軋輥知識介紹
發(fā)布者： 源晟鍵 時間：10/10/2019 8:56:33 AM
1-什么是軋輥，軋輥的種類有哪些？
軋輥是使（軋材）金屬產生塑性變形的工具，是決定軋機效率和軋材質量的重要消耗部件。
軋輥種類按成型方法可分為鑄造軋輥和鍛造軋輥；按工藝方法分為整體軋輥、冶金復合軋輥和組合軋輥。整體軋輥分為整體鑄造和整體鍛造軋輥兩種。
冶金復合鑄造軋輥主要有半沖洗復合鑄造、溢流（全沖洗法）復合鑄造、離心復合鑄造三種，此外還有連續(xù)澆鑄包覆（CPC－Continuous PouringProcess for Cladding）、噴射沉積法、熱等靜壓（HIP－Hot Isostatically Pressed）、電渣熔焊等特殊復合方法制造的復合軋輥種類。組合軋輥主要是鑲套組合軋輥。
2-什么是整體軋輥？
整體軋輥是相對于復合軋輥而言的，整體軋輥的輥身外層與心部以及輥頸采用單一材質鑄造或鍛造而成，輥身外層和輥頸不同的組織、性能通過鑄造或鍛造工藝以及熱處理工藝過程來控制和調整。
鍛造軋輥和靜態(tài)鑄造的軋輥均屬于整體軋輥。
3-軋輥按材質主要分為哪幾種類別？
軋輥按制造材料主要劃分為鑄鋼系列軋輥、鑄鐵系列軋輥和鍛造系列軋輥三大類別。
4-什么是鑄造軋輥，鑄造軋輥主要有哪些種類？
鑄造軋輥是指將冶煉鋼水或熔煉鐵水直接澆注成型這一生產方式制造的軋輥種類。
鑄造軋輥按材質又可分為鑄鋼軋輥和鑄鐵軋輥兩類；按制造方法又可分為整體鑄造軋輥和復合鑄造軋輥兩類。
5-哪些軋輥適合于整體鑄造生產？
初軋機、鋼坯連軋機、大型型鋼和軌梁軋機、熱軋板帶鋼軋機破鱗和軋邊機、型鋼萬能軋機的軋邊機，還有小型型鋼、線棒材軋機的粗軋機架等軋機使用的軋輥，大多采用整體鑄造方法生產，這類軋輥使用層較厚，孔型較深。另外，熱軋板帶軋機的二輥粗軋輥也適合于整體鑄造生產。
整體鑄造軋輥的工藝方法相對簡單，制造成本低。
6-什么是復合鑄造軋輥？
復合鑄造軋輥指軋輥輥身外層與心部以及輥頸采用兩種或兩種以上材質復合鑄造而成，輥身外層和輥頸分別通過不同材質的成分設計和熱處理工藝獲得要求的組織和性能。復合鑄造方法有半沖洗復合鑄造、離心復合與溢流復合三種，復合鑄造軋輥需要特殊的工藝裝備，工藝相對復雜，控制難度大，需要較高的制造成本。
7-復合鑄造適合于哪些軋輥的生產？
復合鑄造適合于生產那些工作負荷大、軋材質量要求高的軋輥。這類軋輥輥身和輥頸性能要求相差懸殊，輥身表面硬度要求高，輥頸又要求較高的強度和韌性。例如熱帶連軋機的工作輥、支撐輥；中厚板、寬厚板軋機的工作輥；平整軋機的工作輥和支撐輥；型鋼萬能軋機的輥環(huán)；小型型鋼、棒線材軋機的精軋輥及無縫鋼管軋機連軋管軋輥和張減徑輥環(huán)等。
近幾年離心復合高鉻鑄鐵小立輥在國內外熱帶連軋機上得到越來越多的采用，表現(xiàn)出優(yōu)良的耐磨性，明顯延長了換輥周期。
8-什么是鑄鋼軋輥，鑄鋼軋輥有哪些品種？
碳含量小于2．2％的鐵基材料鑄造的軋輥統(tǒng)稱為鑄鋼軋輥。其中合金元素總量不大于0．8％的鑄鋼稱為碳素鋼；合金元素總量大于0．8％的鑄鋼稱為合金鑄鋼；碳含量不小于1．3％的合金鑄鋼稱為半鋼。
鑄鋼軋輥主要品種有碳素鑄鋼軋輥、合金鑄鋼軋輥、半鋼軋輥、石墨鋼軋輥、高鉻鋼軋輥、復合鑄鋼支撐輥、高速鋼軋輥、半高速鋼軋輥等。
9-什么是碳素鋼軋輥，其組織特點有哪些？
碳素鋼軋輥是一種合金含量較低（不大于0．8％）的亞共析鋼成分軋輥，如 GB1503—89《鑄鋼軋輥》中列出的Z－U70、ZU80、ZU70Mn等，為我國早期使用的一種鑄鋼軋輥。其基體組織為珠光體，但基體組織中存有大量的塊狀或條狀鐵素體，降低了基體的沖擊韌性，同時耐磨性也較低。目前國內橫列式型鋼軋機、復二重線材軋機和個別鋼坯連軋機仍在使用碳素鋼軋輥，已趨于淘汰。
