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鍛鋼冷軋工作輥熱處理工藝及性能研究

目前，國內鍛鋼冷軋輥的材質主要為Cr2、Cr3、Cr5以及半高速鋼、高速鋼等，其中Cr2、Cr3材質鍛鋼冷軋工作輥工藝技術比較成熟，Cr5材質鍛鋼冷軋輥具備更高硬度和更深淬硬層深度，半高速鋼、高速鋼材質冷軋輥由于合金成分的大量增加，其熱處理工藝發生了較大變化，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、軋輥整體調質處理、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，消除應力，改善加工切削性能。軋輥整體調質處理包括淬火加高溫回火，經過調質處理后的軋輥基體具有良好的強度、韌性、塑性和機械加工性能。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，包括軋輥預熱、輥身連續淬火、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行預熱處理，為連續淬火加熱做預熱準備，預熱工藝溫度一般為210℃-420℃，Cr2、Cr3、Cr5三種軋輥的預熱溫度基本相同，半高速鋼、高速鋼由于淬火溫度高，預熱溫度需要相應提高，根據軋輥尺寸規格不同，保溫時間20-30小時不等。充分的預熱能夠使軋輥淬火效果增強并減小內部應力，預熱溫度控制在較低水平可以有效減小應力，但對淬火的蓄熱儲備能力減弱，淬火加熱難度更大。因此，在保證應力可控對后續影響較小的情況下，設置合適的預熱工藝溫度，能夠對連續淬火產生積極影響。

 輥身連續淬火是通過感應器在軋輥輥身表面進行連續感應加熱，并用水介質進行持續冷卻的一種熱處理工藝。根據不同材質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，加熱溫度過低會導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，基體的強度、塑性、韌性大幅度下降，甚至出現過熱現象，進而嚴重影響軋輥最終使用性能。

淬火冷卻至100℃左右再進行冷處理，冷卻溫度-80℃至-160℃并保溫8小時，可以使殘余奧氏體進一步轉變為馬氏體組織，減少殘余奧氏體可以使組織更加均勻和穩定，同時提高輥身硬度。鍛鋼冷軋輥的材質從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，輥身表面硬度可達到95HSD-103HSD。

 輥身淬火和冷處理后需要進行回火處理，以穩定組織，穩定尺寸，及時消除內應力，避免發生變形和裂紋，同時進一步使組織均勻化，調整硬度性能指標。 Cr2、Cr3、Cr5材質的冷軋輥回火溫度一般在90℃～160℃，高速鋼材質的冷軋輥回火溫度最高可達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，在冷處理前先進行一次回火處理可以使淬火后的殘余應力得到有效控制，避免由于綜合應力較大導致軋輥冷處理時發生斷裂。