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轧辊材料及热处理惩罚技术

本文摘要:辊子的寿命主要由辊子的固有特性和应力决定。固有特性包括强度和硬度。 为了使轧辊有足够的强度,主要从轧辊材料方面考虑;硬度通常是指轧辊外观的硬度,在一定程度上决定了轧辊的耐磨性和轧辊的使用寿命。合理的选材和热处理惩罚可以满足轧辊的硬度要求。 综述了传统轧辊材料的选择及其热处理惩罚工艺,并对轧辊材料及其热处理惩罚工艺的发展进行了展望。传统的冷轧材料及其热处理惩罚方法,冷轧在生产过程中承受很大的轧制压力。

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辊子的寿命主要由辊子的固有特性和应力决定。固有特性包括强度和硬度。

为了使轧辊有足够的强度,主要从轧辊材料方面考虑;硬度通常是指轧辊外观的硬度,在一定程度上决定了轧辊的耐磨性和轧辊的使用寿命。合理的选材和热处理惩罚可以满足轧辊的硬度要求。

综述了传统轧辊材料的选择及其热处理惩罚工艺,并对轧辊材料及其热处理惩罚工艺的发展进行了展望。传统的冷轧材料及其热处理惩罚方法,冷轧在生产过程中承受很大的轧制压力。此外,轧件的焊缝、夹杂物和边缘裂纹等问题容易导致瞬时高温,导致事件轧辊因强烈的热冲击而开裂、卡住甚至剥落。

因此,冷轧辊应具有抵抗弯曲、扭转和剪切应力引起的开裂和剥落的能力,并具有高耐磨性、接触疲劳强度、断裂韧性和热冲击强度。国内外冷轧轧辊常用的材料有GCr19、9Cr2、9Cr、9CrV、9cr2W、9Cr2Mo、60CrMoV、80CrNi3W、8CrMoV、86CrMoV7、Mo3A等。从20世纪50年代到60年代,这一时期的轧件大多是强度和硬度较低的碳素结构钢,因此轧辊一般接受1.5% ~ 2%的铬锻钢。

这类钢的最终热处理惩罚通常是接受淬火和低温回火,常用的淬火方法是感应外观淬火和整体加热淬火。其主要任务是考虑如何提高轧辊的耐磨性和抗剥落性,增加硬化层的深度,只有这样才能保证轧辊外观结构的对称性,提高轧辊表面金属结构的稳定性。20世纪7月以来,随着轧件合金化水平的提高和HSLA的广泛应用,轧件的强度和硬度也有所提高,对轧辊材料的强度和硬度提出了更高的要求。

铬含量约为2%的铬钼型或铬钼钒型工作辊已被国际普遍接受,如国内一直使用的9cr2Mo、9Cr2MoV和86cr。这类材料合金化程度低,最终热处理惩罚后硬化层深度一般为12 ~ 15 mm(半径),只能满足一般要求,使用中剥落开裂倾向严重,轧制寿命短。

通过创新热处理的惩罚方式,即一次或两次再淬火,改善了这类轧辊的硬化层。但每次再淬火不仅需要一定程度的热处理惩罚,还会造成轧辊直径损失5 mm左右,同时轧辊在反复热处理惩罚后容易变形,难以满足高精度轧辊形位公差的要求。因此,开发深淬硬层冷轧辊不仅可以大大降低冷轧辊的消耗,消除轧辊在使用过程中的再淬火次数,延长轧辊的使用寿命,具有很大的经济效益。为了消除重淬火消耗,提高硬化层深度,提高接触疲劳强度、韧性,延长其使用寿命,从20世纪70年代末到80年代中期,国内外研究开始将铬含量为3% ~ 5%的深硬化层用于冷轧钢。

