新型热轧工作辊材料差温热处理工艺参数研究

石 媛，陈太辉，郭 峰

近年来我国钢铁行业发展迅速，为适应轧钢技术的进步和轧钢设备的不断更新，我公司研制开发出不同类型的轧辊新材料。热轧工作辊因其使用工况恶劣，为保证最佳工作状态，对综合性能要求较高，而金属材料的性能与化学成分和组织有密切关系。作为轧辊生产制造的核心环节，最终热处理可以有效控制轧辊工作层组织、性能、硬度及应力分布。因此，有必要对新材料最终热处理过程中的组织及性能进行研究，进而确定最佳工艺参数，以获得优异的综合性能。

1 实验材料及试验方法

1.1 试验材料

试验材料牌号为YW-50（见表1）。

表1 YW-50 化学成分(wt.%)

实验所用试样的原始组织为索氏体+碳化物（见图1、图2），试样晶粒度9 级（见图3）。

图1 试样原始组织

图2 试样原始组织

图3 试样晶粒度

1.2 试验工艺

为了研究YW-50 材料的最佳淬火温度及时间，笔者进行一系列的模拟实验（见图4）。

图4 室内实验模拟曲线

2 实验结果与分析

2.1 Ms 点变化规律

热轧工作辊的淬火组织以获得马氏体为最终目标。为此，热轧工作辊材料的Ms 点是重要研究参数。此外，Ms 点也是判断材料组织奥氏体化程度的重要依据。奥氏体化的时间相同时，随着奥氏体化温度的升高，YW-50 的Ms 点不断降低。这是因为奥氏体化温度升高会使金相组织中碳化物的溶解更充分，溶入奥氏体中的合金元素和碳原子更多，奥氏体也更加稳定，进而降低钢的Ms 点[1]。在900～1 020 ℃进行奥氏体化时，保温30 min 和60 min 对Ms 点的影响不大（见表2）。

表2 奥氏体化温度、时间对Ms 点的影响

2.2 金相组织

在不同淬火温度和保温时间下，YW-50 材料的淬火组织均为马氏体和质点状的碳化物，随着淬火温度的升高，碳化物不断减少，马氏体组织形貌越来越显现[2]。当淬火温度≤960 ℃时，淬火组织为马氏体和大量的质点状碳化物；当淬火温度＞960 ℃时，质点状碳化物含量明显减少，碳化物颗粒明显变小，并出现明显的针状马氏体组织，当淬火980 ℃或淬火1 000 ℃并长时间保温时尤其明显（见图5）。

图5 不同淬火温度和保温时间下YW-50 的组织形貌

2.3 晶粒度分析

当奥氏体温度≤960 ℃时，由于奥氏体化温度低，再结晶不完全，YW-50 中存在明显的原奥氏体晶界，但奥氏体晶粒内已生成大量再结晶小晶粒；当奥氏体温度≥960 ℃时，再结晶完全，原奥氏体晶界消失，且随着奥氏体化温度的升高和奥氏体化时间的增加，再结晶晶粒明显长大[3]。当奥氏体化温度≥1 000 ℃时，晶粒度将达到4～5 级（见图6）。

图6 不同奥氏体化温度和时间下YW-50 材质的晶粒度

2.4 淬硬性分析

通常，淬硬性主要由YW-50 钢基体的碳含量决定，在一定范围内碳含量越高，淬硬性越好。在920～960 ℃范围内，随着淬火温度的提高，淬硬性增加。这是因为随着淬火温度的增加，钢中碳化物溶解充分，由此增加钢的淬硬性。而在960～1 000 ℃范围内，钢的硬度基本不变（见图7）。

图7 奥氏体化温度对钢淬硬性的影响

通过以上分析可知，将YW-50 的淬火温度控制在960～1 000 ℃之间即可获得良好的淬火组织。

3 产品试制及性能检测

3.1 试制工艺

根据我公司承制的YW-50 热轧工作辊的规格为Ø1 265 mm×1 915 mm×5 435 mm，技术要求辊身硬度65-70HSD，硬度均匀性≤3HSD（见图8）。

图8 YW-50 热轧工作辊试制工艺

3.2 硬度检测

试制完成后，对试制辊身表面进行硬度检测，测得辊身硬度66-69HSD，辊身硬度均匀性为3HSD，符合技术要求（见图9）。

图9 热轧工作辊试制件辊身硬度检测结果

4 结 语

通过对YW-50 材料及试制产品的检测分析可知：

（1） YW-50 材质的最佳淬火温度为960～1 000℃。

（2） YW-50 材质热轧工作辊差温工艺淬火参数选择1 060～1 100 ℃(高保） +1 020～1 070 ℃(低保） 时，辊身硬度及均匀性可以得到良好控制。