高速钢复合轧辊在国内外已经得到了广泛的应用,在实际的生产中充分体现了高速钢复合轧辊的优越性,日益成为工作辊的首选。具有更优性能的高速钢复合轧辊也成为今后复合轧辊研究的新课题。今后高速钢复合轧辊的研究应主要集中在以下几个方面:①工艺方法和设备。从以上几种铸造方法的技术经济性能比较,各种铸造方法都有其优缺点,如何发挥其优越性,改进其缺点得到良好的复合轧辊将是工艺方法研究的重点。连续浇注外层法工艺简单、轧辊性能较好、经济较合理,应该加强该工艺和设备的研究。②各种合金元素和热处理工艺对外层材料中碳化物形成、形状和组织的影响。③合理的设计复合工艺,以便得到良好的界面结构,充分发挥两种材料的优势。④组织转变机理及现代信息技术建立相关的研究,以节约成本,缩短研究周期。
1)加强高速钢复合轧辊化学成分的研究。高速钢中Cr、V、W、Co、Mo以及它们的碳化物(WC)的种类、形状、体积分数及分布、晶粒尺寸的大小都决定着高速钢的性能。如何科学地确定钢中各种元素的含量和选择合理的工艺得到合适的碳化物种类、形状使高速钢的性能最优,将是研制高速钢复合轧辊的重点。此外,在我国W资源丰富,而Cr、M o、V相对短缺,应根据我国的国情,研制高W低Cr、Mo、V的复合轧辊。如果没有创新,一味地按照国外的研究结果去做,高速钢复合轧辊在我国的推广将是十分困难的。
2)加强高速钢热处理工艺的研究。除了高速钢的化学成分和生产工艺影响其性能以外,热处理工艺也有很大的影响。通常高速钢的热处理工艺是淬火+回火[ 8]。在加热到高温时,钢中的二次碳化物充分溶解,一次共晶碳化物部分溶解。这些碳化物所含有的碳和合金元素溶入奥氏体中,增加了奥氏体中碳和合金元素的含量。在淬火时它们固溶于贝氏体和马氏体中,而在回火时析出弥散状的碳化物,使钢呈现出比淬火时的硬度还要高的"二次硬化"。同时在热处理时也要考虑到芯部材料在高温时的变化。因此高速钢的热处理既要保证轧辊工作层淬火效果,还要兼顾轧辊芯部材料。如何根据高速钢中元素的变化和对轧辊性能的要求来制定合理的热处理工艺,将是制造工艺研究的重点之一。
3)加强数值模拟的研究与应用。由于高速钢复合轧辊的生产成本高,不太适合反复进行工业试验,然而轧辊的性能数据又是通过多次的试验才能得到的。为了得到高速钢的性能数据又要兼顾生产成本,就要加强高速钢材料的组织转变规律的研究,用现代工具(计算机)建立相关模型,进行数值模拟,为实际生产提供合理的工艺参数,减少工业试验次数和研究周期。
4)加强高速钢复合轧辊界面复合机理的研究。界面结构的优劣往往决定着轧辊的整体性能,界面结合强度、界面脆性相及界面区的微结构对其宏观性能起着重要作用。良好的界面结构应该能够有效地调节材料的内应力分布,并且能够有效地传递应力载荷,充分发挥两种材料的优势。根据现在的研究成果,界面复合机理可以分为两类:①熔合复合,②扩散复合。复合界面的结合是以扩散为主,伴随着少量的熔合复合。要得到良好的复合界面结构就必须深入的研究界面复合机理,以及工艺对界面复合的影响。
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