Válce z rychlořezné oceli (HSS) překonávají konvenční litinové válce a válce s vysokým obsahem niklu a chrómu díky jedné zásadní výhodě: pečlivě navrženému karbidovému systému. Legující prvky – uhlík, vanad, wolfram, molybden, chrom a příležitostně niob – nezvyšují pouze tvrdost. Určují, které karbidové fáze se vysrážejí, jak jsou tyto karbidy distribuovány a nakonec, jak dlouho válec přežije na mlýně. Správná chemie je rozdíl mezi rolí, která dodává 3–5× propustnost oceli na drážku a ten, který se předčasně opotřebuje.
naše Vysokorychlostní ocelové role (HSS) jsou konstruovány s přesně řízeným složením slitiny pro maximalizaci objemového podílu karbidu při zachování houževnatosti potřebné pro náročné válcovací plány.
V mikrostrukturách válců z HSS se těžké břemeno starají o čtyři karbidové fáze. Jejich hodnoty tvrdosti, měřené na Vickersově stupnici, nastavují jasné pořadí odolnosti proti opotřebení:
| Karbidový typ | Primární tvarovací prvky | Tvrdost (HV) | Klíčová role |
|---|---|---|---|
| MC | V, Nb (VC, NbC) | ~3000 | Primární odolnost proti opotřebení |
| M7C3 | Cr | ~2500 | Eutektický karbid, houževnatost proti opotřebení |
| M2C | Mo, W | ~2000 | Eutektický karbid, odolnost proti trhlinám |
| M6C | Mo, W, Fe | ~1500–1800 | Posilování matice |
MC karbidy – převážně VC – jsou nejtvrdší fází a nejúčinnější při odolnosti proti abrazivnímu opotřebení. Eutektické karbidy M7C3 a M2C, pokud jsou dobře rozptýleny a nejsou vzájemně propojeny, oba odolávají šíření trhlin. Celkový objemový podíl karbidu u dobře navržené třídy HSS obvykle dosahuje přibližně 15 % ve srovnání s mnohem nižšími úrovněmi v konvenčních rolích materiálů.
Uhlík je základem tvorby karbidu. Vyšší obsah uhlíku přímo zvyšuje objemový podíl karbidu a prokalitelnost. Na úrovních používaných v HSS rolích (1,50–2,20 %) umožňuje uhlík koprecipitaci fází MC, M2C a M7C3. Pod tímto rozsahem je hustota karbidu nedostatečná; nad ním prudce narůstá křehkost. Složení matrice a odezva na tepelné zpracování jsou také závislé na uhlíku, přičemž optimální tvrdosti se typicky dosahuje kolem 1,0 % rozpuštěného uhlíku v austenitu před kalením.
Vanad je jediným nejdůležitějším prvkem pro odolnost proti opotřebení. Tvoří karbidy typu MC (především VC) s tvrdostí přibližně HV 3000 – tvrdší než jakákoli jiná karbidová fáze v HSS. Tyto jemné, předeutektické částice MC jsou rovnoměrně distribuovány a netvoří souvislé sítě, což udržuje přijatelnou houževnatost. Výzkum potvrzuje, že vzorky obsahující převážně karbidy MC vykazují srovnatelnou nebo lepší odolnost proti abrazivnímu opotřebení než vzorky se smíšenou strukturou MC M2C, díky čemuž je optimalizace vanadu ústředním bodem konstrukce válcované slitiny. Doporučený obsah vanadu pro použití v rolích je 5–6 %.
Molybden má dvojí funkci. Za prvé podporuje tvorbu karbidu M2C a M6C a přidává k celkové objemové frakci karbidu. Za druhé, a to je kritické, obohacení molybdenem v karbidových částicích snižuje jejich náchylnost k praskání při provozním zatížení – mechanismus, který přímo prodlužuje životnost válce. Tento účinek tuhnutí vrcholí, když se molybden udržuje v rozmezí 4–8 %. Za tímto oknem se mohou tvořit hrubší karbidové morfologie. Doporučený obsah pro válcované slitiny je 3–4 %.
