高速钢轧辊及其合金元素

高速钢轧辊及其合金元素 高速钢轧辊及其合金元素 No.3 Mav20o8 《大型铸锻件》 HEAVYCASTINGANDFORGING 高速钢轧辊及其合金元素 马东良马振义 (1,中钢集团邢台机械轧辊有限公司技术中心,河北054025;2.中建八局第一建设有限公司,山东250100) 摘要:本文简单介绍了高速钢轧辊及其优点,重点分析了其中的合金元素和碳化物,并设计出适合生产与 使用的高速钢轧辊. 关键词:高速钢;轧辊;合金元素;碳化物 中图分类号:TU512.9文献标识码:B HighSpeedSteelRollandItsAlloyElements MaDongliang,MaZhenyi Abstract:rhehighspeedsteelrollanditsadvantageshavebeenintroducedsimply,anditsalloy elementsand carbideshavealsobeenmainlyanalyzed.Furthermore,thehighspeedsteelrollwhichissuitab leforproductionand applicationhasbeendesigned. Keywords:highspeedsteel;roll;alloyelement;carbide 近年来世界钢铁工业的迅速发展,使轧辊的 消耗越来越大,对其轧辊性能的要求也越来越高. 我公司经过十几年的努力,已成功将高速钢应用 于冶金轧辊的生产. 1高速钢轧辊 高速钢是含大量钨,钼,铬,钒等元素的高碳高 合金钢,是典型的高速切削刃具钢.高速钢具有高 硬度,优良耐磨性和高红硬性等特点.由于价格偏 高且生产 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 复杂,在很长时间内,其应用范围仅 限于刃具行业.随着生产的需要和技术的进步,高 速钢逐步进入耐磨材料行业并出现了高速钢轧辊. 高速钢轧辊是用高速钢作为工作层,用满足 韧性要求的锻钢,铸钢或球铁等作为辊芯,以熔铸 的方式通过冶金结合起来的高性能轧辊?. 高速钢轧辊具有如下优点: (1)高硬度和耐磨性.高速钢轧辊中回火马 氏体和贝氏体基体上弥散分布着较多MC,MC, MC等类型的高硬度碳化物,硬度和耐磨性较高. 根据检测,高速钢轧辊辊身硬度为64HRC,耐磨 性约为高铬铁轧辊和高镍铬轧辊的3倍一11倍. (2)较高的红硬性和热稳定性.高速钢轧辊 外层的钨,钼,铬,钒等元素使其具有较好的热稳 定性和红硬性.根据文献和实际检测,高速钢 轧辊在200?以下硬度为64HRC,400?时为 62HRC,600?时为63HRC. (3)良好的淬透性.在室温下检测高速钢轧 辊工作层,从 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面到芯部的硬度降不超过2HRC. (4)使用效果好.实际使用中,高速钢轧辊 轧制的产品质量高,精度好,表面光滑度高,极少 出现粘钢等不良现象. 2高速钢轧辊中的合金元素 表1为我公司目前生产的高速钢轧辊成分设 计. (1)碳(C) 高速钢轧辊与普通高速钢相比碳含量较高, 根据不同成分配比一般为1.4%一3.5%.碳主 要与强碳化物形成元素生成MC,MC,MC, Mcl3等高硬度和高热稳定性的碳化物,提高耐 磨性和红硬性.碳在熔炼时还可避免铁水被过分 氧化.但是若碳含量过高易产生碳化物偏析, 降低轧辊使用性能.因此,碳含量应根据强碳化 物形成元素的含量确定. 表1高速钢轧辊成分设计(质量分数,%) Table1ThechemicalcompositionofHSSroll(nlassfraction,%) 143.5}2.540i0.8,1.5f3.0,100j30,5,0l45,65l052,0I1,040l021,010,3,1,0l0,1, 0,6 收稿日期:2008—O2一l8 作者简介:马东良(1984一),男,汉族,I东省济南市人,毕业于山东大学材料科学与工 程学院. 10 《大型铸锻件》 HEAVYCASTINGANDFORGING No.3 Mav2008 (2)钒(V) 钒能形成碳化物VC.回火时VC弥散析出, 形成二次硬化.VC硬度高,晶粒细小,不易碎裂, 主要呈团球状或近球状弥散分布在基体上,可以 提高材料的冲击韧性,硬度和耐磨性.钒还能有 效的去除钢液中的杂质,但钒含量过高会增加钢 液的氧化性,而且大大提高材料的成本.钒含量 应控制在2.5%,4.0%_4J. (3)铌(Nb) 铌的作用与钒类似.与钒相比,铌与碳的亲 和力更大,更易形成碳化物NbC,NbC比VC略微 粗大.铌比钒更贵,铌与钒综合作用可获得更 好的回火二次硬化效果.综合成本及使用效果, 将铌含量控制在0.6%,1.5%.