锻造冷轧工作辊材料的发展

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Forming锻造冷轧工作辊材料的发展中国第-重型机械集团公司锻造分厂 (黑龙江 161041) 王 爽 刘大琦随着热加工工艺的不断改进，轧辊制造厂不断研究开发新钢种 ，采用新工艺新技术，推动冷轧辊用钢的更新换代，冷轧辊的质量及使用性能不断提高。冷轧工作辊的材料从最初使用的轴承钢逐步发展到含2%Cr、3%Cr、5%CROCI，以及高铬铸铁、高速钢、半高速钢。目前，高速钢及半高速钢轧辊都是铸造的复合轧辊，最初用于带钢热轧机工作辊，近年来已开始用于带钢冷轧机工作辊●后发展目标必然是整体锻造的半高速钢及高速钢冷轧工作辊。

1.2%～5%Cr锻钢轧辊锻钢轧辊是经过钢包精炼除气后真空浇注，锻造工序普遍运用了KD法 (上下宽V形砧大压下量锻造法)、FM法I：WHF法等中心压实方法，在热处理工艺方面也有许多独特技术。

20世纪80年代开发了含3%Cr和5%Cr的冷轧辊，在我国当时也曾经对3%CrSL辊的试制有过尝试，真正成功制造并使用含3%Cr冷轧工作辊则是在1992年以后 ，1997年试制成功5%Cr的冷轧工作辊，含2%Cr冷轧辊用钢发展时间较长，涉及钢种GB/T13314-1991的钢种有5个是含2%Cr，-个含3%Cr的钢种 ，以及9Cr3Mo。而常用含3%Cr的钢种是MC3A，MC3B。含5%Cr的冷轧辊用钢 目前还没有纳入国家标准，但已经普遍应用，这些钢种的化学成分如表1所示。使用结果表明，MC3A、MC3B、MC5轧辊的使用性能明显优于2%C r轧辊。淬硬层深，耐磨性好，事故率低，轧辊返修淬火的次数减少，使用寿命增长。

有报道降低钢 中C含量 ，提高Si含量 ，可以改善冷轧辊用钢性能 ，所报道的钢种相 当于65C r2SiMoV。试验结果表明，此钢种采用适当的工艺热处理后 ，疲劳性能及残 留奥氏体量与9C r2MoV相 当，而强度及冲击韧度均高于9Cr2MoV。国内虽然有人对这种钢进行了研究，但并没有投入实际应用。

20世纪40～70年代期间，直径减少20mm时重新淬火 ，当时轧辊使用到直径减少60mm时报废。

到20世纪80年代，轧辊使用增DHU62mm，直径减少30mm时重新淬火。20世纪80年代后期达到了不需要重新淬火的水平。现在轧辊可以使用到直径减少100mm而不必重新淬火↑年来国内仍有对较多，但化学成分大同小异。在我国纳入国家标准 MC3、MC5冷轧工作辊研究的报道。

表1 含3%Cr 5%Cr的冷轧工作辊用钢及化学成分 (质量分数) (%)试制 元素含量 钢种时间 C Si Mn P S Cr Ni MO V0.85～ 0.25～ 0.20～ < < 2.50～ < 0.20～9Cr3MoO.95 0.45 0l35 0.025 0.025 3.50 0.25 0.40O.8O～ O.6o～ 0.20～ < < 2-8O～ O.6o～ 0.40～ O.05～MC3A 1992O.88 O.90 0.45 0.020 0.020 3.2O 0馏0 0.60 0.120.82～ 0.5O～ 0.20～ < < 2.70～ 0.20～ 0.10～ 0.O5～MC3B 19920.90 0.80 0.45 0.020 0.020 3.10 0.40 O-3O O.12O-80～ 030～ 0.2O～ < < 4.80～ O.3O～ O.2O～ O.O5～MC5 19970.90 0.55 O.50 0.020 0.020 5.40 0.50 0.40 O.1270I， 20w wTw .年m e箩tol work挚inl lg S倦O.c压om饼错 参磊 j 热加工 ， 。” 2.高Cr铸铁轧辊当轧辊钢中Cr含量达到5% (质量分数)后，是否继续增JICr含量，有报道采用10%cr钢锻制冷轧辊，硬度在90HS以上的淬硬层深度可达80mm以上，轧辊耐磨性大幅提高。但这种轧辊没有得到推广应用。冷轧辊用钢的发展又走向了另-条途径，把带钢热轧机所用高Cr铸铁轧辊引入了带钢冷轧机↑年，国内仍有对高铬冷轧工作辊用钢的研究，认为高铬钢制作冷轧工作辊是发展趋势。

