轧辊生产使用检测及表面强化基础知识.docx

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1、第十三章 轧辊生产、使用、检测及表面强化第一节轧辊基础知识 1547什么是轧辊，轧辊的种类有哪些? 轧辊是使(轧材)金属产生塑性变形的工具，是决定轧机效率和轧材质量的重要消耗部件。 轧辊种类按成型方法可分为铸造轧辊和锻造轧辊；按工艺方法分为整体轧辊、冶金复合轧辊和组合轧辊。整体轧辊分为整体铸造和整体锻造轧辊两种。 冶金复合铸造轧辊主要有半冲洗复合铸造、溢流(全冲洗法)复合铸造、离心复合铸造三种，此外还有连续浇铸包覆(CPCContinuous Pouring Process for Cladding)、喷射沉积法、热等静压(HIPHot Isostatically Pressed)、电渣熔焊等

2、特殊复合方法制造的复合轧辊种类。组合轧辊主要是镶套组合轧辊。 1548轧辊按材质主要分为哪几种类别? 轧辊按制造材料主要划分为铸钢系列轧辊、铸铁系列轧辊和锻造系列轧辊三大类别。其中碳含量小于22的铸造铁基材料称为铸钢系列；碳含量大于22的铸造铁基材料称为铸铁系列；锻造铁基材料称为锻造系列。 1549什么是整体轧辊? 整体轧辊是相对于复合轧辊而言的，整体轧辊的辊身外层与心部以及辊颈采用单一材质铸造或锻造而成，辊身外层和辊颈不同的组织、性能通过铸造或锻造工艺以及热处理工艺过程来控制和调整。锻造轧辊和静态铸造的轧辊均属于整体轧辊。 1550什么是铸造轧辊，铸造轧辊主要有哪些种类? 铸造轧辊是指将冶炼

3、钢水或熔炼铁水直接浇注成型这一生产方式制造的轧辊种类。 铸造轧辊按材质又可分为铸钢轧辊和铸铁轧辊两类；按制造方法又可分为整体铸造轧辊和复合铸造轧辊两类。 1551什么是整体铸造轧辊? 整体铸造轧辊是指轧辊辊身外层与心部以及辊颈采用同一成分的金属液浇铸成型的轧辊，采用此种方法生产的轧辊，辊身外层和辊颈不同的组织、性能，是通过控制轧辊铸造过程中不同部位的冷却速度以及热处理工艺过程而取得的。 1552哪些轧辊适合于整体铸造生产? 初轧机、钢坯连轧机、大型型钢和轨梁轧机、热轧椽带钢轧机破鳞和轧边机、型钢万能轧机的轧边机，还有小型型钢、线棒材轧机的粗轧机架等轧机使用的轧辊，大多采用整体铸造方法生产，这类

4、轧辊使用层较厚，孔型较深。另外，热轧板带轧机的二辊粗轧辊也适合于整体铸造生产。 整体铸造轧辊的工艺方法相对简单，制造成本低。 1553什么是复合铸造轧辊? 复合铸造轧辊指轧辊辊身外层与心部以及辊颈采用两种或两种以上材质复合铸造而成，辊身外层和辊颈分别通过不同材质的成分设计和热处理工艺获得要求的组织和性能。复合铸造方法有半冲洗复合铸造、离心复合与溢流复合三种，复合铸造轧辊需要特殊的工艺装备，工艺相对复杂，控制难度大，需要较高的制造成本。 1554复合铸造适合于哪些轧辊的生产?复合铸造适合于生产那些工作负荷大、轧材质量要求高的轧辊。这类轧辊辊身和辊颈性能要求相差悬殊，辊身表面硬度要求高，辊颈又要求

5、较高的强度和韧性。例如热带连轧机的工作辊、支撑辊；中厚板、宽厚板轧机的工作辊；平整轧机的工作辊和支撑辊；型钢万能轧机的辊环；小型型钢、棒线材轧机的精轧辊及无缝钢管轧机连轧管轧辊和张减径辊环等。 近几年离心复合高铬铸铁小立辊在国内外热带连轧机上得到越来越多的采用，表现出优良的耐磨性，明显延长了换辊周期。 1555什么是铸钢轧辊，铸钢轧辊有哪些品种? 碳含量小于22的铁基材料铸造的轧辊统称为铸钢轧辊。其中合金元素总量不大于08的铸钢称为碳素钢；合金元素总量大于08的铸钢称为合金铸钢；碳含量不小于13的合金铸钢称为半钢。 铸钢轧辊主要品种有碳素铸钢轧辊、合金铸钢轧辊、半钢轧辊、石墨钢轧辊、高铬钢轧辊

6、、复合铸钢支撑辊、高速钢轧辊、半高速钢轧辊等。 1556什么是碳素钢轧辊，其组织特点有哪些? 碳素钢轧辊是一种合金含量较低(不大于08)的亚共析钢成分轧辊，如GBl50389铸钢轧辊中列出的ZU70、ZU80、ZU70Mn等，为我国早期使用的一种铸钢轧辊。其基体组织为珠光体，但基体组织中存有大量的块状或条状铁素体，降低了基体的冲击韧性，同时耐磨性也较低。目前国内横列式型钢轧机、复二重线材轧机和个别钢坯连轧机仍在使用碳素钢轧辊，已趋于淘汰。 1557什么是合金铸钢轧辊，其组织特点是什么? 合金铸钢轧辊是一种成分在共析钢及过共析钢范围，合金含量大于08的铸钢轧辊，其碳含量一般在0413之间，并含有

