熱處理工藝對HSS軋輥性能的影響

摘要：本文介紹了高速鋼軋輥的特點，并對高速鋼軋輥的熱處理工藝進行實驗，研究出不同的熱處理工藝對高速鋼軋輥組織性能的影響。

關鍵詞：高速鋼 軋輥 熱處理 硬度

中圖分類號：TG113.2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X(2011)10(b)-0000-00

引言

軋輥是軋鋼生產中的主要消耗備件，其性能好壞直接影響軋材的表面質量和軋材的成本，在軋鋼生產中占有重要地位。高速鋼軋輥的是從1988年開始采用的，至今我國所用的高速鋼軋輥大多依賴進口[1]。為了在軋輥技術上趕超世界先進水平，必須加快我國高速鋼軋輥的研制與開發。本文通過研究化學成分、變質處理及熱處理工藝對高速鋼軋輥的顯微組織結構和性能的影響，試圖為高速鋼軋輥的生產提供科學依據。

1 鍛造高速鋼軋輥常用成分及特點

20世紀80年代末以前，鍛造高速鋼軋輥已用于制造多輥軋機的工作輥和中間輥，使用的是標準類型鎢鑰高速鋼，如美國M2、M4和高碳類型的T15等[2]，其成分見表1。

高速鋼軋輥是利用具有高硬度，尤其是具有很好紅硬性、耐磨性和淬透性的高速鋼作為軋輥的工作層，用滿足韌性要求的鍛鋼、鑄鋼、高強度灰鐵或球鐵作為軋輥的芯部材料，把工作層和芯部以冶金結合的方式復合起來的高性能軋輥。其主要特點如下:

以往使用的軋輥工作層，其基體上分布的多為M3C型或M7C3型共晶碳化物，組織粗大，硬度較低。高速鋼軋輥的工作層一般采用高碳、高釩型高速鋼，工作層的基體上分布著高硬度M6C，MC型碳化物。高速鋼軋輥外層因含有較多的鎢、鉻、鑰、釩等元素，具有較好的熱穩定性，在高溫下具有高的硬度，用作熱軋工作輥具有良好的耐磨性。

2 高速鋼軋輥的熱處理研究

生產軋輥的關鍵在于熱處理，尤其是大型軋輥。軋輥的熱處理關鍵是在保證性能的前提下防止開裂。通常高速鋼的熱處理是淬火+回火。在加熱到高溫時，鋼中的二次碳化物充分溶解，一次共晶碳化物部分溶解。這些碳化物所含有的碳和合金元素溶入奧氏體中，增加了奧氏體中的碳和合金元素的含量。在淬火時它們固溶于貝氏體和馬氏體中，而在回火時析出了彌散狀的碳化物，使鋼呈現出比淬火時硬度還要高的“二次硬度”。因此，高速鋼淬火時的加熱，可在保證晶粒不長大的原則下，盡可能提高加熱溫度。

通過實驗，將經過1.0%釩鐵變質處理的Fe-1.8%C-4%Cr-6%Mo-6%V高速鋼輥環，線切割成9塊試樣（20x2Ox120），分別采用1050℃、1100 ℃和1180 ℃三個溫度淬火，淬完后交叉采用530 ℃、550 ℃和570 ℃三個不同溫度回火，回火加熱與冷卻速度應較慢以防止開裂，回火3～4 次。考察熱處理條件對殘留奧氏體數量的影響(見圖1)及對高速鋼硬度的影響(見圖2)。

由圖2可見，試驗表明:Fe-1.8%C-4%Cr-6%Mo-6%v高速鋼的硬度隨淬火溫度的升高，其變化規律是先升高然后降低，在11OO℃左右淬火時硬度達到峰值。淬火溫度超過1100℃，隨著淬火溫度升高，硬度反而降低。因為淬火后的硬度值除了與合金的組織因素有關外，還由馬氏體中飽和的碳和合金元素含量及未轉變的殘余奧氏體所決定。

2.1熱處理工藝對沖擊韌性和硬度的影響

采用適當的熱處理工藝對高速鋼進行處理時，提高熱處理的溫度可使沖擊韌性有較明顯的提高。提高淬火溫度，在較高溫度淬火溫度下保溫，有利于合金元素的擴散和碳化物的溶解，在回火時可以彌散析出，減小碳化物不均勻分布和對基體的割裂作用；另外，一般高速鋼的回火特點是：在硬度和強度出現峰值的回火溫度下往往塑性有所下降，提高回火溫度，由于馬氏體的分解和合金碳化物的聚積，會使硬度、強度下降但塑性升高。本實驗采用的530℃回火正是硬度出現峰值的溫度范圍，所以也可能是塑性、韌性較低的溫度，采用較高溫度570℃回火，在損失較小硬度的情況下提高了高速鋼的韌性。所以，提高淬火溫度和回火溫度可以使沖擊韌性有所改善。

2.2熱處理工藝對紅硬性的影響

在保證奧氏體晶粒不長大的前提下，提高淬火溫度，可以有效的提高回火后硬度及紅硬性，有可能使紅硬性高于其他高速鋼。在淬火后，常規回火前增加一次380℃低溫回火，可以提高回火后硬度及紅硬性。將高速鋼在硬度峰值空淬，并在570℃進行回火處理，試驗結果表明，隨回火溫度升高，硬度下降，釩量、碳量增加硬度下降的幅度變小，不難理解，碳、釩含量高，碳化物數量多，因而高溫時支撐的力量大，使高溫硬度降低緩慢。有資料表明，變質后高速鋼淬火后硬度，因殘余奧氏體增多而隨淬火溫度升高而不斷下降。回火后硬度則隨淬火溫度升高而升高。淬火溫度為1080℃時，硬度可達66HRC以上，這是因為試驗用的高速鋼的平衡碳量偏高，碳飽和濃度偏低。結合奧氏體晶粒度考慮，該鋼淬火溫度為1080℃。如在淬火后，常規回火前，先進行一次380℃低溫回火，則可使回火后的硬度及紅硬性均得到提高，這是因為380℃低溫回火可以促使隨后的常規回火時析出的碳化物更加彌散，故而提高了回火后的硬度及紅硬性。

2.3熱處理工藝對耐磨性的影響

試驗表明，各種成分的高碳高釩系高速鋼的硬度較高，其耐磨性均優于高鉻鑄鐵，在高碳高釩系高速鋼中，具有彌散分布MC型碳化物的合金（見圖3）的耐磨性能明顯優于其它成分的合金，其中含釩8%時耐磨性較佳。從磨損表面還反映，2M028V高速鋼磨痕淺而細，犁削不太明顯，所以耐磨性最高，其主要原因是其組織中存在大量的細小彌散分布的高硬度碳化物，既可以有效地保護基體，阻止磨粒的切入，減少切入深度，又能夠減少疲勞脫落。

3 結語

用高速鋼制作軋輥，不含鎢的高碳Fe-1.8%C-4%Cr-6%Mo-6%V高速鋼輥環獲得最佳組織的熱處溫度為:11OO℃淬火+550℃兩次回火。只要淬火溫度高于1050℃，高速鋼淬火+回熱處理后得到的硬度都相當高，并且在1050℃左右出現一個相對的峰值。超過1050℃隨著淬火溫度的升高，硬度值有所下降。

參考文獻

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[6] High Speed Steel Roll Trials and Pcrformance at Dofasco.36th Mechanical Working and Steel

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