10-什么是合金鑄鋼軋輥，其組織特點是什么？
合金鑄鋼軋輥是一種成分在共析鋼及過共析鋼范圍，合金含量大于0.8%的鑄鋼軋輥，其碳含量一般在0.4%－1.3%之間，并含有一些鉻、鎳、鉬、釩等合金元素，其基體組織通過正火+回火熱處理過程，一般控制為索氏體及回火索氏體。典型材質如：60CrMnMo、65CrNiMo、70Mn2Mo、75CrMo、75CrNiMo等。
合金鑄鋼軋輥的基體組織以珠光體類型為主，含有少量的碳化物，硬度范圍在 HS 35-50；由于基體中含有少量二次碳化物，因此較碳素鋼軋輥耐磨性大有提高，同時由于消除了基體中的塊狀條狀鐵素體，所以軋輥的沖擊韌性得到提高。合金鑄鋼軋輥的性能特點是強度高、韌性好，具有很好的咬人性、抗熱裂性和抗沖擊能力。
合金鑄鋼軋輥的材質有降低碳含量、提高合金化程度的趨勢，井采用多種微合金化技術，同時進一步提高冶金質量，使合金鑄鋼軋輥能夠更好的滿足不同軋機的使用需要。
11-合金鑄鋼軋輥主要用途有哪些？
方／板坯初軋機、大型型鋼開坯和軌梁軋機的粗軋、板帶鋼二輥粗軋機和破鱗機架的大立輥以及型鋼、棒線材軋機的粗軋機等使用合金鑄鋼軋輥。
整體鑄造和復合鑄造的支撐輥均屬于嚴格意義上的合金鑄鋼軋輥，根據(jù)硬度要求控制碳含量和加入不同的合金元素，制作支撐輥的合金鑄鋼材料，含有較高的鉻、鉬、釩等合金元素，隨著合金含量的增加，基體組織由索氏體轉變?yōu)樨愂象w或馬氏體，同時含有高硬度的二次碳化物，硬度范圍為 HS 55－70，具有優(yōu)良的耐磨性和抗剝落能力。
12-合金鑄鋼軋輥的生產工藝和過程是怎樣的？
合金鑄鋼軋輥大多數(shù)為整體鑄造軋輥。傳統(tǒng)生產工藝采用輥身冷型掛砂、底注和正火回火熱處理，主要用于生產碳素鋼軋輥和普通3輥式型鋼軋機、復二重棒線材軋機等使用的普通合金鑄鋼軋輥。為了強化合金鑄鋼軋輥的輥身性能，以獲得良好的輥身工作層鑄造組織，大部分由冷型掛砂改為冷型噴涂料，冒口補縮采用電加熱工藝，隨著軋輥合金化程度的提高，軋輥熱處理增加了高溫擴散和球化等工藝手段。
合金鑄鋼軋輥生產工藝流程有兩種：一是冶煉—鑄造—熱處理—加工—性能、探傷等檢測—成品；二是冶煉—鑄造—粗加工—熱處理—精加工—性能、探傷等檢測—成品。
1986年國內引進了德國GP（Gontennann一Peipers Gmbh）軋輥制造技術，采用無流澆鑄工藝生產大型方／板坯合金鑄鋼初軋輥。該軋輥成功地應用在寶鋼Φ1300mm l號初軋機上。
1997年馬鋼和萊鋼分別從德國、日本引進了年產60萬t和50萬t的型鋼萬能軋機，近幾年我國多家鋼鐵企業(yè)相繼引進投產了型鋼萬能軋機。根據(jù)型鋼萬能軋機合金鑄鋼 BD（Break Down）軋輥的結構及特殊的使用條件，國內依然應用無流澆鑄工藝配合電加熱冒口在靜態(tài)鑄造；條件下生產，使合金鑄鋼BD軋輥在凝固過程中實現(xiàn)順序凝固，鑄態(tài)獲得致密的心部組織，從而發(fā)展和提高了合金鑄鋼軋輥的制造技術。
13-軋輥常用的熱處理類型有哪些？
軋輥常用的熱處理類型有去應力退火、等溫球化退火、擴散退火、正火、回火、淬火、深冷處理。
14-冶金鑄鋼軋輥為什么要經過高溫擴散處理？