Wolfram přispívá k červené tvrdosti – zachování tvrdosti při zvýšených teplotách válcování – a podílí se na tvorbě karbidu M2C a M6C spolu s molybdenem. Wolfram a molybden jsou částečně zaměnitelné: molybden může nahradit wolfram zhruba v polovičním hmotnostním procentu. V moderních složeních HSS válců má molybden často přednost díky své příznivější kontrole morfologie karbidu, přičemž jako doplňkový přídavek se používá wolfram.
Chrom zlepšuje kalitelnost, odolnost proti oxidaci a odezvu popouštění. Je to hlavní formovací látka karbidů M7C3 (HV ~2500), které významně přispívají k odolnosti proti opotřebení a pokud jsou dobře rozptýleny, brání šíření trhlin. Chrom také stabilizuje austenit během tepelného zpracování. Optimální obsah pro válce je 5–7 %, čímž se vyrovnává tvorba karbidu proti riziku velkých, vzájemně propojených sítí karbidu chromu, které by snižovaly houževnatost. Doporučený obsah je 5–7 %.
Niob, když je přidán, tvoří NbC - karbid typu MC podobný VC, ale s mírně vyšší stabilitou bodu tání. Zpřesňuje celkové rozložení karbidů a může částečně nahradit vanad. Jeho použití ve válcích z HSS je cílené spíše než ve velkém měřítku, ale poskytuje měřitelná zlepšení rovnoměrnosti disperze karbidů.
Objemová frakce karbidu (CVF) není jednoduše „více je lepší“. Nadměrně vysoká hodnota CVF – zejména pokud je dosaženo pomocí hrubých, vzájemně propojených eutektických karbidů – zhoršuje houževnatost a urychluje odlupování při tepelném cyklování. Cílem je kontrolované CVF přibližně 15 % in standard HSS grades , složený z jemných, diskrétních částic MC a dobře dispergovaných, vzájemně nepropojených eutektických karbidů M2C a M7C3.
Klíčové mikrostrukturální cíle pro maximální odolnost proti opotřebení s odpovídající houževnatostí jsou:
Samotné zvýšení obsahu uhlíku a chrómu zvyšuje CVF, ale nezlepšuje lineárně ztráty opotřebením – hrubé karbidy praskají při provozním namáhání. Řízené přidávání molybdenu je to, co převádí objem karbidu na skutečný výkon opotřebení tím, že brání lomu karbidu.
Různé polohy válcování vyžadují různé vyvážení slitiny. Dokončovací stojany vyžadují maximální tvrdost a odolnost proti opotřebení; hrubovací stojany potřebují větší tuhost. Níže uvedená tabulka shrnuje okna složení používaná pro standardní HSS a polorychlořezné oceli (S-HSS):
| stupeň | C % | Cr % | po % | V % | W % | Tvrdost (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 |
Třídy HSS obsahují vyšší obsah vanadu a uhlíku, aby se maximalizovala hustota karbidu MC pro dokončovací aplikace. Typy S-HSS tyto prvky zmírňují, aby upřednostňovaly odolnost proti tepelné únavě pro aplikace pracovních válců ve válcovnách pásu za tepla. Oba jsou k dispozici u nás Role z lité oceli rozsah, zkonstruovaný pro konkrétní plán válcování a polohu stojanu.
Při správné optimalizaci složení slitiny a objemového podílu karbidu jsou provozní výsledky měřitelné. HSS role dosáhnout 3–5× vyšší průchodnost oceli na drážku oproti litinovým válcům a celková životnost minimálně 4× delší. Profily průchodů zůstávají stabilní i po delších kampaních, protože povrch z karbidu MC s vysokou tvrdostí odolává opotřebení drážek a zachovává rozměrovou přesnost produktu bez častého přebrušování. Odolnost proti tepelné únavě je zachována, protože architektura nepropojeného karbidu omezuje iniciaci a šíření trhlin při cyklickém ohřevu a kalení zóny valivého kontaktu.
Toto zvýšení výkonu se přímo promítá do menšího počtu výměn válců, zkrácení prostojů a nižších nákladů na válcování na tunu – proto jsou správně specifikované válce HSS celosvětově preferovaným materiálem pro válcovací stolice, válcovaný drát a profilovou ocel.
Copyright © Huzhou Zhonghang Roll Co., Ltd. All Rights Reserved.
中文简体