高Cr铸铁轧辊最初用于带钢热轧机，扩展应用到带钢冷轧机、型钢轧机，多制成复合轧辊，心部为灰铸铁，表层为高铬白口铸铁。最初制造的这种轧辊常在心部与外层结合处发生早期失效，如由于心部材料因疲劳产生裂纹并造成严重剥落。但经大量的研究改进，这-问题已经得到解决。

高Cr铸铁轧辊的热处理工艺与普通锻钢轧辊不同，其是经350℃等温转变形成贝氏体与铁素体的混合组织 ，能经受500℃工作温度而不发生软化，轧辊内的残留压应力很低。

高铬铸铁轧辊用作冷轧机工作辊，由于其硬化层深，耐磨性好，事故率低，使用寿命高于普通锻钢轧辊。

3.高速钢及半高速钢轧辊高速钢及半高速钢轧辊最初都是用作带钢热轧机工作辊，近年来开始用于带钢冷轧机。

(1)高速钢轧辊的性能特点 有报道称高速钢(HSS)轧辊是从高铬铸铁辊转化而来，碳化物形成元素Mo、W、Ti、V、Nb取代了-些Cr，使其中的碳化物类型及组织形态发生变化，氧化特性与高铬铸铁不同，由于其表面易形成氧化膜而起到保护作用，可提高其耐磨性。

1999年4月 ，在英 国伯明翰 召开的轧辊会议上，报道情况表明高速钢轧辊在带钢热轧中的应用已很普遍，高速钢轧辊已发展到第三代，在第-代轧辊中所存在的问题已经解决，值得注意的是高速钢轧辊已开始用作带钢冷轧机工作辊。

(2)半高速钢 (SHSS)轧辊性能特点 第二次世界大战期间，由于战争造成资源匮乏，人们为节约合金元素而尝试减少高速钢中的合金元素含量 ，并使其仍然保持足够的二次硬化效果，在大致相同的热处理工艺下，可以得到与高速钢相同的硬度，从而可以代替高速钢使用。

作为轧辊材料半高速钢的化学成分与传统的半高速钢不同。有文献报道对几种半高速钢轧辊的试验研究，其合金元素含量均较低。

对半高速钢轧辊组织及性能的研究报道很少，说明这方面的工作还刚刚开始。有文献报道了对-种半高速钢冷轧辊材料的试验研究。钢的化学成分如表2所示。用100kg真空感应电炉熔炼，于900～1100℃间锻造成 60mm圆棒 ，经球化退火后进行各项试验。

表2 试验用钢的化学成分 (质量分数) (%)C Si Mn P S Cr Mo V0.92 0.78 0-36 0.014 0.003 4.92 2.01 1.O1试验钢于1020℃淬火后的回火曲线表明，不论是经过冷处理还是未经冷处理的试样都具有二次硬化的特点。二次硬化的峰值硬度对应于残留奥氏体体积分数的急剧减少。未经冷处理的试样二次硬化的峰值硬度为740HV，高于经过冷处理试样的720HV。经冷处理的试样，其中残留奥氏体量减少，因而在450℃回火时就达到了二次硬化的硬度峰值，而未经冷处理的试样在500℃回火才能达到硬度峰值。

二次硬化的效果来自两方面 ：-是回火过程中所析出的碳化物粒子；二是回火过程中使残留奥氏体转变为马氏体。回火过程中析出弥散分布的Cr、Mo、V的碳化物粒子，可增强钢的耐磨性。