鑄鋼軋輥凝固時由于存在樹枝狀結晶，所以會造成合金成分的晶內偏析，這種偏析是由于軋輥凝固過程中輥身上下、內層外層不能實現(xiàn)順序依次凝固而造成的。軋輥輥身直徑越大，輥身長度越長，凝固溫度梯度越大，所造成的合金凝固偏析越嚴重。隨著合金鑄鋼軋輥合金含量的增多，凝固時產生的偏析指數(shù)增大，造成的成分不均勻程度也越大。因此，為了使合金元素的原子充分擴散，得到成分均勻的奧氏體組織，需將高合金鑄鋼軋輥加熱到Ac3以上150－250℃保溫一定時間，此種熱處理手段稱之為高溫擴散處理。
15-合金鑄鋼軋輥為什么要進行球化退火熱處理？
合金鑄鋼軋輥進行球化退火熱處理，主要是為了改善軋輥的切削性能，提高切削效率并為后續(xù)的淬火處理做好相應的組織準備。球化退火處理使組織中的碳化物由片狀轉變?yōu)榍驙睿嗉丛阼F素體的基體上均勻地分布著球狀或粒狀碳化物，成為球狀珠光體組織。生產中選擇球化溫度，一般略高于Ac1臨界點。溫度過低則所需的球化時間過長，溫度過高則會導致粒度粗細不等的粒狀珠光體出現(xiàn)。
16-合金鑄鋼軋輥為什么要進行淬火熱處理？
合金鑄鋼軋輥淬火是將其加熱到臨界溫度（Acm或Ac1）以上，保溫一定時間使之充分奧氏體化后，再以大于臨界冷卻速度的冷速急劇冷卻到貝氏體轉變區(qū)，從而使輥身工作層獲得貝氏體組織的熱處理過程。
合金鑄鋼軋輥進行淬火熱處理的目的，主要是為了使軋輥工作層獲得良好的適用組織，充分發(fā)揮合金元素在軋輥中的作用，提高輥身工作層的硬度及耐磨性。
軋輥的壽命主要取決于軋輥的內在性能和工作受力，內在性能包括強度和硬度等方面。要使軋輥具有足夠的強度，主要從軋輥材料方面來考慮；硬度通常是指軋輥工作表面的硬度，它決定軋輥的耐磨性，在一定程度上也決定軋輥的使用壽命，通過合理的材料選用和熱處理方式可以滿足軋輥的硬度要求。概述了傳統(tǒng)的軋輥選材及其熱處理工藝，同時，對軋輥材料及其熱處理工藝的發(fā)展進行了展望。
1- 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，容易導致瞬間高溫，使工作輥受到強烈熱沖擊造成裂紋、粘輥甚至剝落而報廢。因此，冷軋輥要有抵抗因彎曲、扭轉、剪切應力引起的開裂和剝落的能力，同時也要有高的耐磨性、接觸疲勞強度、斷裂韌性和熱沖擊強度等。
國內外冷軋工作輥一般使用的材質有GCr15、9Cr2、9Cr、9CrV、9Cr2W、9Cr2Mo、60CrMoV、80CrNi3W、8CrMoV、86CrMoV7、Mo3A等。
20世紀50～60年代，這一時期的軋件多為碳素結構鋼，強度和硬度不高，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表面淬火和整體加熱淬火。其主要任務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70年代開始，隨著軋件合金化程度的提高，高強度低合金結構鋼(HSLA)的廣泛應用，軋件的強度和硬度也隨之增加，對軋輥材料的強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。這類材質的合金化程度較低，在經過最終熱處理后，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重，軋制壽命低。
通過改進熱處理方式，即進行重淬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用，而且會使軋輥直徑都要損失5mm左右，同時軋輥在經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，具有重大的經濟效益。
