬硬层深度可以达到-.//以。上（硬度#0.123）

中进行预热，预热温度可在*..:&..>之间进行选择，预热温度的选择既要有利于改善轧辊淬火后的应力分布，又要有助于提高轧辊在双频感应加热时的透热层深度。过高的预热温度会给轧辊在冷却过程中的冷却速度带来不利影响，应根据轧辊不同尺寸和技术要求，选择合适的预热温度和保温时间。双频机床三感应器淬火新工艺的预热参数如图4所示。

图4!淬火预热工艺曲线

（*）双频机床淬火!双频机床三感应器淬火的工装配置如图*所示。从上至下第一个及第二个感应器是工频感应器，第三个是中频感应器。工频电源的频率为&.1?，中频电源的频率为*&.1?。感应器与轧辊之间的间隙为*&:&.//，感应器之间的距离为-.:4*.//，

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一、工艺流程

$,辊坯化学成分

辊坯化学成分见表4。

!表$!辊坯化学成分（质量分数）

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每个感应器高度均为4@&//。

#$%&’()材质奥氏体稳定性较好，晶粒长大倾向小，结合冷轧工作辊的工作条件对淬火组织的要求，选择了适中的淬火加热温度。在正常淬火过程中，控制工频加热区的最高加热温度在0@.:0#.>，中频加热区的最高加热温度在0;.:00.>。在整个工频、中频加热区，奥氏体化时间可达4@/56以上。

淬火冷却分两部分：在喷水器内部压力水（.94’8A以上）以B*&./,"C的流量对轧辊进行激冷；轧辊出喷水器后整体浸在水中进行冷却。

轧辊旋转速度!D@.%"/56，轧辊下降速度)D.9&:

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",预先热处理

经冶炼、锻造、锻后热处理及粗车后，进行调质处理（具体调质热处理工艺参数略），基体硬度在*;&1<=左右，再经半精加工，流入最终热处理工序。

-,双频三感应器淬火

（4）预热!双频机床淬火前轧辊一般先要在空气炉

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热处理

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制冷剂，最低温度可达34&’2以下；用压缩空气绝热膨胀制冷，最低温度可达34#’2以下。我公司采用干冰5酒精的冷处理方法，温度可控制在31’03&’2。

’&回火

根据轧辊的硬度要求选择回火温度。与双频机床两感应器淬火的轧辊相比，三感应器淬火工艺轧辊的回火稳定性更好，这是因为三感应器加热比两感应器加热具有更长的奥氏体化时间，碳及合金元素能够更好地溶入奥氏体中。因锻钢冷轧工作辊的硬度要求较高，一般采用低温回火，但保温时间较长，保温系数为#0#%’6"7(，以更好地消除轧辊的残余应力。

图#!三感应器淬火工装配置示意

二、双频淬火新工艺实物轧辊试验

为验证双频三感应器淬火新工艺的效果，对一件材质为*+,’-./的实物轧辊进行了解剖试验。实物辊化学成分见表#，实物辊结构见图8。

表!$()*’+,-实物辊化学成分（质量分数）（9）

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辊身两端环裂是轧辊表面淬火时极易产生的质量问题，三感应器淬火更容易产生这类问题。一般认为导致环裂产生的主要原因有以下几个：轧辊材质本身的淬透性很好；辊身两端倒角形状及倒角附近的表面粗糙度不理想；在淬火加热时辊身两端倒角处温度过高或过低或温度梯度太大；喷水冷却时因控制不当导致辊身两端倒角处冷却速度过快等。*+,’-./材质淬透性很好，这就更加要求在双频机床三感应器加热时对轧辊辊身两端倒角附近进行严格的温度控制，目标值设定为：辊身起始端及终了端温度比正常淬火温度低#$01$2，平缓过渡至正常淬火温度。

三感应器淬火新工艺与两感应器加热在温度控制上区别较大，特别是工频加热区的温度控制更困难，既要保证辊身淬火加热时的正常加热温度，又要避免辊身倒角处因尖角效应引起的温度容易超高的问题。应根据轧辊辊身的倒角形状和大小，来选择适当的辊身起始端伸入第一工频感应器的距离和起始功率，以得到较理想的起始端温度；降低功率的合适时机和降低功率的适当速率可以得到理想的终了端温度，避免因三感应器加热透热层很深、*+,’-./材质淬透性很好而产生的淬火时起始端和终了端环裂的问题。

