新型Cr5改进型支承辊性能研究与组织分析

2015-11-16南玉静白兴红孙睿璇

金属加工(热加工) 2015年13期

■南玉静，白兴红，孙睿璇

原有Cr5 等材料因其局限性，已不能完全满足高耐磨性要求，我公司研制开发出一种新型Cr 5改进型支承辊材质，有效提高了支承辊的耐磨性、淬硬性、淬透性、抗剥落性等，支承辊的轧制周期延长了近一倍，可以很好地满足使用要求，其制造技术达到国际先进水平。

本文将对这种新型Cr 5改进型支承辊材质的力学性能进行研究，并从组织结构上对其进行详细分析，为将来的生产研究提供理论依据。

1. 材料成分

与传统的Cr 5支承辊材料相比，该型号的新钢种进行了微合金化，化学成分见表1。适当增加Cr、Mo、V等合金元素含量，少量多元，可以有效细化晶粒，提高强韧性；同时，可以提高其淬透性、淬硬性和耐回火性；又由于这些合金元素均为强碳化物形成元素，可以使支承辊工作层碳化物种类、数量更多，对提高辊身表面硬度和耐磨性将产生显著作用。

图1 支承辊实际生产现场照片

表1 Cr5改进型支承辊材质的化学成分（质量分数）（%）

2. 生产过程

生产过程包括以下环节：炼钢→锻造→锻后热处理→毛坯无损检测→粗加工→UT→预备热处理→半精加工→最终热处理→精加工→UT→包装→出厂。实际生产现场照片见图1。

冶炼方法采用双真空（VD+VT），以确保钢锭质量；在150000k N水压机上进行锻造，采用一次镦粗加拔长的工艺形式，确保打碎铸态粗晶及树枝状结构，压实锻件心部；锻后热处理采用两次高温正火+球化退火+回火的工艺形式（见图2），目的是使锻件晶粒细化，调整组织，消除网状碳化物；预备热处理为调质工艺，采用油淬+6 0 0℃左右高温回火的形式，目的主要是为了保证辊颈的硬度要求和支承辊整体较高的力学性能，以承受较高的轧制力，提高抗事故能力；最终热处理采用差温加热+喷雾淬火+回火的工艺形式（见图3），这是决定支承辊工作层组织、硬度分布和使用性能的关键工序，也是支承辊制造技术的核心所在，不仅要保证淬硬层的深度与硬度要求，而且要保证心部并未发生组织转变，具有较好的强韧性。

3. 硬度检测

对改进型Cr5支承辊材料试样进行室内热处理试验，并将其热处理后硬度检测结果与传统Cr5材料进行对比（见图4）。结果发现：经淬回火处理后，改进型Cr5支承辊材料硬度可达72～78HS，较传统Cr5材料硬度水平明显提高，具有较好的淬硬性，这将显著提高支承辊的耐磨性，满足各类高档轧机对支承辊的使用性能要求。

图5是对改进型Cr5支承辊与传统Cr5支承辊的径向硬度进行的实体检测结果，可以发现：经差温回火后，该支承辊淬硬层深≥100mm，较传统Cr5材料支承辊的淬透性有很大程度的提高。

综上，改进型Cr5支承辊材料较传统Cr5材料具有更好的淬透性和淬硬性，淬硬层深度明显提高，这将显著提高支承辊的耐磨性，具有更好的使用性能。

4. 力学性能检测

为了比较改进型Cr5 与传统Cr5支承辊的使用性能，对两种材料进行力学性能检测（见表2）。可以看出，改进型Cr5 支承辊材料的抗拉强度Rm≥1100MPa，屈服强度Rp0.2≥900MPa，而传统Cr5支承辊材料的抗拉强度Rm≈980MPa，屈服强度Rp0.2≈800MPa，改进型Cr5支承辊材料在强度上有了明显提高。由冲击试验检测结果可以发现，改进型Cr 5支承辊材料较传统Cr5支承辊材料具有较高的韧性。

图2 锻后热处理工艺曲线

图3 差温热处理工艺曲线

图4 不同温度淬回火后硬度曲线对比（室内试验）

图5 淬硬层曲线对比（实际生产中测量）

表2 拉伸试验检测结果

5. 辊身表面组织分析

（1）金相分析对改进型Cr5支承辊辊身表面进行金相组织分析（见图6），辊身表面组织为回火马氏体，并有大量颗粒状碳化物弥散析出。

（2）SEM 及EDS 能谱分析在辊身表面取样进行扫描（SEM）和能谱（EDS）分析（见图7），可以看出，碳化物呈颗粒状，大小1~3μm，弥散分布在马氏体基体上，可使材料的耐磨性大大提高。由此可见，这种弥散分布的颗粒状碳化物对于提高辊身耐磨性是很有益处的。图8、图9为碳化物和基体的能谱分析结果，经比较可以看出，该碳化物的主要合金元素为Cr、Mo、V、Mn。

（3）X-射线衍射分析为了更清晰地判定碳化物类型及基体中是否存在残留奥氏体，对该试样进行物相分析，发现碳化物主要为M7C3型碳化物（M主要为Cr元素），基体为回火马氏体，不存在残留奥氏体。

（4）透射分析在透射电镜下进一步观察碳化物形态，碳化物形态呈颗粒状弥散分布，对其进行衍射花样标定，可以确定为M7C3型碳化物。

综上，Cr 5改进型支承辊辊身表面组织为回火马氏体和大量弥散分布的碳化物，碳化物呈颗粒状，经衍射花样标定为M7C3型碳化物。这对提高辊身硬度和耐磨性将产生重要影响。