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锻钢冷轧工作辊热处理工艺及性能研究

目前，国内锻钢冷轧辊的材质主要为Cr2、Cr3、Cr5以及半高速钢、高速钢等，其中Cr2、Cr3材质锻钢冷轧工作辊工艺技术比较成熟，Cr5材质锻钢冷轧辊具备更高硬度和更深淬硬层深度，半高速钢、高速钢材质冷轧辊由于合金成分的大量增加，其热处理工艺发生了较大变化，具备高硬度、高耐磨性、耐热冲击性能和抗事故性能。

锻钢冷轧辊的热处理工艺主要分为锻后热处理、轧辊整体调质处理、辊身深层淬火及回火处理，一些冷轧工作辊为提高淬硬层深度，降低残余奥氏体含量，还需要进行深冷处理。其中，锻后热处理作为轧辊锻造后的热处理工艺，包括正火和球化退火等形式，主要用于改善基体组织，消除应力，改善加工切削性能。轧辊整体调质处理包括淬火加高温回火，经过调质处理后的轧辊基体具有良好的强度、韧性、塑性和机械加工性能。辊身深层淬火是影响轧辊使用性能最重要的一道热处理工艺，包括轧辊预热、辊身连续淬火、冷处理和回火处理。   

 锻钢冷轧辊在锻后热处理和粗加工之后需要进行预热处理，为连续淬火加热做预热准备，预热工艺温度一般为210℃-420℃，Cr2、Cr3、Cr5三种轧辊的预热温度基本相同，半高速钢、高速钢由于淬火温度高，预热温度需要相应提高，根据轧辊尺寸规格不同，保温时间20-30小时不等。充分的预热能够使轧辊淬火效果增强并减小内部应力，预热温度控制在较低水平可以有效减小应力，但对淬火的蓄热储备能力减弱，淬火加热难度更大。因此，在保证应力可控对后续影响较小的情况下，设置合适的预热工艺温度，能够对连续淬火产生积极影响。

 辊身连续淬火是通过感应器在轧辊辊身表面进行连续感应加热，并用水介质进行持续冷却的一种热处理工艺。根据不同材质Cr2、Cr3、Cr5 以及半高速钢、高速钢，加热温度为860℃～1120℃不等。合适的淬火温度能够使轧辊辊身表面组织充分奥氏体化，加热温度过低会导致组织未奥氏体化或奥氏体化不充分，淬火后组织不均匀性能差，加热温度过高则使组织变得粗大，基体的强度、塑性、韧性大幅度下降，甚至出现过热现象，进而严重影响轧辊最终使用性能。

淬火冷却至100℃左右再进行冷处理，冷却温度-80℃至-160℃并保温8小时，可以使残余奥氏体进一步转变为马氏体组织，减少残余奥氏体可以使组织更加均匀和稳定，同时提高辊身硬度。锻钢冷轧辊的材质从Cr2、Cr3、Cr5到高速钢，随着铬合金含量的逐渐增加，硬度、耐磨性和淬硬层深度不断增大，辊身表面硬度可达到95HSD-103HSD。

 辊身淬火和冷处理后需要进行回火处理，以稳定组织，稳定尺寸，及时消除内应力，避免发生变形和裂纹，同时进一步使组织均匀化，调整硬度性能指标。 Cr2、Cr3、Cr5材质的冷轧辊回火温度一般在90℃～160℃，高速钢材质的冷轧辊回火温度最高可达450℃～540℃。高速钢锻钢冷轧辊采用两次回火中间加一道深冷处理的热处理工艺，第二次回火处理工艺时间为第一次回火的两倍，两次回火温度相同，在冷处理前先进行一次回火处理可以使淬火后的残余应力得到有效控制，避免由于综合应力较大导致轧辊冷处理时发生断裂。