7、一些铬、镍、钼、钒等合金元素，其基体组织通过正火+回火热处理过程，一般控制为索氏体及回火索氏体。典型材质如：60CrMnMo、65CrNiMo、70Mn2Mo、75CrMo、75CrNiMo等。 合金铸钢轧辊的基体组织以珠光体类型为主，含有少量的碳化物，硬度范围在HS 3550；由于基体中含有少量二次碳化物，因此较碳素钢轧辊耐磨性大有提高，同时由于消除了基体中的块状条状铁素体，所以轧辊的冲击韧性得到提高。合金铸钢轧辊的性能特点是强度高、韧性好，具有很好的咬人性、抗热裂性和抗冲击能力。 合金铸钢轧辊的材质有降低碳含量、提高合金化程度的趋势，并采用多种微合金化技术，同时进一步提高冶金质量，使合金铸

8、钢轧辊能够更好的满足不同轧机的使用需要。 1558合金铸钢轧辊主要用途有哪些? 方板坯初轧机、大型型钢开坯和轨梁轧机的粗轧、板带钢二辊粗轧机和破鳞机架的大立辊以及型钢、棒线材轧机的粗轧机等使用合金铸钢轧辊。 整体铸造和复合铸造的支撑辊均属于严格意义上的合金铸钢轧辊，根据硬度要求控制碳含量和加入不同的合金元素。制作支撑辊的合金铸钢材料，含有较高的铬、钼、钒等合金元素，随着合金含量的增加，基体组织由索氏体转变为贝氏体或马氏体，同时含有高硬度的二次碳化物，硬度范围为HS 5570，具有优良的耐磨性和抗剥落能力。 1559合金铸钢轧辊的生产工艺和过程是怎样的? 合金铸钢轧辊大多数为整体铸造轧辊。传统生

9、产工艺采用辊身冷型挂砂、底注和正火回火热处理，主要用于生产碳素钢轧辊和普通3辊式型钢轧机、复二重棒线材轧机等使用的普通合金铸钢轧辊。为了强化合金铸钢轧辊的辊身性能，以获得良好的辊身工作层铸造组织，大部分由冷型挂砂改为冷型喷涂料，冒口补缩采用电加热工艺，随着轧辊合金化程度的提高，轧辊热处理增加了高温扩散和球化等工艺手段。 合金铸钢轧辊生产工艺流程有两种：一是冶炼一铸造一热处理一加工一性能、探伤等检测一成品；二是冶炼一铸造一粗加工一热处理一精加工一性能、探伤等检测二成品。1986年国内引进了德国GP(Gontermann PeiDers Gmbh)轧辊制造技术，采用无流浇铸工艺生产大型方板坯合金铸

10、钢初轧辊。该轧辊成功地应用在宝钢1300mm1号初轧机上。 1997年马钢和莱钢分别从德国、日本引进了年产60万t和50万t的型钢万能轧机，近几年我国多家钢铁企业相继引进投产了型钢万能轧机。根据型钢万能轧机合金铸钢BD(BreakDown)轧辊的结构及特殊的使用条件，国内依然应用元流浇铸工艺配合电加热冒口在静态铸造条件下生产，使合金铸钢BD轧辊在凝固过程中实现顺序凝固，铸态获得致密的心部组织，从而发展和提高了合金铸钢轧辊的制造技术。 1560轧辊常用的热处理类型有哪些? 轧辊常用的热处理类型有去应力退火、等温球化退火、扩散退火、正火、回火、淬火、深冷处理。 1561合金铸钢轧辊为什么要经过高温

11、扩散处理? 铸钢轧辊凝固时由于存在树枝状结晶，所以会造成合金成分的晶内偏析，这种偏析是由于轧辊凝固过程中辊身上下、内层外层不能实现顺序依次凝固而造成的。轧辊辊身直径越大，辊身长度越长，凝固温度梯度越大，所造成的合金凝固偏析越严重。随着合金铸钢轧辊合金含量的增多，凝固时产生的偏析指数增大，造成的成分不均匀程度也越大。因此，为了使合金元素的原子充分扩散，得到成分均匀的奥氏体组织，需将高合金铸钢轧辊加热到Ac3以上150250保温一定时间，此种热处理手段称之为高温扩散处理。 1562合金铸钢轧辊为什么要进行球化退火热处理? 合金铸钢轧辊进行球化退火热处理，主要是为了改善轧辊的切削性能，提高切削效率并

12、为后续的淬火处理做好相应的组织准备。球化退火处理使组织中的碳化物由片状转变为球状，亦即在铁素体的基体上均匀地分布着球状或粒状碳化物，成为球状珠光体组织。生产中选择球化温度，一般略高于AC1临界点。温度过低则所需的球化时间过长，温度过高则会导致粒度粗细不等的粒状珠光体出现。 1563合金铸钢轧辊为什么要进行淬火热处理? 合金铸钢轧辊淬火是将其加热到临界温度(ACM或ACl)以上，保温一定时间使之充分奥氏体化后，再以大于临界冷却速度的冷速急剧冷却到贝氏体转变区，从而使辊身工作层获得贝氏体组织的热处理过程。 合金铸钢轧辊进行淬火热处理的目的，主要是为了使轧辊工作层获得良好的适用组织，充分发挥合金元素

