MC5冷轧辊锻后预备热处理工艺的研究

摘要

在冷轧板生产中，锻钢冷轧辊的性能和使用效果是影响轧材质量和生产效率的重要因素。随着汽车和家电的快速发展，冷轧薄板的需求量迅速增长，同时对冷轧辊的产品质量尤其是其内在质量提出了更高要求，主要表现在有效淬硬层深度的增加，表面微观组织的控制，以及抗事故能力。因此，轧辊生产厂家在进一步完善和改进锻钢冷轧辊的生产工艺方面给予了高度关注。Cr5系列承担着目前冷轧辊用钢的主要任务，但自Cr5系列冷轧辊广泛应用以来，其热处理生产工艺主要在Cr3钢基础上做适当调整，对该材质的工艺、组织及性能方面的系统研究仍然较少。因此，本文从MC5冷轧辊锻后正火和球化退火处理着手，对其工艺及组织的关系进行较为全面的研究，并结合实际生产情况，对确定热处理工艺与组织性能的关系以及现场工艺的优化都具有重要意义。 本文从分析不同公司所生产的MC5冷轧辊入手，观察成品辊内部组织，测试其性能，了解冷轧辊的使用现状，思考存在的问题及其原因，为后续研究的开展提供方向。 通过对锻后MC5钢正火工艺的研究，建立了奥氏体晶粒随加热温度及保温时间而长大的规律，温度对其影响远远大于时间，在960℃时平均晶粒尺寸出现长大加快的趋势，在980℃时局部晶粒已出现异常长大现象，尽管MC5钢Acm线达到1050℃，但从晶粒长大的角度考虑加热温度不宜超过980℃。 本文关注到过共析钢锻后容易出现网状碳化物的问题，尤其轧辊工件具有尺寸大的特点，在正火出炉冷却时，尽管采用强风制冷，往往其内部冷速还是难以达到控制网状碳化物析出的要求。为改善这一现存问题，一方面建立冷速与组织的关系，确定该材质抑制网状碳化物析出的平均临界冷速0.21℃／s，另一方面确立了借助DEFORM模拟MC5钢锻后正火热处理过程的模型，并通过模拟结果与现场实际测温结果的对比，确定其可靠性和有效性，据此，可预测旨在确保抑制网状碳化物形成的工件从正火加热温度冷却至Ar1点所允许的最长时间，为现场应用奠定了基础。 本文在对球化退火的研究中发现，加热温度的选择对材料球化影响较大，并且对于MC5钢而言，由于添加较多合金元素，其加热温度的选择与碳钢不同，应选取略高于Ac1f的温度，但是适合的加热温度范围比较窄，本文认为选择840℃左右为宜。同时，对不同温度等温不同时间的球化组织中碳化物的尺寸进行测定，碳化物的长大符合Ostwald熟化机制，并建立了碳化物在不同温度等温时长大动力学方程，随着温度的升高，碳化物粒子粗化速度加大。 利用TEM和分离萃取的方法对球化退火组织中碳化物进行观察和分析，发现其中存在碳化物的类型有Cr23C6、 Cr7C3及Fe3C，质量百分含量为：9.31％。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2锻钢冷轧辊材质的发展：

1.2.1冷轧工作辊用Cr系锻钢的发展

1.2.2冷轧工作辊用钢中主要合金元素在钢中的作用

1.3冷轧辊的主要性能要求

1.4冷轧辊的热处理工艺

1.4.1冷轧辊的锻后热处理

1.4.2正火工艺

1.4.3球化退火

1.5本课题意义及研究内容

第二章试验方法

2.1实验材料及成分

2.2实验概况

2.3试样设备及方法

2.4相交点及CCT曲线测定

第三章国内外材质对比研究

3.1实验内容及方法

3.2实验结果及分析

3.2.1成分分析

3.2.2金相组织观察

3.2.3碳化物分析

3.2.4夹杂物分析

3.2.5硬度测试

3.2.6冲击性能测试

3.3本章小结

第四章锻后正火工艺的研究

4.1正火温度的选择

4.1.1不同温度下的碳化物含量

4.1.2奥氏体晶粒长大规律的研究

4.1.3奥氏体长大规律的数学模型

4.2冷却速度的控制

4.2.1淬火过程有限元模型的建立

4.2.2 Deform-3D软件介绍

4.2.3测温与模拟

4.2.4冷却速度与组织的关系

4.2.5工件内部组织预测的尝试

4.2.6碳化物评级

4.2.7工艺优化依据的思考

4.3本章小结

第五章球化退火的研究

5.1还原片状珠光体

5.2球化退火工艺对于组织的影响

5.2.1加热温度及时间对于球化组织的影响

5.2.2等温温度及时间对于球化组织的影响

5.3碳化物分析

5.4本章小结

第六章结论

参考文献

附录 攻读学位期间发表的论文

致谢