目前,國(guó)內(nèi)鍛鋼冷軋輥的材質(zhì)主要為Cr2、Cr3、Cr5以及半高速鋼、高速鋼等,其中Cr2、Cr3材質(zhì)鍛鋼冷軋工作輥工藝技術(shù)比較成熟,Cr5材質(zhì)鍛鋼冷軋輥具備更高硬度和更深淬硬層深度,半高速鋼、高速鋼材質(zhì)冷軋輥由于合金成分的大量增加,其熱處理工藝發(fā)生了較大變化,具備高硬度、高耐磨性、耐熱沖擊性能和抗事故性能。
鍛鋼冷軋輥的熱處理工藝主要分為鍛后熱處理、軋輥整體調(diào)質(zhì)處理、輥身深層淬火及回火處理,一些冷軋工作輥為提高淬硬層深度,降低殘余奧氏體含量,還需要進(jìn)行深冷處理。其中,鍛后熱處理作為軋輥鍛造后的熱處理工藝,包括正火和球化退火等形式,主要用于改善基體組織,消除應(yīng)力,改善加工切削性能。軋輥整體調(diào)質(zhì)處理包括淬火加高溫回火,經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理后的軋輥基體具有良好的強(qiáng)度、韌性、塑性和機(jī)械加工性能。輥身深層淬火是影響軋輥使用性能最重要的一道熱處理工藝,包括軋輥預(yù)熱、輥身連續(xù)淬火、冷處理和回火處理。
鍛鋼冷軋輥在鍛后熱處理和粗加工之后需要進(jìn)行預(yù)熱處理,為連續(xù)淬火加熱做預(yù)熱準(zhǔn)備,預(yù)熱工藝溫度一般為210℃-420℃,Cr2、Cr3、Cr5三種軋輥的預(yù)熱溫度基本相同,半高速鋼、高速鋼由于淬火溫度高,預(yù)熱溫度需要相應(yīng)提高,根據(jù)軋輥尺寸規(guī)格不同,保溫時(shí)間20-30小時(shí)不等。充分的預(yù)熱能夠使軋輥淬火效果增強(qiáng)并減小內(nèi)部應(yīng)力,預(yù)熱溫度控制在較低水平可以有效減小應(yīng)力,但對(duì)淬火的蓄熱儲(chǔ)備能力減弱,淬火加熱難度更大。因此,在保證應(yīng)力可控對(duì)后續(xù)影響較小的情況下,設(shè)置合適的預(yù)熱工藝溫度,能夠?qū)B續(xù)淬火產(chǎn)生積極影響。
輥身連續(xù)淬火是通過感應(yīng)器在軋輥輥身表面進(jìn)行連續(xù)感應(yīng)加熱,并用水介質(zhì)進(jìn)行持續(xù)冷卻的一種熱處理工藝。根據(jù)不同材質(zhì)Cr2、Cr3、Cr5 以及半高速鋼、高速鋼,加熱溫度為860℃~1120℃不等。合適的淬火溫度能夠使軋輥輥身表面組織充分奧氏體化,加熱溫度過低會(huì)導(dǎo)致組織未奧氏體化或奧氏體化不充分,淬火后組織不均勻性能差,加熱溫度過高則使組織變得粗大,基體的強(qiáng)度、塑性、韌性大幅度下降,甚至出現(xiàn)過熱現(xiàn)象,進(jìn)而嚴(yán)重影響軋輥?zhàn)罱K使用性能。
淬火冷卻至100℃左右再進(jìn)行冷處理,冷卻溫度-80℃至-160℃并保溫8小時(shí),可以使殘余奧氏體進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織,減少殘余奧氏體可以使組織更加均勻和穩(wěn)定,同時(shí)提高輥身硬度。鍛鋼冷軋輥的材質(zhì)從Cr2、Cr3、Cr5到高速鋼,隨著鉻合金含量的逐漸增加,硬度、耐磨性和淬硬層深度不斷增大,輥身表面硬度可達(dá)到95HSD-103HSD。
輥身淬火和冷處理后需要進(jìn)行回火處理,以穩(wěn)定組織,穩(wěn)定尺寸,及時(shí)消除內(nèi)應(yīng)力,避免發(fā)生變形和裂紋,同時(shí)進(jìn)一步使組織均勻化,調(diào)整硬度性能指標(biāo)。 Cr2、Cr3、Cr5材質(zhì)的冷軋輥回火溫度一般在90℃~160℃,高速鋼材質(zhì)的冷軋輥回火溫度最高可達(dá)450℃~540℃。高速鋼鍛鋼冷軋輥采用兩次回火中間加一道深冷處理的熱處理工藝,第二次回火處理工藝時(shí)間為第一次回火的兩倍,兩次回火溫度相同,在冷處理前先進(jìn)行一次回火處理可以使淬火后的殘余應(yīng)力得到有效控制,避免由于綜合應(yīng)力較大導(dǎo)致軋輥冷處理時(shí)發(fā)生斷裂。