(3)国内整体锻造半高速钢冷轧工作辊 国内有报道 ，研究试制了整体锻造半高速钢冷轧工作辊，其化学成分如表3所示。

表3 试验轧辊的化学成分 (质量分数) (%)C Si Mn P S Cr MO V0.74 O.87 O.33 0.010 0.005 4.92 1.O5 0.41试制工艺流程为：电弧炉冶炼-电渣重熔-锻造-粗加工-调质-双频感应淬火-高温回火。

感应淬火温度1090℃，回火温度520℃。轧辊表面硬度92HSD，90HSD以上的淬硬层深度为25mm，87HSD以上的淬硬层深度为35mm。轧辊组织为回火马氏体基体上分布着细小弥散的碳化物。

压Forming参磊 热加工 謦 71医Forming延长高铬模具钢寿命的锻造工艺研究哈尔滨电机厂有限责任公司 (黑龙江 1 50040) 王丽梅 康宝军模具制造业是使用各种合金工具钢最多、最广的领域。通常使用的有以下品种：碳素工具钢、低合金工具钢、高中铬模具钢 ，相对于前两种钢而言，高铬模具钢具有更好的耐磨性和淬透性，且淬火变形微小，因此应用广泛。

长期以来，国产制造的模具寿命普遍偏低，与发达国家先进水平相比，相同制模材料或类似甚至完全相同的冲压件模具，-般使用寿命只有发达国家的1/3～1/2。主要差距表现在制模材料成分、锻坯质量及制模工艺等方面。

1.冲模锻坯质量通常冲模的失效形式主要是磨损 ，其次是变形、疲劳和断裂。磨损是最常见而又普遍的失效形式。通过对大量失效报废冲模的分析研究可知，无论哪种失效形式都与冲模的凸凹模材料性能及其内在质量有密切相关。

冲模失效有以下几种情况：(1)刃口过量磨损 这主要发生在冲裁模上，其凸凹模磨损与其制模材料性能和热处理有关。因此，冲裁凸凹模锻坯应选用耐磨优质合金材料，采用改锻工艺制坯 ；热处理除需淬透外，对凸凹模还要作渗氮、软氮化等表面强化处理。这样模具硬度可达64HRC以上，冲模寿命提高2～3倍。

(2)凸模折断 此形式尤其在非圆形冲孔 (或落料)凸模上突出，这除与材料性能、热处理有关外，与其横断面复杂也有重要关系。因此，为防止这类失效，不仅要提高模具锻坯性能及强化表面，还应在不影响冲压件质量的前提下，改善凸模横断面复杂形状，消除如锐角、凹口、凸台、齿形及细长悬臂等易造成应力集中的因素。

(3)成形型腔磨损、局部压塌、凸模镦粗等失效 主要发生在压英压花、拉深、弯曲、冲挤、打扁、聚积、挤凸、凸肚及缩径等成形冲模工序。对这类失效除材料问题外，通过模腔表面强化处理、表面研磨抛光 (R 0.1 m)，再配以有效润滑，模具寿命将大幅提高。

2.高铬模具钢改锻的意义作为冲模常用材料的高铬模具钢，其力学性能的高低，与冲模的使用和寿命息息相关。在国外常通过改锻来提高高合金工具钢的力学性能，而国产高合金工具钢，尤其是冷作模具用高合金工具钢 (1Cr12、Crl2MoV)，其共晶碳化物极不均匀，若不改进 ，是不能满足冲模需要的。因此，需采用先进锻造工艺进行改锻，以达到制模要求。

4.结语冷轧工作辊材料从最初使用的轴承钢逐步发展到含2%Cr、3%Cr、5%Cr钢，以及高铬铸铁、高速钢、半高速钢。材质的发展经历了Cr含量由低到高的过程，而C含量则是由高到低的趋向，-定程度上打破了原来淬硬性与含c量关系的固有观念，当72 20w w，w .m e章to 1work熟lnl处理lgS馏O.co m莓 参曷 工 热加工 ， 。”Cr含量较高时，即使C含量降低也可获得适当高的淬硬性，提高综合使用性能。目前，高速钢及半高速钢轧辊都是铸造的复合轧辊，最初用于带钢热轧机工作辊，近年来已开始用于带钢冷轧机工作辊。

今后发展目标必然是整体锻造的半高速钢及高速钢冷轧工作辊。MW (20121229)