連鑄輥熱處理工藝論文范文

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1試驗內容

要提高連鑄輥輥體材料的性能應從以下幾方面入手:1)通過調整輥體材料的成分、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量，提高材料的均勻性和純凈度，改善夾雜物形態，降低有害元素含量;3)采用能細化組織及晶粒的熱處理工藝，提高材料的斷裂韌性，降低裂紋擴展速度。

1．1輥體材料成分設計小爐冶煉的材料成分如表3所示，為保證一定的強度，規定了最低含碳量，為增加輥體材料的淬透性，Mn含量選取上限，三爐Ni、Cr含量進行了相應調整。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感應爐中冶煉，鑄成電極棒，然后采用30kg電渣爐進行重熔，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950℃正火+650℃高溫回火后，機加工至一定尺寸再進行調質熱處理。

1．4調質熱處理在鹽浴爐中進行調質加熱，在井式電爐中進行回火處理，爐溫均經過校正。調質工藝采用二種方案: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定的硬度范圍內，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部性能和金相組織的差別。

1．5金相組織及性能測試分析經調質熱處理的試樣測試硬度值后，分別按GB/T228－2010、GB/T229－2007和GB/T21143－2007標準，進行拉伸、室溫沖擊、J積分試驗。三種成分的試驗鋼種經調質處理后，采用OLYMPUS－BX51金相顯微鏡進行微觀組織分析，沖擊斷口形貌采用NOVANANOSEM430型掃描電子顯微鏡觀察分析。

2試驗結果分析

小爐冶煉的三爐試驗材料實際成分如表4所示，機械性能測試結果如表5所示，03#金相組織及斷口電鏡圖片如圖1、圖2所示。

3結果討論分析

圖1是03#試樣調質后的金相照片，從圖中可以看出組織由已經再結晶的鐵素體和均勻分布的細粒狀滲碳體組成，并且滲碳體充分析出，均勻彌散分布，基體呈細小的等軸狀。因此03#經調質處理后，具有較高的強度和硬度，同時具有更好的塑性和韌性，綜合力學性能優異。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程中發生了明顯的塑性變形，進一步說明了03#的塑性和韌性較好。由表5結果可知，在第一種熱處理條件下，03#成分試樣的強度雖然比R73、01#和02#略低，但強度值仍大于700MPa，滿足了使用要求;而韌性指標大幅度提高，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的產生了固溶強化，另外部分未溶的Ni和Cr以強化相的形式析出，這樣實現了既保證強度達標又不降低韌性的目的［8］。斷裂韌度對連鑄輥來說是極重要的指標，連鑄輥在惡劣的工況條件下，堆焊層經冷熱疲勞最終要產生裂紋，產生的裂紋將向連鑄輥內部擴展，高的斷裂韌度，裂紋就不容易向輥體內部擴展，因此提高連鑄輥的關鍵在于獲得高的斷裂韌性［7］，由此可見03#成分對于防止疲勞裂紋的擴展具有重要的意義。另外在900℃空冷狀態下，經高溫回火后，其沖擊功03#成分也比01#、02#高，可預期連鑄輥內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。從材料經過兩種不同的熱處理工藝后得到的力學性能上看，水冷和空冷所得的硬度基本一致，但是從強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。根據熱處理手冊，首先應當考慮鍛件化學成分和基礎性能的影響，一般可以采用碳當量的計算公式計算，如公式1所示。按此式計算03#成分:［C］=0．56%≤0．75%，由此可見03#鋼雖然提高了Ni、Cr含量，但是整體的碳當量還是處于較低的水平，所以水淬是安全的，不會引起巨大的內應力而淬裂的產生。從生產效率上看，直接水淬需要的時間更短，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結果表明，03#成分經調質熱處理后具有較高的強度和塑性，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展和連鑄輥使用壽命的延長。(2)03#成分合金元素Ni、Cr的含量較高，經過試驗和計算表明，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性能，并提高生產效率。

作者：謝陸旻單位：寶鋼工程技術集團有限公司