連鑄輥熱處理工藝論文范文

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1試驗(yàn)內(nèi)容

要提高連鑄輥輥體材料的性能應(yīng)從以下幾方面入手:1)通過(guò)調(diào)整輥體材料的成分、增加合金成分的含量，提高淬透性;2)控制鍛坯冶煉和鍛造質(zhì)量，提高材料的均勻性和純凈度，改善夾雜物形態(tài)，降低有害元素含量;3)采用能細(xì)化組織及晶粒的熱處理工藝，提高材料的斷裂韌性，降低裂紋擴(kuò)展速度。

1．1輥體材料成分設(shè)計(jì)小爐冶煉的材料成分如表3所示，為保證一定的強(qiáng)度，規(guī)定了最低含碳量，為增加輥體材料的淬透性，Mn含量選取上限，三爐Ni、Cr含量進(jìn)行了相應(yīng)調(diào)整。其中01#與目前寶鋼使用的R73連鑄輥成分基本一致。

1．2熔煉方法三爐原料均采用IF鋼以降低P、S含量，在50kg感應(yīng)爐中冶煉，鑄成電極棒，然后采用30kg電渣爐進(jìn)行重熔，最終得到120mm電渣錠。

1．3鍛造將120mm電渣錠鍛成30mm×400mm拉伸試樣毛坯、32mm×32mm×180mm沖擊試樣毛坯和40mm×26mm×450mm的J積分試樣毛坯。鍛造毛坯經(jīng)950℃正火+650℃高溫回火后，機(jī)加工至一定尺寸再進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理。

1．4調(diào)質(zhì)熱處理在鹽浴爐中進(jìn)行調(diào)質(zhì)加熱，在井式電爐中進(jìn)行回火處理，爐溫均經(jīng)過(guò)校正。調(diào)質(zhì)工藝采用二種方案:1)900℃水冷+690℃回火空冷2)900℃空冷+690℃回火空冷最終硬度均要求在連鑄輥輥體材料所規(guī)定的硬度范圍內(nèi)，即32－37HSD，采用900℃空冷的目的是:比較在不同熱處理方式下三種成分的連鑄輥輥體內(nèi)部性能和金相組織的差別。

1．5金相組織及性能測(cè)試分析經(jīng)調(diào)質(zhì)熱處理的試樣測(cè)試硬度值后，分別按GB/T228－2010、GB/T229－2007和GB/T21143－2007標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行拉伸、室溫沖擊、J積分試驗(yàn)。三種成分的試驗(yàn)鋼種經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，采用OLYMPUS－BX51金相顯微鏡進(jìn)行微觀組織分析，沖擊斷口形貌采用NOVANANOSEM430型掃描電子顯微鏡觀察分析。

2試驗(yàn)結(jié)果分析

小爐冶煉的三爐試驗(yàn)材料實(shí)際成分如表4所示，機(jī)械性能測(cè)試結(jié)果如表5所示，03#金相組織及斷口電鏡圖片如圖1、圖2所示。