為了減少重淬消耗，提高軋輥的淬硬層深度、接觸疲勞強度、韌性，延長其使用壽命，從20世紀70年代后期到80年代中期，國內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到25～30mm，5%Cr冷軋輥有效淬硬層深度則達到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，同時也為滿足軋件對冷軋工作輥力學性能和使用性能的進一步要求，自20世紀80年代中、后期，國外軋輥生產廠對5%Cr冷軋輥鋼進行了化學成分的優(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)形式在基體中微細析出，經過摩擦損耗后TiCN脫落，在軋輥表面形成劃痕，使適度的粗度再生。在鍍錫板軋機的實際操作中，有效利用粗糙度降低小的優(yōu)點，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，然后進行盡可能強烈的冷卻，這樣就可以得到較深的淬硬層。此時，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整到規(guī)定值，低溫回火越充分，硬度偏低時韌性越好，抗熱裂能力越高。鉬、釩含量的增加導致淬火后鋼中含有較多的殘余奧氏體，回火后大部分又轉變?yōu)樾埋R氏體，這樣就有助于提高軋輥硬度，增強耐磨性并降低磨損面粗糙度。
傳統(tǒng)熱軋輥材料的選用及熱處理工藝
熱軋輥常工作在700℃～800℃的高溫環(huán)境，與灼熱的鋼坯相接觸，需要承受強大的軋制力，同時表面要承受軋材的強力磨損，反復被熱軋材加熱及冷卻水冷卻，經受溫度變化幅度較大的熱疲勞作用。這就要求熱軋輥材料必須具有高的淬透性、低的熱膨脹系數(shù)、高的熱傳導能力和高的高溫屈服強度及高的抗氧化性。
國內曾經使用過鍛鋼軋輥和無限冷硬鑄鐵軋輥，除普通冷硬鑄鐵外，還有低鎳鉻鉬、中鎳鉻鉬、高鎳鉻鉬鑄鐵材料，高檔次的冷硬鑄鐵材料為高鎳鉻鉬冷硬鑄鐵。這類材質軋輥的缺點是硬度低，耐磨性不好。后來采用了球墨復合鑄鐵軋輥，相對而言，使用壽命提高了幾倍，至今仍然在使用。國外則一般采用半鋼和高硬度特殊半鋼材質，對克服表面粗糙和抗磨損都很有效。
為了提高熱軋輥的表面耐磨性，熱軋輥的材料不斷地得到改進，其基本的發(fā)展過程是從冷硬鑄鐵到高鉻鑄鐵到半高速鋼和高速鋼。
高鉻鑄鐵軋輥的化學成分為：2.0%～4.0%C，10%～30%Cr，0.15%～1.6%nI，0.3%～2.9%Mo。其本質是一種高耐磨性的高合金白口鐵，鉻含量一般在10%～15%，其碳化物主要是M7C3型，與白口鑄鐵的連續(xù)的M8C型碳化物不同，它不但具有良好的耐磨性，還有較高的硬度(HV可達1800)，基體為奧氏體、馬氏體，因而其硬度和韌性結合較好。實際的軋制生產表明，高鉻鑄鐵軋輥有較好的抗熱裂性能，原因是軋輥表面生成一層致密且有韌性的鉻的氧化膜，能減少熱裂紋的數(shù)量和深度。因此，高鉻鑄鐵輥在20世紀80年代被非常廣泛用于精軋前架。目前，高鉻鑄鐵復合軋輥已廣泛用作熱軋帶 (鋼)連軋機，粗軋和精軋前段工作輥、寬中厚板；粗軋和精軋工作輥及小型型鋼和棒材軋機精軋輥等。
高鉻鑄鐵軋輥的熱處理有兩種形式，一是低于臨界轉變溫度的亞臨界熱處理，另一種是高于臨界點A3的高溫熱處理。高鉻軋輥表面材料的珠光體基體，希望具有極細的片間距，并在基體上有大量彌散分布的二次碳化物，要求有盡量低的殘余奧氏體和殘余應力，所以一般選用后一種形式的熱處理，具體為正火加回火。