13、在轧辊中的作用，提高辊身工作层的硬度及耐磨性。 1564什么是半钢和高碳半钢轧辊? 20世纪40年代末，美国冶金学家研究开发了碳含量介于铸铁和铸钢之间的轧辊新材料，称之为“ADAMITE”，其碳含量在1322范围内，力学性能处于钢和铁之间。它既具有铸钢轧辊的高强度和韧性，又兼有铸铁轧辊的良好耐磨性，国内通称为“半钢”。当半钢轧辊的碳含量大于18时，又称之为高碳半钢轧辊。 1565半钢轧辊的组织和性能是什么，有哪些主要用途? 碳含量小于18的半钢轧辊含有铬、镍、钼等合金元素，它的显微组织为回火索氏体，其基体上分布着细粒状及棒状碳化物，其硬度范围在HS 3555之间。随着碳含量的增加，半钢轧辊的组

14、织中出现了越来越多的共晶碳化物。依据轧辊用途调整半钢轧辊的碳含量、合金元素含量，配合相应的热处理工艺，控制得到不同的基体、碳化物含量及形态的半钢轧辊组织，以适应不同轧机的使用要求。因此，半钢轧辊材质已经发展成为系列材质，适用于不同类型轧机的使用要求。 半钢轧辊辊身工作层的碳化物含量、形态分布沿辊身半径方向变化很小，它突出的性能特点在于轧辊使用层内硬度降落很少，适合于开孔型较深的大中型型钢轧机中轧机架、钢坯连轧机轧辊，采用预开孔型热处理工艺生产型钢半钢轧辊使用效果更好。 半钢轧辊还广泛用于小型型钢棒线材粗轧机架；热带连轧机4辊粗轧、精轧前架工作辊、小立辊、热轧中窄带钢精轧支撑辊等。 1566高碳

15、半钢轧辊的组织和性能是什么，有哪些主要用途? 高碳半钢轧辊含有05铬和钼等合金元素，碳化物含量一般为15以下，铬提高了基体的显微硬度。 高碳半钢轧辊的组织是在细珠光体或少量贝氏体基体上分布着大量的共晶碳化物。硬度范围在HS5065。共晶碳化物的形态、数量、分布是影响其性能的主要因素，可采用稀土及其他变质处理高碳半钢轧辊的钢水，经过高温热处理的方法以获得不连续的碳化物。 高碳半钢轧辊用于大型型钢和轨梁轧机的精轧机架、型钢万能轧机辊环、S辊和轧边辊、悬臂轧机粗轧机使用的辊环等。 1567半钢轧辊有哪几种生产方法? 半钢轧辊大多采用静态整体铸造方法生产，2002年国内开发试制出了离心复合半钢支撑辊，

16、辊身外层为半钢材料，辊身心部和辊颈为球墨铸铁材料，并成功地应用于热轧中宽带钢精轧机组。 半钢材质辊环采用离心铸造方法生产，辊环外层为高碳半钢，辊环内层为石墨钢或球墨铸铁材料，在高速旋转的离心机上，分别浇入两种不同材质的钢铁水复合铸造而成。 1568为什么半钢轧辊一定要经过高温扩散退火处理? 铬和碳是形成半钢轧辊碳化物的重要元素，从而也是提高轧辊耐磨性的重要元素。但是由于轧辊凝固是一个非平衡过程，固溶体从钢液中结晶是一个选分结晶过程，因而在半钢轧辊铸态组织中存在着严重的铬偏析。奥氏体晶界处为富铬区、富碳区，二次碳化物会在此处析出并形成网状，这种碳化物对轧辊的组织性能破坏很大。因此要消除轧辊凝固偏

17、析所造成的铬偏析，必须要对半钢轧辊进行高温扩散退火处理。 1569非金属夹杂物对半钢轧辊组织有什么影响? 钢液中存在大量的高熔点非金属夹杂物时，易形成伪共晶碳化物核心，在凝固过程中析出的共晶或伪共晶碳化物优先长大，而且极易形成大块碳化物，巨大的渗碳体易成为热龟裂的发生点，并起加速裂纹扩展的作用，非金属夹杂物的存在将使半钢轧辊的断裂韧性KIC值和塑性指标降低。所以，半钢轧辊一般要求将非金属夹杂物总量控制在005以下。 1570什么是石墨钢轧辊? 在半钢轧辊材质的基础上，通过控制石墨化元素和碳化物形成元素的含量及相应比例，在钢液中添加适量的孕育合金和球化剂进行孕育和球化，使轧辊在凝固过程中形成球状

18、或团状石墨，因组织中含有少量游离石墨而称之为石墨钢轧辊。 1571石墨钢轧辊的组织和性能特点有哪些? 石墨钢轧辊碳含量与半钢轧辊相当，基体显微组织与半钢轧辊相近，基体组织中仍然存在具有粒状及棒状碳化物的耐磨质点，同时基体组织中还有一定数量的球状石墨。由于石墨具有极好的导热性，可有效地降低轧辊工作中产生的热应力，同时游离点球状石墨的存在，可以起到阻止裂纹扩展的阻尼作用，使抗热裂性能明显提高，石墨起着自然润滑剂的作用，因而石墨钢轧辊具有独特的性能：优良的抗热裂性、抗事故冲击能力和半钢轧辊的耐磨性、极小的硬度落差，硬度一般为HS3560。 对于深孔型大型型钢轧机，石墨钢轧辊通过粗开孔型后进行成品热处

