SKD11材料工作辊.doc

1550酸轧机组破磷拉弯矫直机工作辊寿命提高的研究SKD是日本牌号的冷作模具钢，类似于国内的Cr12Mo1V1，但材料化学成份控制更严，冶炼要求更高，以宝钢1550酸轧机组破鳞拉矫机是 年引进的日本三菱日立公司制造的设备，工作辊一直由日本三晃公司提供，由于该机组主要生产硅钢板，工作辊的消耗是一个很大的问题。多年前提出国产化并试用，因对实际工况和硅钢的特殊性了解不全面而未能成功，如何才能使国产化成功并在此基础上提高寿命、降低消耗，减少停机换辊次数，提高生产效率是一个值得认真研究的课题。一、 酸洗破鳞拉矫机的工作原理及特点拉弯矫直机是结合了多辊矫直与纯拉伸矫直的优点。带材在拉伸弯曲作用下，弯曲中性层从几何中心层移向弯曲内侧，弹复时以几何中心恢复弯形，弹复曲率变小，并产生剩余延伸率，使板带材留下拉长变薄的永久变形 ，从而实现矫直作用。拉弯矫直机能有效地消除带材的波浪和翘曲等板形缺陷。拉矫机以其生产的高效性和板形的优良性受到板材生产企业的青睐。拉弯矫直机在钢铁行业得到广泛的应用，主要使用在（1）镀锌、镀铝锌等镀层板的精整工序，保证镀层板板型和表面均匀。（2）重卷线的精整工序保证板型质量。（3）用于酸轧机组破鳞拉弯矫直，主要是将热轧板在冷轧前进行整形并在弯曲过程中使热轧板表面的氧化层龟裂脱落。目前酸轧机组破鳞拉弯矫直机主要由日本的三菱日立、德国的DMS、BWG、意大利DANELI等企业提供，工作原理如图1：图1二、 酸轧机组破鳞拉弯矫直机工作辊如图2，工作辊受支撑辊轴承组元支撑。钢板经过工作辊形成20-25包角在拉伸摩擦力的作用下，带动工作辊旋转，支承辊被动作同线速度运转。图2工作辊在工作中承受压力和摩擦力。压力负荷相对材料强度不会造成失效结果。摩擦力及带板接触辊面附着擦划是导致工作辊早期失效的主要原因。目前国内外在工作辊的选材上大致相同，按国内代号及热处理主要有以下几种：材料9Cr2Mo9SiCrGCr1560CrMoV表面硬度（HRC）6366636663666066热处理方式表淬表淬表淬表淬此种工作辊由于要将热轧退火应力释放后的板材进行矫直，板材的原始状态是边浪明显（热轧中有意使边部薄）。表面有一层氧化铁皮，这样的原始状态板材经过拉弯矫直机时，板材对工作辊除表面形成正常的压力和摩擦力外，边缘浪形将会形成像刀片一样对工作辊形成的切削力对工辊表面冲击并犁划，浪形的冲击及犁划对辊面损伤严重，破鳞过程产生大量氧化破碎片挤入板带和辊面中间，形成对辊面的倾轧、擦划。因此综上所述酸轧机组破鳞拉弯矫直机工作辊的失效主要表现为深沟磨损，形成板材边部接触区早期破坏，工作辊失效形式主要有三种（见图3、图4、图5）（图6为工作辊实际失效的照片）图3 图4 图5三、 工作辊失效机理及提高措施从工作辊（日本三晃提供）拉坏辊身取样检验，辊面硬度HRC63.5，硬化层深度67，心部组织正常，表淬组织为隐晶马氏体+弥散碳化物，晶粒度11，这说明失效辊热处理工艺及结果已使GCr15材料对抵抗磨损做出了几尽所能贡献。3.1磨损机理分析a.从工作原理来看，工作辊表面中间部分主要为粘着磨损，它是两个金属表面在压力下相互滑动时发生的。它的体积损失数学模型（在不考虑氧化层脱落产生的磨料磨损） V=klw/p 式中V是体积损失3，k是磨损系数，l是滑动距离，；w是垂直载荷，公斤；p是压入硬度，公斤/2b.从工作辊的实际主要失效来看，主要为刨削磨损及磨料磨损形式，是由板带的边浪形冲击刮擦，特别是边浪犁刮加上坚硬氧化物的倾轧而形成，我们从工作中可以看到，由于板材在运行的过程中，浪形的影响，板材对中的需要，将对工作辊除形成径向压力形成粘着磨损外，还将形成轴向力，轴向力将转化为工作辊两端旋转接头的承载力，在与两端挡板接触时将加大工作辊的旋转阻力。使摩擦力大大增加，同时由轴向窜动时板的横向位移，将会使垂直于表面的分力没作用，在硬粒子上的分力使颗粒与表面间发生相对切向运动。由此产生了表面剪切，划伤生成切屑，使表面产生沟槽，当表面与带尖角的硬颗粒发生剪切时，金属类似于连续切屑的形式被切去。