Valce z rýchloreznej ocele (HSS) prekonávajú konvenčné valce z liatiny a valce s vysokým obsahom niklu a chrómu vďaka jednej základnej výhode: starostlivo skonštruovanému karbidovému systému. Legujúce prvky – uhlík, vanád, volfrám, molybdén, chróm a občas niób – nezvyšujú len tvrdosť. Určujú, ktoré karbidové fázy sa zrážajú, ako sú tieto karbidy distribuované a nakoniec, ako dlho valec prežije na valci. Správna chémia je rozdiel medzi rolkou, ktorá dodáva 3–5× priepustnosť ocele na drážku a taký, ktorý sa predčasne opotrebuje.
náš Vysokorýchlostné oceľové kotúče (HSS) sú skonštruované s presne kontrolovaným zložením zliatiny na maximalizáciu objemového podielu karbidu pri zachovaní húževnatosti potrebnej pre náročné valcovacie plány.
V mikroštruktúrach HSS valcov ťažké zdvíhanie robia štyri karbidové fázy. Ich hodnoty tvrdosti, merané na Vickersovej stupnici, stanovujú jasné poradie odolnosti voči opotrebovaniu:
| Typ karbidu | Primárne tvarovacie prvky | Tvrdosť (HV) | Kľúčová rola |
|---|---|---|---|
| MC | V, Nb (VC, NbC) | ~3000 | Primárna odolnosť proti opotrebovaniu |
| M7C3 | Cr | ~2500 | Eutektický karbid, húževnatosť proti opotrebovaniu |
| M2C | Mo, W | ~2000 | Eutektický karbid, odolnosť proti praskaniu |
| M6C | Mo, W, Fe | ~1500 – 1800 | Posilňovanie matrice |
MC karbidy – prevažne VC – sú najtvrdšou fázou a najúčinnejšou pri odolnosti voči abrazívnemu opotrebovaniu. Eutektické karbidy M7C3 a M2C, ak sú dobre rozptýlené a nie sú vzájomne prepojené, odolávajú šíreniu trhlín. Celkový objemový podiel karbidu v dobre navrhnutej triede HSS zvyčajne dosahuje okolo 15 % v porovnaní s oveľa nižšími úrovňami v konvenčných rolovacích materiáloch.
Uhlík je základom tvorby karbidov. Vyšší obsah uhlíka priamo zvyšuje objemový podiel karbidu a kaliteľnosť. Na úrovniach používaných v kotúčoch HSS (1,50–2,20 %) umožňuje uhlík spoluzrážanie fáz MC, M2C a M7C3. Pod týmto rozsahom je hustota karbidu nedostatočná; nad ním sa krehkosť prudko zvyšuje. Zloženie matrice a odozva tepelného spracovania sú tiež závislé od uhlíka, pričom optimálna tvrdosť sa typicky dosahuje okolo 1,0 % rozpusteného uhlíka v austenite pred kalením.
Vanád je jediný najdôležitejší prvok pre odolnosť proti opotrebovaniu. Vytvára karbidy typu MC (predovšetkým VC) s tvrdosťou približne HV 3000 – tvrdšou ako ktorákoľvek iná karbidová fáza v HSS. Tieto jemné, predeutektické častice MC sú rovnomerne rozdelené a netvoria súvislé siete, čo si zachováva prijateľnú húževnatosť. Výskum potvrdzuje, že vzorky obsahujúce prevažne karbidy MC vykazujú porovnateľnú alebo lepšiu odolnosť voči abrazívnemu opotrebeniu ako vzorky so zmiešanými štruktúrami MC M2C, vďaka čomu je optimalizácia vanádu ústredným prvkom konštrukcie zliatiny valcovania. Odporúčaný obsah vanádu pre valcové aplikácie je 5–6 %.
Molybdén má dvojakú funkciu. Po prvé, podporuje tvorbu karbidu M2C a M6C, čím sa pridáva k celkovej objemovej frakcii karbidu. Po druhé, a to je kritické, obohatenie molybdénom v karbidových časticiach znižuje ich náchylnosť na praskanie pri prevádzkovom zaťažení – mechanizmus, ktorý priamo predlžuje životnosť valca. Tento spevňujúci účinok vrcholí, keď sa molybdén udržiava v rozsahu 4–8 %. Za týmto okienkom sa môžu vytvárať hrubšie karbidové morfológie. Odporúčaný obsah pre valcované zliatiny je 3–4 %.