19、理，使孔型底部和侧壁与轧辊表层获得均匀一致的显微组织，因而孔型底部和侧壁的耐磨性与辊面相差无几。另外，依据轧辊用途，可以调整石墨钢轧辊的碳含量、合金元素含量及硬度要求，控制组织中碳化物和石墨的含量及形态，因此，石墨钢轧辊已经逐渐发展成为系列，适用于不同类型轧机的使用要求。 1572石墨钢轧辊的制造工艺方法有哪些? 石墨钢轧辊与半钢相似，大多采用整体铸造方法生产。根据需要也可采用溢流复合工艺或离心铸造工艺生产外层为石墨钢材质、心部及辊颈为合金铸钢材质的复合石墨轧辊，如热带连轧机2辊粗轧辊。 石墨钢辊环铸造方式与半钢材质辊环一样，采用离心铸造方法生产，辊环的外层为石墨钢，内层为球墨铸铁材料。要针对

20、不同用途的石墨钢轧辊提出合理的热处理制度，粗轧辊的主要要求是热稳定性、强度、塑性要高；对中轧和精轧机轧辊的要求是硬度和耐磨性高。 2003年国内首次采用溢流复合工艺试制出了复合石墨钢轧辊，已经应用于目前国内最宽的热带连轧机的粗轧机架。 1573石墨钢轧辊的主要用途有哪些? 石墨钢轧辊主要用于大型初轧机、钢坯连轧机、大中型型钢轧机粗轧中间轧和精轧、小型型钢和棒材粗轧；复合石墨钢轧辊用于热轧带钢二辊可逆粗轧辊和炉卷轧机的立辊；型钢万能轧机、悬臂轧机所使用的辊环可选用离心复合石墨钢辊环。 1574半钢与石墨钢轧辊比较性能特点是什么? 半钢、石墨钢轧辊依靠基体及棒状、小颗粒状碳化物来保证其硬度和耐磨性

21、，硬度落差较小，因而在整个轧辊服役期间能够保持其耐磨性能。研究表明：石墨钢轧辊基体组织中一定数量的石墨，对其性能有很大影响，石墨钢轧辊的导热系数高于半钢，在冷却水条件不是很好的情况下，适合于选择石墨钢轧辊，例如：对于深孔型大型型钢轧机，冷却水很难进入到深孔部位，而侧壁又要承受相对较大的热冲击，使用石墨钢轧辊比半钢轧辊在一定程度上会减轻热裂纹的产生，侧壁掉块现象得到改善，同时磨损程度与半钢轧辊相当。 石墨钢、半钢轧辊的化学成分和物理性能见表13-1和表13-2。 1575什么是高铬铸钢轧辊? 高铬铸钢轧辊是20世纪80年代初欧洲轧辊制造者，在研究分析高铬复合铸铁工作辊技术特性和使用实践的基础上，

22、参照Crl2MoV冷作模具钢材质特性，开发出的具有高硬度、高耐磨性合金铸钢轧辊材质，首先用于法国的SOLLAC公司的热带连轧粗轧机架，取得了很好的使用效果。宝钢20世纪90年代初期开始使用法国CK(ChavanneKetin)公司及比利时MK(MarichalKetin)的高铬铸钢轧辊。 1576什么是高铬铸钢轧辊的二次硬化? 高铬钢复合轧辊辊身工作层组织的二次硬化是指轧辊经过高温淬火后二次碳化物的析出过程，高铬钢轧辊加热到奥氏体化温度后，应快速冷却使铬、钼、钒等合金元素保留在奥氏体中，到600后，等温转变使Mo2C和M3C型渗碳体向M7C3型转变，使Mo2C和V4C3碳化物从马氏体中沉淀析出

23、，以实现“弥散强化”。此过程称之为高铬铸钢复合轧辊的二次硬化。 1577高铬铸钢轧辊的组织特点有哪些? 高铬铸钢复合轧辊碳含量为0714，铬含量为816，同时含有钼镍和适量钒等合金元素，硬度范围控制在HS 6580。高铬铸钢轧辊铬含量虽然低于高铬铸铁轧辊，但其碳含量也低，实际的CrC比要高于高铬铸铁轧辊，因而高铬铸钢轧辊中碳化物主要是M7C3型，基体组织控制为马氏体+碳化物。由于高铬铸钢具有比高铬铸铁材质更加富铬的基体组织，在特定的热处理过程中，基体上析出弥散的二次合金碳化物；使用过程中辊面形成附着力强且致密的氧化薄膜，因此高铬铸钢轧辊表现出了优良的耐磨性能。高铬铸钢复合轧辊心部大多采用球墨铸

