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应用粉末冶金技术中喷雾制粒与热等静压的配合工艺,生产的高速钢较之传统方法生产的钢材具有许多优点,如优良的机加工性能、韧性、硬度和热处理后的形状稳定性。应用HIP工艺生产的高速钢轧辊,与相同成分的铸造高速钢轧辊相比,碳化物更细小、均匀,而碳化物的形貌及分布对轧辊的热疲劳性能、抗剥落性能及韧性起决定性作用,因此HIP高速钢轧辊的综合性能明显优于铸造轧辊。此外,为了进一步提高耐磨性,HIP高速钢轧辊可采用更高的含碳量和合金含量,仍保持良好的碳化物形貌。用HIP工艺生产高速钢轧辊时,一般是用铸、锻钢材料制成辊芯,在辊芯外填充好辊身外层所用的高速钢粉末,抽真空后在1000℃以上高温和100 MPa以上压力下烧结成轧辊。由于HIP工艺设备需要耐高压,受设备限制,HIP工艺还只能生产小直径的高速钢轧辊。
例如,轧辊表面和芯部间的温差在70℃时轧辊会增加100MPa的纵向热应力,温差越大,增加的热应力越大。与产生脆性断口的轧辊相比较,产生韧性断口的轧辊的芯部材料韧性更好,更不容易出现断裂。
导致轧辊失效的应力共有四种:
一、制造过程中的残余应力;
二、轧制过程中的机械应力;
三、轧制过程中轧辊的组织应力;
四、轧辊内外温差造成的热应力。如果是因为制造残余应力过大产生断裂,断辊通常发生在轧辊初始上机使用的前几次,且为开轧的前几块轧材。此次断裂的轧辊已经上机轧制了四次,工作层消耗了14mm,因此不应是因制造残余应力形成的断裂。
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冶炼 20世纪50年代以前,锻钢轧辊用钢基本上采用碱性平炉或碱性电炉冶炼。质量要求高者,则用酸性平炉冶炼。自20世纪50年代起,真空技术逐渐应用于炼钢,电炉、平炉或转炉冶炼的钢水,经真空处理和真空浇注后,生产出含氢量低、夹杂少的钢,用于生产要求较高的冷轧工作辊和支承辊。自60年代起,钢包精炼炉也开始用于轧辊钢的冶炼。电炉、平炉或转炉提供的低磷、化学成分接近成品钢的粗炼钢水,在精炼炉中脱硫,调成分,经真空处理后排除氢、氮、脱氧和排除夹杂,可获得较纯净的钢水。铸锭在氩气保护下或在真空下浇注。
钢包精炼炉为生产质量高、吨位大的支承辊创造了条件。与此同时,真空白耗和电渣重熔钢也由于其洁净度高、偏析小和结晶细密,开始用来制造轧制高碳钢、合金钢、金属箔材用的高硬度工作辊。
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