Volfrám prispieva k červenej tvrdosti - zachovaniu tvrdosti pri zvýšených teplotách valcovania - a podieľa sa na tvorbe karbidu M2C a M6C spolu s molybdénom. Volfrám a molybdén sú čiastočne zameniteľné: molybdén môže nahradiť volfrám v približne polovičnom hmotnostnom percente. V moderných zloženiach HSS valcov má molybdén často prednosť kvôli priaznivejšej kontrole morfológie karbidu, pričom ako doplnkový doplnok sa používa volfrám.
Chróm zlepšuje kaliteľnosť, odolnosť proti oxidácii a odozvu popúšťania. Je to hlavný formovač karbidov M7C3 (HV ~2500), ktoré významne prispievajú k odolnosti proti opotrebovaniu a ak sú dobre rozptýlené, bránia šíreniu trhlín. Chróm tiež stabilizuje austenit počas tepelného spracovania. Optimálny obsah pre kotúče je 5–7 %, čím sa vyrovnáva tvorba karbidu proti riziku veľkých, vzájomne prepojených sietí karbidu chrómu, ktoré by znížili húževnatosť. Odporúčaný obsah je 5–7 %.
Po pridaní nióbu vzniká NbC – karbid typu MC podobný VC, ale s mierne vyššou stabilitou bodu topenia. Zjemňuje celkové rozdelenie karbidov a môže čiastočne nahradiť vanád. Jeho použitie vo valcoch HSS je skôr cielené ako vo veľkom meradle, ale poskytuje merateľné zlepšenie rovnomernosti disperzie karbidov.
Objemová frakcia karbidu (CVF) nie je jednoducho „viac je lepšie“. Príliš vysoká hodnota CVF – najmä ak sa dosiahne prostredníctvom hrubých, vzájomne prepojených eutektických karbidov – zhoršuje húževnatosť a urýchľuje odlupovanie pri tepelnom cyklovaní. Cieľom je kontrolované CVF približne 15 % in standard HSS grades , zložený z jemných, diskrétnych častíc MC a dobre dispergovaných, vzájomne neprepojených eutektických karbidov M2C a M7C3.
Kľúčové mikroštrukturálne ciele pre maximálnu odolnosť proti opotrebovaniu s primeranou húževnatosťou sú:
Samotné zvýšenie obsahu uhlíka a chrómu zvyšuje CVF, ale nezlepšuje lineárne straty opotrebovaním – hrubé karbidy praskajú pri prevádzkovom namáhaní. Riadené pridávanie molybdénu je to, čo premieňa objem karbidu na skutočný výkon pri opotrebovaní tým, že zabraňuje lomu karbidu.
Rôzne polohy valcovania vyžadujú rôzne vyváženia zliatin. Dokončovacie stojany vyžadujú maximálnu tvrdosť a odolnosť proti opotrebovaniu; hrubovacie stojany potrebujú väčšiu húževnatosť. V nasledujúcej tabuľke sú zhrnuté okná zloženia používané pre štandardné kotúče HSS a polovysokorýchlostné ocele (S-HSS):
| stupňa | C % | Cr % | po % | V % | W % | Tvrdosť (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 |
Typy HSS obsahujú vyšší obsah vanádu a uhlíka, aby sa maximalizovala hustota karbidu MC pre dokončovacie aplikácie. Typy S-HSS zmierňujú tieto prvky, aby uprednostňovali odolnosť proti tepelnej únave pre aplikácie pracovných valcov v pásových valcovniach za tepla. Obe sú dostupné u nás Valec z liatej ocele rozsah, navrhnutý pre špecifický plán valcovania a polohu stojana.
Keď sú zloženie zliatiny a objemový podiel karbidu správne optimalizované, prevádzkové výsledky sú merateľné. HSS rolky dosiahnu 3–5× vyššia priepustnosť ocele na drážku v porovnaní s liatinovými kotúčmi a celková životnosť minimálne 4× dlhšia. Prechodové profily zostávajú stabilné aj pri dlhších kampaniach, pretože povrch z tvrdokovu MC s vysokou tvrdosťou odoláva opotrebeniu drážky a zachováva rozmerovú presnosť produktu bez častého prebrúsenia. Odolnosť voči tepelnej únave je zachovaná, pretože architektúra neprepojeného karbidu obmedzuje iniciáciu a šírenie trhlín pri cyklickom zahrievaní a kalení zóny valivého kontaktu.
Toto zvýšenie výkonu sa priamo premieta do menšieho počtu výmen valcov, skrátených prestojov a nižších nákladov na valcovanie na tonu – a preto správne špecifikované valce HSS zostávajú materiálom výberu pre tyče, valcovaný drôt a profilovú oceľ na celom svete.
Copyright © Huzhou Zhonghang Roll Co., Ltd. All Rights Reserved.
中文简体
