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热轧辊材料研究进展

热轧生产中,轧辊的工作条件非常恶劣,主要是因为热轧辊常与温度高达900~1100℃的轧材接触,辊而温度高达500℃,轧辊使用中除了承受强大的轧制力,以及辊面受轧材的强力磨损外,在轧材高温的作用下,辊面易产生氧化,氧化膜易脱落,加剧轧辊的失效。
  此外,轧辊在工作中还会反复被轧材加热及冷却水冷却,经受温度变化幅度较大的激冷激热,产生很大的热应力,逐渐导致热疲劳裂纹的产生,热疲劳裂纹在轧制力的作用下不断扩展,最终导致轧辊表面破裂甚至剥落,促使轧辊失效。热轧辊除了应具有高的耐磨性和强韧性外,还应具有优良的抗氧化和热疲劳能力。热轧辊材料的发展和选用,主要着眼于提高轧辊的表面耐磨性,在轧辊表面的金相组织中形成较硬的碳化物。随着热轧技术的发展,热轧辊材料也在不断地得到改进和发展,从早期使用的冷硬铸铁轧辊,发展到半钢轧辊、高铬铸铁轧辊和高速钢轧辊。
  早期使用的轧辊组织以M3C型碳化物为主,如Fe3C等。后来加入合金元素铬、镍等,碳化物类型仍以M3C为主,形态变化不大,呈网状分布,但碳化物由FC3C变成了(Fe,Cr)3C,碳化物硬度提高,而且轧辊的基体组织由珠光体变成了马氏体和贝氏体,轧辊的耐磨性明显提高。在轧辊中进一步提高铬含量,碳化物由M3C转变成M7C3型为主,如Cr7C3等,硬度提高,碳化物形态明显改善,由刚状分布变成菊花状分布,轧辊硬度提高的同时,力学性能尤其是冲击韧性和断裂韧性大幅度提高,轧辊使用性能明显改善。
  进入20世纪80年代末期,采用铸造高速钢制造轧辊引起了世界各同轧辊研制者的重视。目前正在研制及迅速推广的高速钢复合轧辊,在使用状态下,轧辊表面层的金相组织主要由MC型和M6C型碳化物以及在高温下具有较高硬度的基体组织构成。