24、铁，具有较高的韧性和抗冲击能力，基体组织控制为珠光体+牛眼铁素体+少量碳化物+球状石墨。 高铬铸钢轧辊的典型成分范围见表13-3。 1578高铬铸钢轧辊的性能特点有哪些? 与高铬铸铁轧辊相比，高铬铸钢轧辊有以下性能特点： (1)碳化物的类型为M7C3型，显微硬度高，耐磨性好； (2)基体为马氏体+碳化物，碳化物网状比高铬铸铁减轻，抗热裂性增强； (3)由于热扩散主要取决于基体组织的热传导，因而碳化物总量降低，网状形态的减轻使得导热性增强，降低了对轧辊冷却水的要求； (4)碳化物量及大块状碳化物减少，咬人性增强； (5)CrC比增加，抗氧化性增强，氧化膜致密不易脱落，可在较高的温度下保持不至长厚

25、。 1579高铬铸钢轧辊的生产方式和应用范围是什么? 高铬铸钢轧辊基本生产方式为离心复合浇注、控制冷却，热处理则要分别经过高温和低温不同阶段的热处理，通过控制铸造和热处理两个环节，得到很好的组织和性能。高铬铸钢轧辊的辊身外层为高铬钢，心部可用高韧性灰口铸铁或高强度球墨铸铁材料，可采用卧式、立式和斜式三种离心方法生产。 高铬铸钢轧辊主要用于热带连轧机4辊粗轧工作辊、连铸连轧机4辊粗轧工作辊、一些带钢连轧机的轧边辊，以及型钢万能轧机的水平辊环。 1580什么是复合铸钢支撑辊，其材质有哪些品种? 复合铸钢支撑辊与整体铸造和锻造支撑辊不同，它采用溢流复合法或离心复合两种方法制造，支撑辊的辊身外层和辊颈

26、具有不同的化学成分、不同的组织和性能，外层是合金铸钢，辊颈和辊身心部多采用中碳低合金铸钢。 复合铸钢支撑辊的辊身外层材质，初期多采用铬含量约为2共析或过共析成分的铬、锰系列合金铸钢，形成了Cr2系列材质。近几年国内相继开发出铬含量在3以上的复合铸钢支撑辊材质，分别形成Cr3系列、Cr4系列和Cr5系列复合铸钢支撑辊材质，满足不同类型板带轧机的使用要求。复合铸钢支撑辊的典型成分范围见表13-4。 1581溢流法复合铸钢支撑辊的生产工艺特点是什么? 复合铸钢支撑辊采用溢流法或叫全冲洗法由两种不同材料复合浇铸生产。首先将高合金高耐磨的辊身外层钢液注满型腔，在外层钢液凝固达到规定的厚度时，将另外一种化

27、学成分的心部钢水缓慢浇入，通过溢流槽连续置换辊身心部未凝固的外层钢液，辊身保留一定厚度的外层材质，辊身心部和辊颈则为心部材质，外层与心部实现良好的冶金结合。溢流法生产复合铸造轧辊的优点是轧辊外层和心部可以使用不同的材质，兼顾了辊身和辊颈不同的性能要求。 1582复合铸钢支撑辊的组织特点是什么? 复合铸钢支撑辊外层材质从铬锰钼系列，发展到目前的3。5铬钼系列，硬度在。HS 5570之间。随着外层铬等合金元素含量的提高，支撑辊的显微组织也发生变化，Cr2、Cr3系列基体以回火索氏体为主；Cr4系列是回火屈氏体加少量马氏体；Cr5系列则以回火马氏体为主加少量贝氏体，与之相对应显微组织中基体显微硬度得

28、到明显提高，因而使支撑辊具有很好的耐磨性、抗接触疲劳性能和高的抗剥落能力。心部材质选择低合金中碳钢，具有较高的屈服强度和韧性。 1583复合铸钢支撑辊的性能特点是什么? 由于复合铸钢支撑辊的材质和工艺特点，其具有以下特性： (1)辊身外层材料与心部及辊颈的韧性材料是用冶金熔接的方式结合成一体的，使支撑辊工作层具有很高的耐磨性、耐裂纹产生和扩展，同时具有良好的抗断裂性能。 (2)内部应力状态合理。由于支撑辊直径大、硬度要求较高，在制造过程中就会产生很高的残余应力，复合支撑辊可选择韧性良好的低合金中碳钢做心部材料，降低了支撑辊热处理产生的内部残余应力的级别，一般辊身残余应力可控制在一200300M

29、Pa。 (3)工作层硬度降落小，复合支撑辊采用整体加热和淬火，工作层内奥氏体化温度相差小、冷却速度均匀，使支撑辊在长期运行中磨损均匀，能保持良好的辊形。 (4)凝固状态好，外层和心部材料分别浇铸，轧辊有效结晶直径减小，使心部成分偏析小，降低中心缩孔倾向。 (5)复合铸钢较锻钢支撑辊制造周期短、成本低，因此具有很强的实用性。 1584复合铸钢支撑辊有哪些用途? 复合铸钢支撑辊广泛用于4辊或6辊板带钢冷热轧机，如带钢热连轧机精轧机架，带钢热连轧机粗轧机架，中厚板轧机，炉卷轧机，带钢冷连轧机，冷、热轧板带平整机。 1585整体铸钢支撑辊有什么生产工艺特点? 整体铸钢支撑辊的辊身工作层和辊身中心、辊颈