3結(jié)果討論分析

圖1是03#試樣調(diào)質(zhì)后的金相照片，從圖中可以看出組織由已經(jīng)再結(jié)晶的鐵素體和均勻分布的細(xì)粒狀滲碳體組成，并且滲碳體充分析出，均勻彌散分布，基體呈細(xì)小的等軸狀。因此03#經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，具有較高的強(qiáng)度和硬度，同時(shí)具有更好的塑性和韌性，綜合力學(xué)性能優(yōu)異。圖2是03#沖擊試樣的斷口形貌，從圖中可以看出斷口形貌呈韌窩狀，基本由圓形或者橢圓形的凹坑－韌窩組成，由此可以推斷在沖擊斷裂過(guò)程中發(fā)生了明顯的塑性變形，進(jìn)一步說(shuō)明了03#的塑性和韌性較好。由表5結(jié)果可知，在第一種熱處理?xiàng)l件下，03#成分試樣的強(qiáng)度雖然比R73、01#和02#略低，但強(qiáng)度值仍大于700MPa，滿足了使用要求;而韌性指標(biāo)大幅度提高，其中延性斷裂韌度03#比01#提高了48%，沖擊吸收功03#比R73提高了78%，塑性也得到了很大的提高，其中收縮率03#比R73提高了14%，因此03#在水淬和高溫回火的情況下，綜合力學(xué)性能良好。分析其主要原因在于03#中Ni和Cr的含量較高，部分溶于基體的Ni和Cr的產(chǎn)生了固溶強(qiáng)化，另外部分未溶的Ni和Cr以強(qiáng)化相的形式析出，這樣實(shí)現(xiàn)了既保證強(qiáng)度達(dá)標(biāo)又不降低韌性的目的［8］。斷裂韌度對(duì)連鑄輥來(lái)說(shuō)是極重要的指標(biāo)，連鑄輥在惡劣的工況條件下，堆焊層經(jīng)冷熱疲勞最終要產(chǎn)生裂紋，產(chǎn)生的裂紋將向連鑄輥內(nèi)部擴(kuò)展，高的斷裂韌度，裂紋就不容易向輥體內(nèi)部擴(kuò)展，因此提高連鑄輥的關(guān)鍵在于獲得高的斷裂韌性［7］，由此可見(jiàn)03#成分對(duì)于防止疲勞裂紋的擴(kuò)展具有重要的意義。另外在900℃空冷狀態(tài)下，經(jīng)高溫回火后，其沖擊功03#成分也比01#、02#高，可預(yù)期連鑄輥內(nèi)部在冷卻速度比表面緩慢的情況下，采用03#成分的連鑄輥塑韌性也要比01#、02#連鑄輥好。從材料經(jīng)過(guò)兩種不同的熱處理工藝后得到的力學(xué)性能上看，水冷和空冷所得的硬度基本一致，但是從強(qiáng)度上看水冷的要稍微低于空冷的，而在塑韌性上，水冷要高于空冷，尤其是沖擊吸收功上，水冷后回火的值要比空冷后回火的高24%以上。而提高連鑄輥使用壽命的關(guān)鍵就在于提高韌性，因此采用水冷后高溫回火工藝更加合適，使用壽命也會(huì)有所提高。另外，可以從理論上判斷鍛件淬火能否直接采用水冷。根據(jù)熱處理手冊(cè)，首先應(yīng)當(dāng)考慮鍛件化學(xué)成分和基礎(chǔ)性能的影響，一般可以采用碳當(dāng)量的計(jì)算公式計(jì)算，如公式1所示。按此式計(jì)算03#成分:［C］=0．56%≤0．75%，由此可見(jiàn)03#鋼雖然提高了Ni、Cr含量，但是整體的碳當(dāng)量還是處于較低的水平，所以水淬是安全的，不會(huì)引起巨大的內(nèi)應(yīng)力而淬裂的產(chǎn)生。從生產(chǎn)效率上看，直接水淬需要的時(shí)間更短，效率也更高，因此03#最佳的熱處理工藝是900oC水冷+690oC回火空冷。

4結(jié)論

(1)三種不同成分的輥體材料和不同的熱處理工藝條件下的試驗(yàn)結(jié)果表明，03#成分經(jīng)調(diào)質(zhì)熱處理后具有較高的強(qiáng)度和塑性，沖擊功和延性斷裂韌度也得到大幅度提高，均有利于阻止裂紋擴(kuò)展和連鑄輥使用壽命的延長(zhǎng)。(2)03#成分合金元素Ni、Cr的含量較高，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)和計(jì)算表明，直接采用900oC水冷+690oC回火空冷的熱處理工藝，可顯著改善其綜合力學(xué)性能，并提高生產(chǎn)效率。

作者：謝陸旻單位：寶鋼工程技術(shù)集團(tuán)有限公司