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图8!实物辊结构

实物辊采用双频三感应器淬火新工艺及低温回火后，在辊身中部进行陷刀磨削，每磨削加工4((后检测硬度值，观察其硬度沿截面分布情况。硬度检测采用日本@型肖氏硬度计，测得距表面不同深度轧辊硬度分布并与常规两感应器淬火数据相比，如图?所示。

%&冷处理

进行冷处理的目的是：减少残余奥氏体，增加淬硬层深度，提高硬度均匀性。

目前，国内外对轧辊进行冷处理的方法主要有三类：采用干冰作为致冷剂，最低温度可到3&’2；用液氮作

图?!*+,’-./实物辊不同淬火工艺硬度沿截面分布曲线

（下转第?A页）

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热处理

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行对比试验，球磨罐中加轴承钢球#$%，球磨时间为&’(，试验结果见表)。从对比结果可以看出，低碳马氏体阀耐磨性提高*+,，低碳马氏体垫圈耐磨提高&+-.,。这反映了低碳马氏体的硬度虽比渗碳的低+/&’012，但在受冲击的情况下的耐磨比渗碳的提高*+,，由此可见低碳马氏体在某些情况下具有相当好的耐磨性。钢的耐磨性除了主要取决于材料的硬度外，其组织状态在一定条件下也会起决定性的作用。低碳马氏体呈单相固溶体状态，而渗碳淬火、回火的阀是托氏体组织，呈两相组织状态，单相固溶体比两相组织耐磨性高。

表%!耐磨试验结果

零件

热处理硬度工艺原工艺

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3

&’(磨损量"%

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平均

（上接第)*页）

从图#可以看出，轧辊从表面至辊面下)’;;范围内，硬度均在5’0<=以上，且硬度下降梯度平缓。常规两感应器淬火后深度仅有#’;;左右。

图+是双频三感应器淬火新工艺淬火后的辊面金相组织，图*是双频机床常规两感应器淬火后的辊面金相组织。对比可以看出，三感应器淬火新工艺所获得的组织更为均匀，碳化物形态及分布更为合理。

阀（3’24阀柜垫圈

’-&)5.’-&*+&’-3#&.’-&66*’-&6#6

改进后)*/+’’-&&3)’-&#’*’-&&’.’-&&)’’-&&*5原工艺)’/)+’-’.6*’-’6&’’-’.’’’-’.#)’-’.+.

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改进后’-’*&#’-’**&’-’**&’-’*).’-’*+)

)#-+（73#+三、结语

（&）用直接淬火代替渗碳处理的低碳马氏体垫圈，硬度可达到原设计要求)’/)+012，抗弯和耐磨性均有所提高。

（3）低碳马氏体阀的破裂强度比渗碳阀的高&-36倍，可以解决原工艺经常破裂的主要弊病，虽然硬度较原工艺低+/&’012，但耐磨性却提高*+,。

（#）用直接淬火代替渗碳处理，简化了工艺，缩短了生产周期，提高了生产率。

（)）虽然新工艺阀的变形量比原工艺略大，但不影响产品质量，在生产操作过程中，应控制入水时间8+9，盐水温度8)’:，加大在冷却介质内的活动量，即能保证获得低碳马氏体，又能得到均匀的硬度。（+）低碳钢由于含碳量低，在生成马氏体时体积效应小，组织应力小，而且低碳马氏体形成温度高，淬火过程中有自回火现象，残余应力小，所以可以不回火，淬火态直接使用。阀的压溃试验也说明了这一点。其性能虽比回火时稍低，比原工艺提高很多，完全能满足使用要求。

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（3’&’’)’6）

三、结语

（&）624+>?@材质锻钢冷轧辊采用双频机床三感应器淬火新工艺后，当轧辊表面硬度为5*0<=时，距表面)’;;处硬度为5’-+0<=，且硬度梯度下降平缓；有效淬硬层深度较常规两感应器淬火方法提高#’,以上，显著提高了624+>?@锻钢轧辊的有效使用层厚度，经济效益明显。

（3）轧辊实物金相组织表明，624+>?@材质锻钢冷轧辊采用双频机床三感应器淬火新工艺，因延长奥氏体化时间#’,以上，碳及合金元素能够更好地溶入奥氏体中，所以较常规两感应器淬火后的金相组织更均匀，碳化物颗粒圆整且均匀弥散分布，有利于提高轧辊的抗事故能力，延长使用寿命。

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（3’&’’33’）

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/feae.html