高速鋼作為熱軋輥材料的應用在1988年始于日本，20世紀90年代初期美國和歐洲也進行了研制，我國在20世紀90年代后期開始研制和使用高速鋼軋輥。一般高速鋼的成分為1%～2%C，0%～5%Co，0%～5%Nb，3%～10%Cr，2%～7%Mo，2%～7%V，1%～5%W。因為擁有大量可形成強碳化物的合金元素如W和V，其最終的顯微組織含有大約10%～15%具有極高硬度和高溫穩(wěn)定性的碳化物，所以在高溫下工作能保持較高的強度和硬度。其工作層硬度高，可達到80～85HS，具有較好的耐磨性和抗熱裂性，軋輥表面沒有出現(xiàn)熱裂紋，一般沒有剝落現(xiàn)象。
近年來國外在熱軋薄板粗軋機架采用半高速鋼軋輥也獲成功，其耐磨性是高鉻鋼軋輥的2倍，且咬入性能和抗熱疲勞性能好，因而成為熱軋薄板粗軋機架和線棒材中軋機架軋輥的理想選擇，半高速鋼的化學成分范圍為：1.5%～2.5%C，0.5%～1.5%Si，0.4%～1.0%Mn，1.0%～6.0%Cr，0.1%～4.0%Mo，0.1%～3.0%V，0.1%～4.0%W。
高速鋼熱軋輥的熱處理方式一般采用淬火加回火，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的碳化物，使鋼呈現(xiàn)出比淬火時硬度還要高的二次硬度。因此為了增加基體的硬度，應提高淬火溫度，同時，為了防止基體中出現(xiàn)塊狀粗大的碳化物，應盡量降低淬火溫度，一般確定最佳淬火溫度為1050℃～1150℃，同時回火溫度為550℃～600℃。
為了保證基體中含有大量彌散分布的球狀MC型碳化物，應增加V含量，但V不宜過高，因為V會降低淬透性，凝固時生成粗大的一次碳化物，淬火時不能完全溶入奧氏體，從而降低了斷裂韌性，同時還會降低軋輥的表面粗糙度。
軋輥材料及熱處理工藝的發(fā)展趨勢
冷軋輥的發(fā)展方向將是在進一步提高強度硬度和淬硬層深度的同時，保證一定的韌性。大型冷軋工作輥將普遍采用含釩、銑、鎳等元素的改進型5%Cr鋼制造。為提高材料的淬透性，Cr的含量將進一步增加，如8%～10%Cr及更高鉻的鍛鋼已開始用于實際生產，但含Cr量的增加會導致較差的韌性，因此需要適當平衡C和Cr含量，在較低的溫度下淬火獲得所需要的冷軋輥硬度，從而減少軋輥的斷裂和降低其斷裂敏感性。
另外，隨著鍛件制造技術的進一步完善，高鉻鋼工作輥將更多地應用于大型冷連軋機。5%Cr及其含釩的改進型鋼廣泛用于大型支承輥鍛件，高鉻含量的大型鍛鋼支承輥進入實用階段。大型冷軋工作輥要求采用電渣重熔錠鍛制，而大型支承輥鍛件用鋼則被廣泛采用鋼包精煉并真空除氣的冶鑄工藝生產，鋼水的純凈度均達到較高水平。
熱軋輥工作在交變的高溫和力的作用下，其表面反復受到摩擦，會產生強烈的磨損，因此熱軋輥的發(fā)展主要在于進一步提高其耐磨性。在實際的軋制生產中，表面淬火和滲碳強化處理的熱軋輥己不能滿足對其高耐磨性的要求，但整體的高速鋼或硬質合金軋輥成本極高，對于軋輥芯部材料將造成浪費。因此，軋輥的生產迫切需要進行表面處理，將硬質合金或陶瓷材料熔覆在軋輥的表面作為軋輥的工作表層。表面鍍鉻、火焰噴涂、等離子噴涂以及激光毛化都是工具表面合金強化技術，將進一步用于提高的軋輥的性能。
總之，合理選材及采用合適的熱處理方式高質量地制造軋輥，可以節(jié)約大量的輥材，降低軋鋼生產成本，同時提高軋輥的質量和產量。因此，應重視軋輥選材的新動向，從軋鋼的實際條件出發(fā).開發(fā)軋輥的新材質，提高軋輥的制造質量。
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