3% Cr冷轧辊无需再淬火,有效硬化层深度可达25 ~ 30 mm,而5%Cr冷轧辊的有效硬化层深度可达40mm,耐磨性和抗事故性也有显著提高。现阶段,国内试制了9Cr3MoV钢,国外一些厂家相继开发和推广了深淬硬层冷轧辊,如美国的3.25%铬钢和5%铬钢,日本的kantocrp53、fh13、mnmc3、mc5等。这些钢都接受高碳高合金材料,具有良好的硬度和耐磨性,但轧辊硬化后外观脆,接触疲劳寿命短,质量不稳定。

为了提高硬化层的深度和接触疲劳寿命,降低硬化层的脆性和过热敏感性,满足轧件对冷轧机械性能和使用性能的进一步要求 在添加约0.1%钛的5%铬钢轧辊中,钛以碳氮化合物(TiCN)的形式在基体中微细析出,摩擦损失后,TiCN脱落,轧辊外表面形成划痕,可再生中等粗糙度。在马口铁轧机的实际运行中,有效利用了粗糙度降低小的优势,从轧制初期就可以实现高速轧制。

在最终热处理惩罚的过程中,应把轧辊钢的淬火和加热限制在奥氏体中碳含量不超过0.6%的水平,然后应尽可能强地进行冷却,以便获得深度硬化层。此时,除隐针状马氏体(主要为板条)外,轧辊硬化层中还有约4%的碳化物和约10%的残余奥氏体。轧辊的表观硬度(包括残余压应力的影响)约为HS (d) 95 ~ 99。

最后通过低温回火将轧辊表面硬度调整到指定值。低温回火越充分,硬度低时韧性越好,抗热裂性越高。

随着钼和钒含量的增加,淬火钢中含有更多的残余奥氏体,回火后大部分转变为新的马氏体,有助于提高硬度,增强耐磨性,降低磨损表面的粗糙度。传统的热轧选材和热处理工艺。热轧通常在700 ~ 800的高温下进行。

当它与热钢坯接触时,需要承受强大的轧制力。同时,它的外观受到轧制材料的强烈磨损,被热轧材料反复加热,被冷却水冷却,并受到温度变化大的热疲劳。因此,热轧材料必须具有高淬透性、低热膨胀系数、高导热性、高高温屈服强度和高抗氧化性。

锻钢辊和无限冷硬铸铁辊已在海上使用。除普通激冷铸铁外,还有低镍铬钼、中镍铬钼和高镍铬钼铸铁材料,高阶激冷铸铁材料为高镍铬钼激冷铸铁。

这种轧辊的缺点是硬度低,耐磨性差。之后,球墨铸铁轧辊被接受。

相对来说,它的使用寿命增加了好几倍,至今仍在使用。国外普遍接受半钢和高硬度的特殊半钢材料,有效克服外观粗糙,耐磨。为了改善热轧带钢的外观和耐磨性,热轧带钢的材料不断创新,其基本生长过程是从冷硬铸铁到高铬铸铁再到半高速钢和高速钢。高铬铸铁轧辊的化学成分为2.0% ~ 4.0%碳、10% ~ 30%铬、0.15% ~ 1.6%镍和0.3% ~ 2.9%Mo。

其本质是一种高耐磨性的高合金白口铁,铬含量一般在10%~15%,其碳化物主要是M7C3型,与白口铸铁的一连的M8C型碳化物差别,它不光具有良好的耐磨性,另有较高的硬度(HV可达1800),基体为奥氏体、马氏体,因而其硬度和韧性联合较好。实际的轧制生产讲明,高铬铸铁轧辊有较好的抗热裂性能,原因是轧辊外貌生成一层致密且有韧性的铬的氧化膜,能淘汰热裂纹的数量和深度。因此,高铬铸铁辊在20世纪80年月被很是广泛用于精轧前架。现在,高铬铸铁复合轧辊已广泛用作热轧带 (钢)连轧机,粗轧和精轧前段事情辊、宽中厚板;粗轧和精轧事情辊及小型型钢和棒材轧机精轧辊等。

