Валки из быстрорежущей стали (HSS) превосходят обычные валки из чугуна и валков с высоким содержанием никеля и хрома благодаря одному фундаментальному преимуществу: тщательно спроектированной твердосплавной системе. Легирующие элементы — углерод, ванадий, вольфрам, молибден, хром и иногда ниобий — не только повышают твердость. Они определяют, какие карбидные фазы выделяются, как распределяются эти карбиды и, в конечном итоге, как долго валок прослужит на стане. Правильный химический состав – это разница между рулоном, который обеспечивает В 3–5 раз больше пропускная способность стали на канавку и тот, который изнашивается преждевременно.
Наш Валки из быстрорежущей стали (HSS) разработаны с использованием точно контролируемого состава сплавов, чтобы максимизировать объемную долю карбидов, сохраняя при этом ударную вязкость, необходимую для жестких режимов прокатки.
В микроструктуре валков из быстрорежущей стали тяжелую работу выполняют четыре карбидные фазы. Значения их твердости, измеренные по шкале Виккерса, устанавливают четкую иерархию износостойкости:
| Тип карбида | Первичные формообразующие элементы | Твердость (ВН) | Ключевая роль |
|---|---|---|---|
| МК | В, Нб (ВК, НбК) | ~3000 | Первичная износостойкость |
| М7С3 | Cr | ~2500 | Эвтектический карбид, износостойкость |
| М2С | Мо, Вт | ~2000 | Эвтектический карбид, трещиностойкость |
| М6С | Мо, Вт, Fe | ~15:00–18:00 | Усиление матрицы |
Карбиды MC, преимущественно VC, представляют собой самую твердую фазу и наиболее эффективно противостоят абразивному износу. Эвтектические карбиды M7C3 и M2C, когда они хорошо диспергированы и не связаны между собой, противостоят распространению трещин. Общая объемная доля карбидов в хорошо спроектированной марке HSS обычно достигает около 15% по сравнению с гораздо более низкими уровнями в обычных рулонных материалах.
Углерод является основой образования карбидов. Более высокое содержание углерода напрямую увеличивает объемную долю карбидов и прокаливаемость. На уровнях, используемых в валках HSS (1,50–2,20%), углерод обеспечивает совместное осаждение фаз MC, M2C и M7C3. Ниже этого диапазона плотность карбидов недостаточна; выше него хрупкость резко возрастает. Состав матрицы и реакция на термообработку также зависят от углерода: оптимальная твердость обычно достигается при 1,0% растворенного углерода в аустените перед закалкой.
Ванадий является единственным наиболее важным элементом, обеспечивающим износостойкость. Он образует карбиды типа MC (в основном VC) с твердостью примерно HV 3000 — твёрже, чем любая другая карбидная фаза в HSS. Эти мелкие доэвтектические частицы MC равномерно распределены и не образуют сплошных сеток, что обеспечивает приемлемую ударную вязкость. Исследования подтверждают, что образцы, содержащие преимущественно карбиды MC, демонстрируют сравнимую или лучшую стойкость к абразивному износу, чем образцы со смешанной структурой MC M2C, что делает оптимизацию ванадия центральным элементом проектирования сплавов для прокатки. Рекомендуемое содержание ванадия для валков составляет 5–6%.
Молибден выполняет двойную функцию. Во-первых, он способствует образованию карбидов M2C и M6C, увеличивая общую объемную долю карбидов. Во-вторых, что очень важно, обогащение молибденом частиц карбида снижает их склонность к растрескиванию при эксплуатационной нагрузке – механизм, который напрямую продлевает срок службы валков. Эффект упрочнения достигает максимума, когда содержание молибдена находится в диапазоне 4–8%. За пределами этого окна могут образовываться более крупные карбиды. Рекомендуемое содержание для прокатных сплавов – 3–4%.
Вольфрам способствует красной твердости — сохранению твердости при повышенных температурах прокатки — и наряду с молибденом участвует в образовании карбидов M2C и M6C. Вольфрам и молибден частично взаимозаменяемы: молибден может заменить вольфрам примерно в половине весового процента. В современных составах валков из быстрорежущей стали молибден часто имеет приоритет из-за более благоприятного контроля морфологии карбида, а вольфрам используется в качестве дополнительной добавки.