1550工作辊由于主要对硅钢板进行弯曲，硅钢材料硬度远高于普通板材，另外由于含较高的硅，材料脆性大，边缘锋利，在与工作辊接触工作时，相当于很多的硬脆磨粒对工作辊加力冲击、切削，同时加上硅较高的氧化物，在加有运动力的磨料磨损中，颗粒的动能以塑性功形式消耗于塑性表层内。这就使得表面被压陷式产生剪切变形。当颗粒仅仅压陷表时，表面上被挤出层状的剥落物，但如发生剪切变形，材料被挖出表面，对脆性材料，颗粒的动能消耗于裂纹扩展，并使表面破碎。一个速度为V，质量为m的棱角状磨粒，它从表面塑性表面上所去除的体积QQmv2/8pxf() 式中v是颗粒达到表面时的速度，p是被磨损表面硬度；f()是（sin2-3sin2）,()是颗粒相对被磨损表面的冲击角。这就很好的说明了，边浪加大时，加大，对表面的磨损加大，工作辊表面硬度高时，耐磨性高，冲击速度大时，磨损加快。C解决磨损问题的办法磨损可以用三种方法中的任何一种来解决，改变使用条件所提供一个破坏较小的工作环境；选择更耐磨的材料制作磨损零件；进行表面处理达到提高耐磨性克服两种磨损材料性能贡献值：磨损类型材料硬度碳化物硬度、数量、分布及大小晶粒度低应力磨粒磨损最大较大较大高应力磨粒磨损较大最大较大从理论分析得出，对低应力磨粒磨损，主要可以从提高硬度来实现，而对于高应力磨粒磨损主要从碳化物强化考虑。同时加上高硬度基体来实现，如果酸轧破鳞工作辊无横向切削力，只考虑高应力磨损，可以采取表面碳化物喷涂技术来提高耐磨性。有较高横向横切削力将会对表面碳化物涂层颗粒在基体上进行剪切而使颗粒脱落，这种涂层因对脆性断裂有敏感不宜使用，将无法使其性能得以发挥。根据宝钢1550破磷拉弯矫直机工作辊的工作状况及板材的特性，所以具有高热强度和高硬度的材料比热强度较低和硬度低的材料更耐磨料磨损和粘着磨损。磨损表面的显微组织不均匀能影响磨损过程，因为像碳化物，夹杂金属间化合物和弥散相等的组织性能与基体不同，像碳化物这类硬的相组织，如果它们在一个相当硬的基体中分布很密，金属就耐磨料磨损。四、 提高工作辊寿命的措施根据失效机理分析，BOYA公司专门针对酸轧线工作辊研制的一种高耐磨新材料BYCr12Co，其化学成分如下表：CCrMnSiMoVCoP、S1.351.611130.40.60.350.50.81.20.71.00.40.70.024.1 BYCr12Co属工具钢类，抗高应力磨损组织优势主要在于含有大量碳化物Cr7C3. Co.VC。碳化物的弥散分布及同坚韧基体的牢固结合，构成了抵抗高应力磨粒磨损的重要因素。4.2 BYCr12Co同GCr15两种材料分析比较：材料碳化物类型碳化物体积分数硬度断裂韧度KTC(MPa.m1/2)晶粒度BYCr12CoM7C3-HV25006%HRC6326.513级GCr15M3C-HV16000.8%HRC651312级4.3 从表上可以看出，BYCr12Co在碳化物硬度，基体韧性碳化物的量方面均优于GCr15，从而耐磨性大大提高。4.4 两种村料热处理试样80400分析结果如：GCr15表淬880回火 BYCr12Co表淬1080+200回火GCr15球化退火 1000X BYCr12Co球化退火 100XGCr15表淬组织 1000X BYCr12Co表淬组织 200X 五、 使用效果比对分析5.1经宝钢轧二分厂酸轧线1550拉矫机一年的使用，结果如下表：材料寿命生产效率换辊周期辊耗元/吨性价比BYCr12Co（BOYA）16-20天1.315天0.30优GCr15(日本三晃)6-9天16天0.98一般5.2 从以上数据分析，用BYCr12Co制造的工作辊其平均寿命较GCr15提高140%，吨钢辊耗降低了70%，同时降低了换辊周期，提高了生产效率。酸轧辊工况恶劣，BYCr12Co表现出优异的性能，替代原设计用料获得成功。七、结论：GCr15、9Cr2Mo等传统材料抵抗应力磨损效果较好，如一般生产线：重卷线、剪切线、镀锌（锡）线、精整线等。但对于板面质量要求高（如BA板），矫直板材强度硬度高且有