钒和铌的总量 控制在3%,6%. (4)铬(Cr) 高速钢轧辊的淬透性主要依靠铬,铬首先形 成碳化物M,c和M,c,这些碳化物在淬火加热 时基本都溶于基体中,增加基体的稳定性,使高速 钢轧辊产生较高的淬透性.铬还可以调节基体的 碳平衡,能提高抗氧化脱碳和抗腐蚀能力.但 铬含量过高会在回火时形成不稳定碳化物,降低 热稳定性和红硬性.铬在离心复合浇注过程中也 容易产生偏析J. (5)钨(w) 钨是促进高速钢抗回火性和红硬性的首选元 素.钨主要形成Few:c和少量wc.淬火 时,一部分Fewc溶入基体,在回火时以wc 形式弥散析出,造成二次硬化,提高硬度和红硬 性;另一部分碳化物可以阻止奥氏体晶粒长大,提 高耐磨性.钨还有一定抗氧化性.若钨含量 太高会使轧辊中形成鱼骨状易碎的Mc型碳化 物,降低耐磨性_9J.另外,钨元素易产生偏析,恶 化轧辊表面的韧性.综合考虑钨含量应低于 5%. (6)钼(Mo) 钼的作用和钨类似,可形成MoC,1%的钼可 取代约1.8%的钨.钼的密度比钨低,在一定程 度上可消除偏析现象.高速钢轧辊中的钼可改善 一 次碳化物的不均匀性,并降低脆性,同时回火固 溶的钼可以阻止碳化物沿晶界析出,提高强度和 韧性J.但若用钼完全取代钨,在热处理过程中 会加剧氧化和脱碳,高速钢轧辊的晶粒也略粗大, 因此在一般情况下将钨和钼混合加入.综合 考虑将钼含量控制在4.5%,6.5%l4J. (7)镍(Ni) 镍可以改善高速钢轧辊的力学性能,增加淬 透性,但增加残余奥氏体量J.不过,通过合适 的成分设计和生产工艺可以消除多余残余奥氏 体.因此添加2%以下的镍改善高速钢轧辊的力 学性能. (8)钴(C0) 钴是非碳化物形成元素,它提高硬度和红硬 性的原理与钨,钼,钒不同:在加热时,钴大部溶入 基体,提高高速钢轧辊的熔点和淬火温度,使其它 合金元素更多地溶入基体以充分发挥它们的硬化 作用;钴在回火时析出金属间化合物CoW等,抑 制碳化物的析出及聚集j. (9)硅(Si) 硅有一定的脱氧作用,但硅含量太高会形成 粗大的Mc型碳化物和铁素体,降低组织的韧 性和硬度.因此,合适的硅含量应为0.2%, 1.0%. (10)锰(Mn) 锰具可以降低马氏体开始转变温度,但含量 过高会增加残余奥氏体量.可以将其含量定为 0.3%,1.0%. (11)铝(A1) 铝固溶于基体中,在一定限度内可细化晶粒 并提高高速钢轧辊的回火稳定性,硬度和红硬性. 铝是强氧化物形成元素,熔炼出炉前可加入少量 纯铝进行脱氧.但铝可增加高速钢的脱碳敏感 性.在成分设计时可加少量铝. (12)硫(S)和磷(P) 硫和磷在高速钢轧辊中多以低熔点夹杂物的 形式聚集于晶界,在高温加热过程中易出现局部 熔化,降低钢的强度和塑性,因此硫,磷含量应严 格控制在0.03%以下. 3高速钢轧辊中的碳化物 文献[10]的研究表明,不同类型碳化物的形 成取决于强碳化物形成元素.不同强碳化物与硬 度的关系见表2.MC是以钨或钼为主含铁的碳 化物,生成Fe(W,Mo)C或Fe(W,Mo):C,可 溶入少量铬,钒,钴等元素;M,C以铬,钨,钼为 主,可溶入少量钒,铁,形成(Cr,Fe,Mo,W,V): C;MC以钒为主,可溶入少量钨,钼,铬等元 素?.此外,高速钢轧辊中还存在wC,MoC等 Mc型介稳碳化物.加热时,M:,c在900~C以上 大量溶解,1090?几乎全溶;MC高于1037?开 11 No.3 Mav2008 《大型铸锻件》 HEAVYCASTINGANDFORGING 始溶解,1250~C以上溶解量逐渐减小;MC高于1 IO0~C开始溶解,溶解速度比M6c慢.M6c和 MC不会全溶,未溶碳化物阻碍晶粒长大,细化组 织. 表2高速钢轧辊中的碳化物 Table2ThecarbidesofHSSroll 碳化物MCM2CM3CM6CM7C3M23C6 合金W,Mo, 元素V,NbW,MoCr,FeCrCrFe 棒状/鱼骨菊花状/形态粒状网状粒状 羽毛状细板条状网状 硬度2700,840,1470,1200, 2O001200 HV31oo1340240018oo 4结语 高速钢轧辊最早出现在20世纪80年代 末?,在增强耐磨性,改善轧材质量,提高生产率 等方面都优势. 高速钢轧辊的研制成功使我国轧辊制造技术 迈上了一个新台阶,高速钢轧辊的优点也会为钢 铁工业带来更多的好处.当然,高速钢轧辊也有 一 些缺点,如元素存在偏析,生产成本较高,热处理 工艺复杂等,在以后的生产和应用中应受到重视. 参考文献 [1]洪桃生.铸造高速钢轧辊的发展与展望[J].上海金属, 2001,23(1):1—6. [2]喻世禄着.高速钢和高速钢锻造[M].北京:国防工业出版 社,1989. [3]宫坂善和,片冈义弘,汤田浩二.高碳高速度钢碳化物的形 成及合金元素的影响[J].铸造工学,1997,69(4):204. 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