高铬铸铁轧辊的热处置惩罚有两种形式,一是低于临界转变温度的亚临界热处置惩罚,另一种是高于临界点A3的高温热处置惩罚。高铬轧辊外貌质料的珠光体基体,希望具有极细的片间距,并在基体上有大量弥散漫衍的二次碳化物,要求有只管低的残余奥氏体和残余应力,所以一般选用后一种形式的热处置惩罚,详细为正火加回火。高速钢作为热轧辊质料的应用在1988年始于日本,20世纪90年月初期美国和欧洲也举行了研制,我国在20世纪90年月后期开始研制和使用高速钢轧辊。

一般高速钢的身分为1%~2%C,0%~5%Co,0%~5%Nb,3%~10%Cr,2%~7%Mo,2%~7%V,1%~5%W。因为拥有大量可形成强碳化物的合金元素如W和V,其最终的显微组织含有约莫10%~15%具有极高硬度和高温稳定性的碳化物,所以在高温下事情能保持较高的强度和硬度。

其事情层硬度高,可到达80~85HS,具有较好的耐磨性和抗热裂性,轧辊外貌没有泛起热裂纹,一般没有剥落现象。近年来外洋在热轧薄板粗轧机架接纳半高速钢轧辊也获乐成,其耐磨性是高铬钢轧辊的2倍,且咬入性能和抗热疲劳性能好,因而成为热轧薄板粗轧机架和线棒材中轧机架轧辊的理想选择,半高速钢的化学身分规模为: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。高速钢热轧辊的热处置惩罚方式一般接纳淬火加回火,在加热到高温时,钢中的二次碳化物充实溶解,一次共晶碳化物部门溶解。

这些碳化物所含有的碳和合金元素溶入奥氏体中,增加了奥氏体中碳和合金元素的含量。在淬火时它们固溶于贝氏体和马氏体中,而在回火时析出了弥散的碳化物,使钢出现出比淬火时硬度还要高的二次硬度。因此为了增加基体的硬度,应提高淬火温度,同时,为了防止基体中泛起块状粗大的碳化物,应只管降低淬火温度,一般确定最佳淬火温度为1050℃~1150℃,同时回火温度为550℃~600℃。

为了保证基体中含有大量弥散漫衍的球状MC型碳化物,应增加V含量,但V不宜过高,因为V会降低淬透性,凝固时生成粗大的一次碳化物,淬火时不能完全溶入奥氏体,从而降低了断裂韧性,同时还会降低轧辊的外貌粗拙度。冷轧辊的生长偏向将是在进一步提高强度硬度和淬硬层深度的同时,保证一定的韧性。

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大型冷轧事情辊将普遍接纳含钒、铣、镍等元素的革新型5%Cr钢制造。为提高质料的淬透性,Cr的含量将进一步增加,如8%~10%Cr及更高铬的锻钢已开始用于实际生产,但含Cr量的增加会导致较差的韧性,因此需要适当平衡C和Cr含量,在较低的温度下淬火获得所需要的冷轧辊硬度,从而淘汰轧辊的断裂和降低其断裂敏感性。另外,随着锻件制造技术的进一步完善,高铬钢事情辊将更多地应用于大型冷连轧机。

5%Cr及其含钒的革新型钢广泛用于大型支承辊锻件,高铬含量的大型锻钢支承辊进入实用阶段。大型冷轧事情辊要求接纳电渣重熔锭锻制,而大型支承辊锻件用钢则被广泛接纳钢包精炼并真空除气的冶铸工艺生产,钢水的纯净度均到达较高水平。热轧辊事情在交变的高温和力的作用下,其外貌重复受到摩擦,会发生强烈的磨损,因此热轧辊的生长主要在于进一步提高其耐磨性。