30、均为相同化学成分的单一铸钢材质，一般采用冷型喷挂涂料静态铸造生产，辊身的高耐磨性和辊颈的强韧性是通过多次热处理来实现的。第一次热处理的目的是调整辊颈组织和硬度，同时对辊身组织进行预备处理。由于整体铸钢支撑辊铸造过程中存在偏析较严重、残余应力水平高和内部不可避免的疏松等铸造缺陷，其成品在热处理时一般不采用整体加热淬火处理，而是采用燃气或感应加热的差温加热淬火方式。 1586为什么要对复合铸钢支撑辊进行高温扩散处理? 复合铸钢支撑辊外层含有较多的镍铬钼等合金元素，高温扩散处理可以消除外层组织中的成分偏析，使组织均匀。而心部及辊颈则为中碳低合金钢，由于碳含量小于05的低合金钢冷却时极易形成针片状的铁

31、素体型魏氏组织，使支撑辊强度降低，脆性增大。基体中魏氏组织数量越多，轧辊的韧性降低越大，因此要消除基体的魏氏组织，必须对支撑辊进行高温扩散处理。 1587什么是铸铁轧辊? 铸铁轧辊是碳含量大于22的铁基材料铸造而成的系列轧辊的总称，也是应用最广泛的轧辊。控制铸铁轧辊不同的碳含量、合金种类与含量，以及采用不同的铸造方法和热处理方法，就可以生产出具有各种组织和性能，并广泛应用于各种板、带和型钢轧机的铸铁轧辊。 1588铸铁轧辊有哪些品种? 铸铁轧辊的品种主要有冷硬铸铁轧辊、无限冷硬铸铁轧辊、球墨铸铁轧辊、高铬铸铁轧辊四大类。其中冷硬铸铁轧辊有整体冷硬铸铁轧辊、冷硬球墨复合铸铁轧辊几种；无限冷硬铸铁

32、轧辊有低合金无限冷硬铸铁轧辊、中合金无限冷硬铸铁轧辊、高镍铬无限冷硬复合铸铁轧辊、改进型高镍铬无限冷硬铸铁轧辊几种；球墨铸铁轧辊有半冷硬球墨铸铁轧辊、无限冷硬球墨铸铁轧辊、铁素体球墨铸铁轧辊、珠光体球墨铸铁轧辊、贝氏体球墨铸铁轧辊几种。 1589什么是相，轧辊组织中的相通常有哪几种结构? 两种以上的元素融合到一起所获得的具有金属特性的固体物质称为合金，复杂的合金系通常都是由简单的结构组合而成的。在金属材料中同一结构、同一成分并有界面相互隔开的均匀部分称为相。 不同类型、不同成分的合金中存在着不同的相，在固态合金中通常有三种基本组织结构：固溶体、化合物和机械混合物。 固溶体是一种元素的原子溶于另

33、一种元素的原子排列中形成的；化合物则是固态下两元素之间彼此反应而形成的能够用化学式表达出组成的新物质；机械混合物是两种晶体既不互相溶解，又不形成化合物而共同存在的合金。轧辊组织的每种结构中包含有不同的相，如奥氏体、铁素体、马氏体等属于固溶体，渗碳体、各种特殊合金碳化物、夹杂物等属于化合物；珠光体、索氏体、屈氏体、贝氏体则属于机械混合物。 1590轧辊金相检测中常见的基体组织有哪些类型，各有什么特点? 金相检测是轧辊生产中常用的检测项目，是控制轧辊性能稳定的重要检测手段之一。基体组织是轧辊材料中重要的相组成，是其他相发挥作用的重要保证。轧辊金相检测中常见的基体组织有以下几种：铁素体、珠光体、索氏

34、体、屈氏体、贝氏体、马氏体、残余奥氏体等。 铁素体是碳在Fe中的固溶体，虽说有一定的韧性，但其硬度、强度、抗疲劳能力都较低。一般轧辊制作时要控制铁素体的含量，因而完全铁素体基体在轧辊中不会存在，一般只存在于珠光体基体上，如碳素钢轧辊、复合铸钢轧辊的心部、复合铸铁轧辊的心部等。 珠光体、索氏体和屈氏体是常见的轧辊基体组织类型。总体来说，此三种组织为一种类型，即都是铁素体和渗碳体的机械混合物，但其形成温度不同，珠光体是奥氏体在650723之间的形成物，形成温度高、片层间距大，表现在性能上则硬度低、强度低、具有一定的伸长率。轧辊外层控制为珠光体基体，主要有无限冷硬球墨铸铁轧辊和珠光体、贝氏体球墨铸铁

35、轧辊，高镍铬无限冷硬离心复合轧辊的心部则一般控制为珠光体基体。 索氏体是奥氏体在600650之间的形成物，也可通过淬火在加热到500600之间形成回火索氏体，索氏体虽说仍是层片状结构，但片层间距比珠光体小，因而强度、硬度有所提高，需指出，回火索氏体比直接转变的索氏体要好，因回火索氏体中的渗碳体为颗粒状，而不是层片状。通常合金铸钢轧辊、半钢轧辊控制为索氏体基体。 屈氏体是奥氏体在550600之间的形成物，也可通过淬火在300500范围之间回火得到回火屈氏体，由于形成温度低，屈氏体的硬度、强度较珠光体、索氏体要高，高铬铸铁轧辊基体组织控制为回火屈氏体。 贝氏体是奥氏体在Ms550转变的产物，根据转

