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轧辊材料及热处理工艺

轧辊的寿命主要取决于轧辊的内在性能和工作受力，内在性能包括强

度和硬度等方面。要使轧辊具有足够的强度，主要从轧辊材料方面来考虑；

硬度通常是指轧辊工作表面的硬度，它决定轧辊的耐磨性，在一定程度上

也决定轧辊的使用寿命，通过合理的材料选用和热处理方式可以满足轧辊

的硬度要求。概述了传统的轧辊选材及其热处理工艺，同时，对轧辊材料

及其热处理工艺的发展进行了展望。

传统冷轧辊材料及其热处理方式

冷轧辊在工作过程中要承受很大的轧制压力，加上轧件的焊缝、夹杂、

边裂等问题，容易导致瞬间高温，使工作辊受到强烈热冲击造成裂纹、粘

辊甚至剥落而报废。因此，冷轧辊要有抵抗因弯曲、扭转、剪切应力引起

的开裂和剥落的能力，同时也要有高的耐磨性、接触疲劳强度、断裂韧性

和热冲击强度等。

国内外冷轧工作辊一般使用的材质有ＧＣｒ15、9Ｃｒ2、9Ｃｒ、9Ｃ

ｒＶ、9Ｃｒ2Ｗ、9Ｃｒ2Ｍｏ、60ＣｒＭｏＶ、80ＣｒＮｉ3Ｗ、8ＣｒＭ

ｏＶ、86ＣｒＭｏＶ7、Ｍｏ3Ａ等。

20世纪50～60年代，这一时期的轧件多为碳素结构钢，强度和硬度

不高，所以轧辊一般采用1.5%～2%Ｃｒ锻钢。此类钢的最终热处理通常采

用淬火加低温回火，常见的淬火方式有感应表面淬火和整体加热淬火。其

主要任务是考虑如何提高轧辊的耐磨性能、抗剥落性能，并提高淬硬层深

度，尽量保证轧辊表面组织均匀，改善轧辊表层金属组织的稳定性。

从20世纪70年代开始，随着轧件合金化程度的提高，高强度低合金

结构钢(ＨＳＬＡ)的广泛应用，轧件的强度和硬度也随之增加，对轧辊材

料的强度和硬度也提出了更高的要求，国际上普遍开始采用铬含量约2%的

Ｃｒ-Ｍｏ型或Ｃｒ-Ｍｏ-Ｖ型钢工作辊，如我国一直使用的9Ｃｒ2Ｍｏ、

9Ｃｒ2ＭｏＶ和86ＣｒＭｏＶ7、俄罗斯的9Ｘ2ＭΦ、西德的86Ｃｒ2Ｍ

ｏＶ7、日本的ＭＣ2等。这类材质的合金化程度较低，在经过最终热处理

后，其淬硬层深度一般为12～15ｍｍ(半径)，仅能满足一般要求，而且使

用中剥落和裂纹倾向严重，轧制寿命低。

通过改进热处理方式，即进行重淬1～2次，提高了该类轧辊的淬硬层，

但每次重淬不仅需要一定的热处理费用，而且会使轧辊直径都要损失5ｍ

ｍ左右，同时轧辊在经过多次热处理后容易变形，难以满足高精度轧辊的

形位公差要求。因此，研制深淬硬层冷轧辊不仅可以大幅度地降低冷轧辊

的消耗，减少轧辊在使用过程中的重新淬火次数，延长轧辊寿命，具有重

大的经济效益。

为了减少重淬消耗，提高轧辊的淬硬层深度、接触疲劳强度、韧性，

延长其使用寿命，从20世纪70年代后期到80年代中期，国内外开始研究

使用铬含量在3%～5%的深淬硬层冷轧工作辊钢。3%铬冷轧辊不需重淬，且

有效淬硬层深度可达到25～30ｍｍ，5%Ｃｒ冷轧辊有效淬硬层深度则达到

40ｍｍ，其耐磨性和抗事故性能也有显著提高。在这一阶段，国内试制了

9Ｃｒ3ＭｏＶ钢，国外一些制造厂也先后开发推广了深淬硬层冷轧辊，如

美国的3.25%Ｃｒ钢和5%Ｃｒ钢，日本的ＫａｎｔｏｃＲＰ53、ＦＨ13、

ＭｎＭＣ3和ＭＣ5等。这些钢都采用高碳高合金材料，具有良好的硬度和

耐磨性，但轧辊淬硬表面脆性大，接触疲劳寿命低，质量不稳定。

为提高淬硬层深及接触疲劳寿命，降低淬硬层脆性及过热敏感性，同

时也为满足轧件对冷轧工作辊力学性能和使用性能的进一步要求，自20世

纪80年代中、后期，国外轧辊生产厂对5%Ｃｒ冷轧辊钢进行了化学成分

的优化工作，主要是在5%Ｃｒ钢中增加钼、钒的含量或加入钛、镍等元素。

添加0.1%左右钛的5%Ｃｒ钢轧辊中，钛以碳氮化合物(ＴｉＣＮ)形式

在基体中微细析出，经过摩擦损耗后ＴｉＣＮ脱落，在轧辊表面形成划痕，

使适度的粗度再生。在镀锡板轧机的实际操作中，有效利用粗糙度降低小

的优点，从轧制初期就可高速轧制。

在最终热处理过程中，对轧辊钢的淬火和加热限制在奥氏体中含碳量

不超过0.6%的程度，然后进行尽可能强烈的冷却，这样就可以得到较深的

淬硬层。此时，轧辊的淬硬层组织除隐针马氏体(以板条为主)外，尚有约

4%的碳化物和10%左右的残留奥氏体。轧辊的表面硬度(包括残余压应力的

影响)约为ＨＳ(Ｄ)95～99。最后，用低温回火将轧辊表面硬度调整到规定

值，低温回火越充分，硬度偏低时韧性越好，抗热裂能力越高。钼、钒含