在实际的轧制生产中,外貌淬火和渗碳强化处置惩罚的热轧辊己不能满足对其高耐磨性的要求,但整体的高速钢或硬质合金轧辊成本极高,对于轧辊芯部质料将造成浪费。因此,轧辊的生产迫切需要举行外貌处置惩罚,将硬质合金或陶瓷质料熔覆在轧辊的外貌作为轧辊的事情表层。外貌镀铬、火焰喷涂、等离子喷涂以及激光毛化都是工具外貌合金强化技术,将进一步用于提高的轧辊的性能。

总之,合理选材及接纳合适的热处置惩罚方式高质量地制造轧辊,可以节约大量的辊材,降低轧钢生产成本,同时提高轧辊的质量和产量。因此,应重视轧辊选材的新动向,从轧钢的实际条件出发.开发轧辊的新材质,提高轧辊的制造质量。轧辊按事情状态可分为热轧辊和冷轧辊,按所起的作用可分为事情辊、中间辊、支承辊,按材质可分为锻辊和铸辊(冷硬铸铁)。通常轧辊的服役条件极其苛刻,事情历程中蒙受高的交变应力、弯曲应力、接触应力、剪切应力和摩擦力。

容易发生磨损和剥落等多种失效形式。对热轧辊来说,辊面不允许泛起裂纹,外貌裂纹缺陷容易造成应力集中,加速扩展而使轧辊失效。

热疲劳裂纹主要起因于周期性交变热应力,严重情况下,裂纹扩展可能造成辊面剥落,甚至断辊。冷轧辊主要失效形式包罗划伤、粘辊和剥落等。冷轧辊辊身外貌应有高而匀称的硬度,其优劣体现在辊身事情层的耐磨性,即耐粗拙性。

热轧事情辊举行的热处置惩罚一般有锻后热处置惩罚和调质。锻后热处置惩罚的主要目的是消除锻后应力,细化晶粒,改善切削性能。

锻后热处置惩罚另有扩氢作用。扩氢时间视钢锭氢含量而定,一般认为[H]≤2×10-4%时,可取消扩氢处置惩罚。调质 热轧事情辊的最终热处置惩罚是调质。

调质的目的是保证轧辊外貌获得划定的硬度和力学性能,并保证心部具有足够的韧性。冷轧事情辊的热处置惩罚一般有锻后热处置惩罚,调质和外貌淬火。锻后热处置惩罚锻后热处置惩罚的目的是降低硬度,消除残余应力,同时还改善组织,获得细粒珠光体,消除网状碳化物。锻后热处置惩罚另有扩氢作用。

扩氢时间视钢锭氢含量而定,一般认为[H]≤2×10-4%时,可取消扩氢处置惩罚。调质调质的目的是为外貌淬火提供组织准备,使辊颈和辊心获得强韧性配合良好的粒状珠光体组织,获得良好的综协力学性能,以蒙受猛烈的外貌淬火。外貌淬火外貌淬火使事情辊获得高硬化层。外貌淬火方法按加热方法可分整体快速加热淬火法和一连感应加热淬火法,现在后者在生产实践中应用更广。

在一连式感应加热淬火工艺方法中双频感应淬火很有特色,它使用两种差别频率的感应器匹配举行感应加热,在辊面温度控制和加热层温度漫衍方面的具有显着的优势。典型的双频淬火装备以电流透入深度较大的工频感应器作为主感应器,实现深层加热,均热一段时间后,再使用一其中频感应器来获得较深的经由等温的奥氏体化层,淬后获得所需的淬硬层深度。中频电源以250Hz为佳,也有使用500、1000、1200和2500Hz。

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中频感应器的功率一般为工频感应器的1/2~1/4。中频感应器和工频感应器之间的间距为90~120mm。

感应器上升速度为0.5~0.6mm/s。轧辊要在加热炉内整体预热,心部要预热透。提高预热温度,有利于提高加热深度和缩短奥氏体化时间。凭据轧辊淬硬层深的要求,可预热至220℃~500℃,整体预热后装卡到淬火机床上举行感应淬火。