36、变区间的不同分为上贝氏体和下贝氏体。和珠光体不同，贝氏体中碳化物片已断开，加之形成温度较低，除具有较高的强度、硬度外，还具有较好的韧性，因而具有较好的综合性能。基体组织控制为贝氏体的轧辊类型较多，如复合铸钢支承辊外层、高镍铬无限冷硬铸铁轧辊、贝氏体球铁轧辊、高碳半钢等。 马氏体是奥氏体低温转变的产物，在足够快的冷却速度下，碳来不及从奥氏体中析出而形成过饱和固溶体。在所有的基体组织中，马氏体基体具有最高的硬度和强度，但脆性较大，且转变时会形成很大的组织转变应力。随着对轧辊性能要求的提高，目前许多轧辊的基体组织控制为马氏体基体，以增加轧辊硬度和耐磨性，如高铬铸钢轧辊、高速钢轧辊、半高速钢轧辊、高硬

37、度高铬铸铁轧辊、锻钢冷轧辊等。 1591石墨对铸铁轧辊性能有什么影响? 石墨在铸铁轧辊组织中是一个很重要的相组分，除冷硬铸铁轧辊和高铬铸铁轧辊外其余铸铁轧辊都含有不同形态和数量的石墨，石墨和碳化物对基体性能都是减弱的作用，所以铸铁轧辊的性能在很大程度上取决于石墨和碳化物的特征。 石墨在铸铁轧辊中碳是以游离状态存在的，质软而脆，强度很低，可以把石墨看作是铸铁轧辊基体中存在的微裂纹或空洞，使轧辊有效承载面积减小，称之为石墨的“减缩作用”。石墨含量越高，对基体的减缩作用越严重，铸铁轧辊的强度、伸长率、冲击韧性越低。在石墨面积含量相同的条件下，石墨颗粒尺寸越大，或个别颗粒很大，对基体的减缩作用越严重，

38、铸铁轧辊的强度、伸长率、冲击韧性也越低，所以石墨的形态球状优于片状，以细小圆整、均匀分散为好。 1592石墨的形态有哪些，不同形态的石墨对铸铁轧辊性能有什么影响? 铸铁轧辊中常见的石墨形态有片状、球状和蠕虫状几种，有时会因某些条件变化，会出现如开花状、枝晶状等不规则的形状。 无论何种形态的石墨对基体均有减缩作用，片状石墨就像基体中的微裂纹，在承受负荷时其尖锐的边缘产生应力集中现象，对基体形成“切割作用”，使基体强度不能充分发挥，降低材料抗拉强度，塑性和韧性几乎表现不出来；而球状石墨像基体中的空洞，但由于球形石墨边缘圆钝，受负荷时应力集中轻微，对基体的切割作用相对于片状石墨大大降低，基体的强度得

39、以充分发挥，韧性、塑性也得以体现，耐磨性也好于片状石墨铸铁。蠕虫状石墨是介于片状和球状之间的一种过渡型石墨，相对于片状石墨，片形短而粗厚，头部较圆整，外形相互连结，本身结构又近似球形石墨，对基体的切割作用介于片状和球形之间，所以蠕墨铸铁强度、韧性等指标介于灰铁和球铁之间，更接近于球墨铸铁。 1593碳化物对铸铁轧辊性能有什么影响? 碳化物是铸铁轧辊中的耐磨相，铸铁轧辊的耐磨性主要由碳化物来提供，在碳化物类型相同的情况下，碳化物量越大，轧辊的耐磨性越好；同等数量的碳化物，粒度越小、分布越均匀、弥散，其耐磨性越好。但碳化物硬而脆，对基体也存在减缩作用，碳化物量的多少又直接影响铸铁轧辊的抗拉强度、韧

40、性、塑性等力学性能指标。碳化物含量越大，分布越聚集，对材料的减缩作用越严重，材料的力学性能指标越差。而且碳化物与基体接触的边角部位容易引起应力集中，对基体也存在割裂作用，常常是裂纹发生的起源。因此，在保证铸铁轧辊具有足够耐磨性的前提下，要控制碳化物总量。 1594碳化物的类型有哪些，碳化物形态、数量及分布对铸铁轧辊性能有什么影响? 由于铸铁轧辊碳含量不同，加人的合金元素种类、含量高低不同，形成的碳化物类型也多种多样。在铸铁轧辊中常见的碳化物类型主要有：渗碳体型碳化物，即M3C型、M7C3型、M6C型、M2C型、MC型等。 碳化物的类型决定了其形态和分布，特殊合金如钨、钼、钒、铌等形成的碳化物，

41、粒度小，呈孤立或不连续分布，特殊类型碳化物的显微硬度远高于渗碳体型碳化物，表现出了优良的耐磨性能。 从抗裂纹扩展角度而言，裂纹在断续分布的碳化物中扩展比在连续、大块碳化物中扩展要消耗更多能量。另外，大块碳化物的存在，相当于基体中存在较大尺寸的裂纹源，大的裂纹源在较小的应力作用下即可产生失稳扩展。因此，铸铁轧辊中应力求得到粒度小的特殊类型碳化物。从导热角度而言，碳化物的导热性很差，轧辊的导热主要依靠基体来完成，这样成网的碳化物，由于隔断了基体间的连接会使导热性下降，从而影响轧辊的抗热裂性。 1595铸铁轧辊硬度和耐磨性有何关系? 一般而言，轧辊的耐磨性和硬度成正比关系，即轧辊硬度越高，耐磨性越好

