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、9CrV、9Cr2W、9Cr2Mo、60CrMoV、80CrNi3W、8CrMoV、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86Cr2MoV7、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5mm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、钒含量的增加导致淬火后钢中含有较多的残余奥氏体，回火后大部分又转变为新马氏体，这样就有助于提高轧辊硬度，增强耐磨性并降低磨损面粗糙度。