感应淬火历程时将整体预热的轧辊预热到指定温度后,将轧辊装卡到运动框架上,辊身下端面与工频感应器下平面保持在一个水平面上,两个感应器从送电到全部进入辊身正常淬火,其功率逐渐增加,直到淬火全功率。同样,当感应器脱离辊身上端面时,功率也有大到小逐渐减小,直至全部脱离辊身。

感应加热完成后,为减小淬火应力,应举行适当预冷后再喷淬。由于奥氏体在高温阶段比力稳定,喷水器与下感应器之间有40mm的清闲,辊面温度下降到850℃左右,不会影响淬火硬度。

辊身下降进入喷水器位置后,低压洪流量一连喷射冷却7~10min,使淬硬层深度规模内的冷却速度凌驾贝氏体临界冷却速度直至冷却到Ms以下,再浸水冷却。浸水冷却时间按辊身直径每100mm冷却15min盘算,终冷温度≤50℃。

冷轧事情辊淬火后应实时回火。回火温度凭据要求的辊身外貌硬度而定。一般来说,硬度大于90HS的轧辊的回火温度为140℃~150℃,硬度为70~85HS的轧辊的回火温度为310℃~330℃。

辊身硬度大于95HS的轧辊,在精车和粗磨后应举行第二次回火,回火温度比第一次低10℃。现在铸铁轧辊的生产中,普遍接纳消除内应力退火、石墨化退火、正火和回火等工艺 消除内应力退火 ,铸铁轧辊在浇注后的冷却历程中,各部位通过塑性到弹性变形温度的时间差别;在冷却历程中轧辊发生石墨化和种种相变时其体积变化,这两个因素使轧辊由外貌至中心发生很大的应力。

低温退火,可在短时间内有效的消除轧辊内应力。凭据轧辊的材质、尺寸和铸造条件确定低温退火的加热速度、加热温度、保温时间和冷却速度等工艺参数。石墨化退火 球墨铸铁轧辊的组织中往往存在着过多的自由渗碳体,具有形成白口的倾向性。

为了获得较高的综协力学性能,可接纳石墨化退火工艺。石墨化退火分为高温石墨化退火和低温石墨化退火。为了消除球墨铸铁铸态组织中泛起的大量的共晶渗碳体或自由渗碳体,需要接纳高温石墨化退火的热处置惩罚工艺。

当原始组织中的自由渗碳体少于8%,其组织为铁素体+珠光体+石墨或珠光体+石墨,欲获得铁素体基体的球墨铸铁,则接纳低温石墨化退火的热处置惩罚工艺。对于冷硬或无限冷硬球墨铸铁轧辊,多接纳高温石墨化退火工艺。铸铁轧辊正火的目的是增加基体中的珠光体或索氏体组织的数目和弥散度,从而提高铸铁轧辊的强度、硬度、耐磨性,并保持一定的塑性与韧性。正火按加热温度可分为高温奥氏体化正火和中温部门奥氏体化正火。

高温奥氏体化正火加热温度在Ac3以上某个温度规模;部门奥氏体化正火加热温度在Ac1至Ac3规模内。(1) 高温完全奥氏体化正火。球墨无限在冷硬轧辊和球墨半冷硬轧辊可接纳高温完全奥氏体化正火。加热温度一般在900~960℃,经保温基体全部变为奥氏体,然后出炉空冷、风冷或喷雾冷却,从而获得珠光体或索氏体基体的铸铁轧辊。

若辊径较大,正火冷速不足于抑制二次渗碳体的析出,往往需要增加一次正火,以增强正火效果。(2 ) 中温部门奥氏体化正火。

中温部门奥氏体化正火处置惩罚方法是将轧辊在正火温度(约800℃~880℃)保温一段时间,然后空冷,再回火。由于奥氏体化的温度较 正火后的轧辊一般要举行回火处置惩罚。

回火时的升温速度应≤20℃/小时,若升温速渡过快,发生新的热应力与原有应力叠加易使轧辊断裂。


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