42、。但对于铸铁轧辊这种脆性材料，除考虑其在机磨损之外，还应考虑因热裂纹或剥落造成的轧辊修磨损失，即应考虑综合耐磨性。 热裂纹和小剥落是铸铁轧辊中碳化物在应力作用下扩展的直接结果。断裂力学认为，材料中裂纹的失稳扩展和材料的断裂韧性值K1C有很大关系，而K1C=，其中Y为形状因子，为裂纹源长度，c是许用最大工作应力。对于一定硬度的轧辊，其材料的K1C值是一定的，也就是说如果工作应力较大，则允许存在的裂纹长度就小；反之，工作应力较小时，允许的裂纹长度就大。铸铁轧辊中成网的碳化物、片状的石墨、条状碳化物等因强度和韧性都很差，可近似认为是轧辊中的裂纹源，事实也证明裂纹的产生和扩展都是沿这类脆性相进行的。

43、铸铁轧辊的碳化物、石墨形态和硬度确定后，轧辊的断裂韧性值K1C也就确定，相对应一个引起碳化物周围裂纹快速扩展的最大工作应力，超过此应力，就可能导致轧辊剥落。而K1C随硬度降低而增大，也就是说，如果轧制压力增大，可适当降低轧辊硬度，使材料的K1C增大，从而避免裂纹在较大的应力作用下失稳扩展导致剥落。另一方面，如果轧制压力、硬度、K1C已经确定，要想不引起裂纹快速扩展，就是将裂纹源长度减小，即将轧辊组织中的碳化物、石墨细化，也就是将轧辊晶粒作细。 从另外角度讲，如果轧辊的基体组织、碳化物、石墨形态确定，对于轧制载荷较高的轧辊，宜控制较低的硬度，以避免产生剥落。 总之，要提高铸铁轧辊的耐磨性，并不是

44、简单地提高轧辊硬度，应区分因轧制磨损也就是在机磨损大，还是修磨量大，如果是前者，提高硬度可增加铸铁轧辊的耐磨性；但若是后者，应适当降低硬度，否则会进一步加大修磨量，而整体耐磨性并未增加。 1596什么是残余应力。轧辊生产中残余应力是怎样产生的? 应力是金属内部产生的用于平衡外力或抵抗变形的内力。在轧辊生产中，静态整体铸造轧辊，由于凝固时选分结晶、偏析、疏松等原因，轧辊内外的组织和性质不尽相同；复合铸造轧辊时除上述因素外，轧辊的外层和心部采用不同的材质、凝固特性不同，这样在轧辊制造完成后，在轧辊内部会存在一种因变形不协调而产生的内力，称为残余应力。 理论上讲，只要有变形不协调，就会造成残余应力存

45、在，但在轧辊制造中，造成较大残余应力有两方面因素：主要为铸后冷却及轧辊热处理过程。通常，整体铸造轧辊辊身表层存在残余压应力，内部则为拉应力，复合铸造轧辊也一样，只是存在的残余应力的级别不同。 1597轧辊生产中为什么要控制残余应力的级别? 残余应力是轧辊生产中不可避免的现象，残余应力的存在，对轧辊的使用有利，但也有弊端。断裂力学认为，疲劳裂纹的扩展速率和疲劳应力的峰值及平均值有关，特别对于脉动疲劳循环，在峰值确定的情况下，平均值越低，引起疲劳裂纹扩展的有效拉应力就越低，疲劳裂纹的扩展速率越低。因此，控制轧辊辊身外层存在一定的压应力，可增加轧辊外层组织抗疲劳裂纹扩展能力，减缓裂纹的扩展速度，增加

46、轧辊的使用寿命。如轧辊使用中常采用喷丸处理，就可增加轧辊表面的压应力，提高轧辊的抗疲劳性能。 但轧辊外层的压应力也不能控制得太高，因为太高的外层压应力意味着较大的心部拉应力，这样会增加轧辊使用时对心部的附加拉应力，增加断辊的潜在危险程度。另外，外层过高的残余压应力，会促使表面热裂纹的产生，因为过高的压应力和轧制时的热应力、机械应力叠加超过材料的屈服极限，将会引起外层材料产生塑性变形，待表层冷却后，外层塑性变形区因受次表层的拉应力而导致裂纹产生。 因此，轧辊制造时应合理控制辊身的残余应力的级别。通常离心轧辊应控制在一300MPa以内，较高合金的轧辊可控制在一400MPa以内，高速钢、半高速钢轧辊的辊身残余应力可适当控制得更低一些。 1598什么是冷硬铸铁轧辊? 冷硬铸铁轧辊是利用铁水自身的过冷度和铸模表面的激冷作用获得的一种铸铁轧辊，它的碳含量一般为29一32，硅含量为025一08，冷硬铸铁轧辊的材料属于亚共晶铸铁，按合金含量和种类不同分为普通冷硬铸铁与合金冷硬铸铁轧辊。 1599冷硬铸铁轧辊的组织和性能特点是什么？ 冷硬铸铁轧辊辊身工作层因激冷而生成较纯净的白口组织，基本没有游离石墨，普通冷硬铸铁轧辊的显微组织为珠光体加渗碳体型碳化物；合金冷硬铸铁轧辊的显微组织为贝氏体和马氏体加碳化物。冷硬铸铁轧辊的碳化物含