Хром улучшает прокаливаемость, стойкость к окислению и реакцию на отпуск. Это основной образующий карбиды M7C3 (HV ~ 2500), которые вносят значительный вклад в износостойкость и при хорошем диспергировании препятствуют распространению трещин. Хром также стабилизирует аустенит во время термообработки. Оптимальное содержание для валков составляет 5–7%, что позволяет сбалансировать образование карбидов и риск образования крупных взаимосвязанных сеток карбида хрома, которые могут снизить ударную вязкость. Рекомендуемое содержание — 5–7%.
Ниобий при добавлении образует NbC — карбид типа MC, аналогичный VC, но с несколько более высокой стабильностью температуры плавления. Он улучшает общее распределение карбидов и может частично заменить ванадий. Его использование в валках из быстрорежущей стали носит скорее целенаправленный, чем крупномасштабный характер, но оно обеспечивает измеримые улучшения однородности дисперсии карбидов.
Объемная доля карбида (CVF) – это не просто «чем больше, тем лучше». Чрезмерно высокий CVF, особенно если он достигается за счет крупных, взаимосвязанных эвтектических карбидов, снижает ударную вязкость и ускоряет растрескивание при термоциклировании. Целью является контролируемый CVF примерно 15% в стандартных классах HSS , состоящий из мелких дискретных частиц MC и хорошо диспергированных, несвязанных между собой эвтектических карбидов M2C и M7C3.
Ключевыми микроструктурными задачами для достижения максимальной износостойкости при достаточной прочности являются:
Увеличение содержания углерода и хрома само по себе увеличивает CVF, но не приводит к линейному улучшению потерь на износ — крупные карбиды растрескиваются под нагрузкой при эксплуатации. Контролируемое добавление молибдена — это то, что преобразует объем карбида в фактические характеристики износа, предотвращая разрушение карбида.
Различные положения прокатки требуют разного баланса сплава. Отделочные стенды требуют максимальной твердости и износостойкости; Для черновых клетей необходима повышенная прочность. В таблице ниже приведены окна состава, используемые для стандартных валков из быстрорежущей стали и полубыстрорежущей стали (S-HSS):
| Оценка | С% | Кр% | Мо % | В% | Вт % | Твердость (HSD) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| HSS | 1,50–2,20 | 3.00–8.00 | 2.00–8.00 | 2.00–9.00 | 0–8.00 | 75–95 |
| S-HSS | 0,60–1,20 | 3.00–9.00 | 2.00–5.00 | 0,40–3,00 | 0–3.00 | 75–98 |
Сплавы HSS содержат больше ванадия и углерода, что позволяет максимизировать плотность карбида MC при чистовой обработке. Марки S-HSS смягчают эти элементы, чтобы отдать приоритет сопротивлению термической усталости при использовании рабочих валков на станах горячей прокатки. Оба доступны в нашем Литой стальной рулон диапазон, спроектированный с учетом конкретного графика прокатки и положения клети.
Когда состав сплава и объемная доля карбидов правильно оптимизированы, эксплуатационные результаты измеримы. Рулоны HSS достигают Пропускная способность стали в 3–5 раз выше на канавку по сравнению с чугунными валками, а общий срок службы как минимум в 4 раза дольше. Профили проходов остаются стабильными в течение продолжительных циклов обработки, поскольку поверхность из твердого сплава MC высокой твердости противостоит износу канавок, сохраняя точность размеров изделия без частой перешлифовки. Сопротивление термической усталости сохраняется, поскольку несвязанная между собой твердосплавная структура ограничивает зарождение и распространение трещин при циклическом нагреве и закалке зоны контакта качения.
Такое повышение производительности напрямую приводит к меньшему количеству замен валков, сокращению времени простоя и снижению затрат на прокатку на тонну — именно поэтому правильно подобранные валки из быстрорежущей стали остаются предпочтительным материалом для клетей для чистовой обработки прутков, катанки и сортовой стали во всем мире.
Copyright © Хучжоу Чжунхан Ролл Ко., Лтд. All Rights Reserved.
中文简体
