傳統(tǒng)冷軋輥材料及其熱處理方式

　　冷軋輥在工作過程中要承受很大的軋制壓力，加上軋件的焊縫、夾雜、邊裂等問題，容易導(dǎo)致瞬間高溫，使工作輥受到強(qiáng)烈熱沖擊造成裂紋、粘輥甚至剝落而報(bào)廢。因此，冷軋輥要有抵抗因彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切應(yīng)力引起的開裂和剝落的能力，同時(shí)也要有高的耐磨性、接觸疲勞強(qiáng)度、斷裂韌性和熱沖擊強(qiáng)度等。

　　國內(nèi)外冷軋工作輥一般使用的材質(zhì)有GCr15、9Cr2、9Cr、9CrV、9Cr2W、9Cr2Mo、60CrMoV、80CrNi3W、8CrMoV、86CrMoV7、Mo3A等。

　　20世紀(jì)50～60年代，這一時(shí)期的軋件多為碳素結(jié)構(gòu)鋼，強(qiáng)度和硬度不高，所以軋輥一般采用1.5%～2%Ｃｒ鍛鋼。此類鋼的最終熱處理通常采用淬火加低溫回火，常見的淬火方式有感應(yīng)表面淬火和整體加熱淬火。其主要任務(wù)是考慮如何提高軋輥的耐磨性能、抗剝落性能，并提高淬硬層深度，盡量保證軋輥表面組織均勻，改善軋輥表層金屬組織的穩(wěn)定性。

　　從20世紀(jì)70年代開始，隨著軋件合金化程度的提高，高強(qiáng)度低合金結(jié)構(gòu)鋼(HSLA)的廣泛應(yīng)用，軋件的強(qiáng)度和硬度也隨之增加，對軋輥材料的強(qiáng)度和硬度也提出了更高的要求，國際上普遍開始采用鉻含量約2%的Cr-Mo型或Cr-Mo-V型鋼工作輥，如我國一直使用的9Cr2Mo、9Cr2Mov和86CrMov7、俄羅斯的9X2MΦ、西德的86Cr2MoV7、日本的MC2等。這類材質(zhì)的合金化程度較低，在經(jīng)過最終熱處理后，其淬硬層深度一般為12～15ｍｍ(半徑)，僅能滿足一般要求，而且使用中剝落和裂紋傾向嚴(yán)重，軋制壽命低。

　　通過改進(jìn)熱處理方式，即進(jìn)行重淬1～2次，提高了該類軋輥的淬硬層，但每次重淬不僅需要一定的熱處理費(fèi)用，而且會使軋輥直徑都要損失5mm左右，同時(shí)軋輥在經(jīng)過多次熱處理后容易變形，難以滿足高精度軋輥的形位公差要求。因此，研制深淬硬層冷軋輥不僅可以大幅度地降低冷軋輥的消耗，減少軋輥在使用過程中的重新淬火次數(shù)，延長軋輥壽命，具有重大的經(jīng)濟(jì)效益。

　　為了減少重淬消耗，提高軋輥的淬硬層深度、接觸疲勞強(qiáng)度、韌性，延長其使用壽命，從20世紀(jì)70年代后期到80年代中期，國內(nèi)外開始研究使用鉻含量在3%～5%的深淬硬層冷軋工作輥鋼。3%鉻冷軋輥不需重淬，且有效淬硬層深度可達(dá)到25～30mm，5%Cr冷軋輥有效淬硬層深度則達(dá)到40mm，其耐磨性和抗事故性能也有顯著提高。在這一階段，國內(nèi)試制了9Cr3MoV鋼，國外一些制造廠也先后開發(fā)推廣了深淬硬層冷軋輥，如美國的3.25%Cr鋼和5%Cr鋼，日本的KantocRP53、FH13、MnMC3和MC5等。這些鋼都采用高碳高合金材料，具有良好的硬度和耐磨性，但軋輥淬硬表面脆性大，接觸疲勞壽命低，質(zhì)量不穩(wěn)定。

　　為提高淬硬層深及接觸疲勞壽命，降低淬硬層脆性及過熱敏感性，同時(shí)也為滿足軋件對冷軋工作輥力學(xué)性能和使用性能的進(jìn)一步要求，自20世紀(jì)80年代中、后期，國外軋輥生產(chǎn)廠對5%Cr冷軋輥鋼進(jìn)行了化學(xué)成分的優(yōu)化工作，主要是在5%Ｃｒ鋼中增加鉬、釩的含量或加入鈦、鎳等元素。添加0.1%左右鈦的5%Cr鋼軋輥中，鈦以碳氮化合物(TiCN)形式在基體中微細(xì)析出，經(jīng)過摩擦損耗后TiCN脫落，在軋輥表面形成劃痕，使適度的粗度再生。在鍍錫板軋機(jī)的實(shí)際操作中，有效利用粗糙度降低小的優(yōu)點(diǎn)，從軋制初期就可高速軋制。

　　在最終熱處理過程中，對軋輥鋼的淬火和加熱限制在奧氏體中含碳量不超過0.6%的程度，然后進(jìn)行盡可能強(qiáng)烈的冷卻，這樣就可以得到較深的淬硬層。此時(shí)，軋輥的淬硬層組織除隱針馬氏體(以板條為主)外，尚有約4%的碳化物和10%左右的殘留奧氏體。軋輥的表面硬度(包括殘余壓應(yīng)力的影響)約為HS(D)95～99。最后，用低溫回火將軋輥表面硬度調(diào)整到規(guī)定值，低溫回火越充分，硬度偏低時(shí)韌性越好，抗熱裂能力越高。鉬、釩含量的增加導(dǎo)致淬火后鋼中含有較多的殘余奧氏體，回火后大部分又轉(zhuǎn)變?yōu)樾埋R氏體，這樣就有助于提高軋輥硬度，增強(qiáng)耐磨性并降低磨損面粗糙度。