新型熱軋工作輥材料差溫?zé)崽幚砉に噮?shù)研究

石 媛，陳太輝，郭 峰

近年來我國鋼鐵行業(yè)發(fā)展迅速，為適應(yīng)軋鋼技術(shù)的進(jìn)步和軋鋼設(shè)備的不斷更新，我公司研制開發(fā)出不同類型的軋輥新材料。熱軋工作輥因其使用工況惡劣，為保證最佳工作狀態(tài)，對綜合性能要求較高，而金屬材料的性能與化學(xué)成分和組織有密切關(guān)系。作為軋輥生產(chǎn)制造的核心環(huán)節(jié)，最終熱處理可以有效控制軋輥工作層組織、性能、硬度及應(yīng)力分布。因此，有必要對新材料最終熱處理過程中的組織及性能進(jìn)行研究，進(jìn)而確定最佳工藝參數(shù)，以獲得優(yōu)異的綜合性能。

1 實(shí)驗(yàn)材料及試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料牌號為YW-50（見表1）。

表1 YW-50 化學(xué)成分(wt.%)

實(shí)驗(yàn)所用試樣的原始組織為索氏體+碳化物（見圖1、圖2），試樣晶粒度9 級（見圖3）。

圖1 試樣原始組織

圖2 試樣原始組織

圖3 試樣晶粒度

1.2 試驗(yàn)工藝

為了研究YW-50 材料的最佳淬火溫度及時(shí)間，筆者進(jìn)行一系列的模擬實(shí)驗(yàn)（見圖4）。

圖4 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)?zāi)M曲線

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 Ms 點(diǎn)變化規(guī)律

熱軋工作輥的淬火組織以獲得馬氏體為最終目標(biāo)。為此，熱軋工作輥材料的Ms 點(diǎn)是重要研究參數(shù)。此外，Ms 點(diǎn)也是判斷材料組織奧氏體化程度的重要依據(jù)。奧氏體化的時(shí)間相同時(shí)，隨著奧氏體化溫度的升高，YW-50 的Ms 點(diǎn)不斷降低。這是因?yàn)閵W氏體化溫度升高會(huì)使金相組織中碳化物的溶解更充分，溶入奧氏體中的合金元素和碳原子更多，奧氏體也更加穩(wěn)定，進(jìn)而降低鋼的Ms 點(diǎn)[1]。在900～1 020 ℃進(jìn)行奧氏體化時(shí)，保溫30 min 和60 min 對Ms 點(diǎn)的影響不大（見表2）。

表2 奧氏體化溫度、時(shí)間對Ms 點(diǎn)的影響

2.2 金相組織

在不同淬火溫度和保溫時(shí)間下，YW-50 材料的淬火組織均為馬氏體和質(zhì)點(diǎn)狀的碳化物，隨著淬火溫度的升高，碳化物不斷減少，馬氏體組織形貌越來越顯現(xiàn)[2]。當(dāng)淬火溫度≤960 ℃時(shí)，淬火組織為馬氏體和大量的質(zhì)點(diǎn)狀碳化物；當(dāng)淬火溫度＞960 ℃時(shí)，質(zhì)點(diǎn)狀碳化物含量明顯減少，碳化物顆粒明顯變小，并出現(xiàn)明顯的針狀馬氏體組織，當(dāng)淬火980 ℃或淬火1 000 ℃并長時(shí)間保溫時(shí)尤其明顯（見圖5）。

圖5 不同淬火溫度和保溫時(shí)間下YW-50 的組織形貌

2.3 晶粒度分析

當(dāng)奧氏體溫度≤960 ℃時(shí)，由于奧氏體化溫度低，再結(jié)晶不完全，YW-50 中存在明顯的原奧氏體晶界，但奧氏體晶粒內(nèi)已生成大量再結(jié)晶小晶粒；當(dāng)奧氏體溫度≥960 ℃時(shí)，再結(jié)晶完全，原奧氏體晶界消失，且隨著奧氏體化溫度的升高和奧氏體化時(shí)間的增加，再結(jié)晶晶粒明顯長大[3]。當(dāng)奧氏體化溫度≥1 000 ℃時(shí)，晶粒度將達(dá)到4～5 級（見圖6）。

圖6 不同奧氏體化溫度和時(shí)間下YW-50 材質(zhì)的晶粒度

2.4 淬硬性分析

通常，淬硬性主要由YW-50 鋼基體的碳含量決定，在一定范圍內(nèi)碳含量越高，淬硬性越好。在920～960 ℃范圍內(nèi)，隨著淬火溫度的提高，淬硬性增加。這是因?yàn)殡S著淬火溫度的增加，鋼中碳化物溶解充分，由此增加鋼的淬硬性。而在960～1 000 ℃范圍內(nèi)，鋼的硬度基本不變（見圖7）。

圖7 奧氏體化溫度對鋼淬硬性的影響

通過以上分析可知，將YW-50 的淬火溫度控制在960～1 000 ℃之間即可獲得良好的淬火組織。

3 產(chǎn)品試制及性能檢測

3.1 試制工藝

根據(jù)我公司承制的YW-50 熱軋工作輥的規(guī)格為?1 265 mm×1 915 mm×5 435 mm，技術(shù)要求輥身硬度65-70HSD，硬度均勻性≤3HSD（見圖8）。

圖8 YW-50 熱軋工作輥試制工藝

3.2 硬度檢測

試制完成后，對試制輥身表面進(jìn)行硬度檢測，測得輥身硬度66-69HSD，輥身硬度均勻性為3HSD，符合技術(shù)要求（見圖9）。

圖9 熱軋工作輥試制件輥身硬度檢測結(jié)果

4 結(jié) 語

通過對YW-50 材料及試制產(chǎn)品的檢測分析可知：

（1） YW-50 材質(zhì)的最佳淬火溫度為960～1 000℃。

（2） YW-50 材質(zhì)熱軋工作輥差溫工藝淬火參數(shù)選擇1 060～1 100 ℃(高保） +1 020～1 070 ℃(低保） 時(shí)，輥身硬度及均勻性可以得到良好控制。