浅析Cr12MoV钢轧辊的中频淬火设备淬火过程

Cr12MoV钢轧辊用于小四轮拖拉机后轮初轧加工，生产中，轧辊经中频淬火设备淬火后发现裂纹，并导致了工件断裂报废。

轧辊淬火后，停留期间首先出现自内孔键槽底尖角部位辐射状裂纹，随后发现R80圆狐面产生波浪式裂纹，此后，内孔表面又产生不少新的辐射状裂纹，时间持续一周。轧辊坯件中频淬火设备淬火后硬度为207-225HBW; 工件淬火工艺显示，轧辊热处理后要求硬度为58-64HRC，表面淬硬层深度>10mm。失效轧辊淬火后硬度为54- 57HRC，可见轧辊处理后硬度偏低4-7HRC

分析认为，Cr12MoV钢轧辊950℃加热奥氏体化时，由于碳与合金元素在奥氏体中饱和度较低，使马氏体转变点升高，导致工件淬火后马氏体量与剩余碳化物量增加，而残留奥氏体量下降，工件截面淬透，因马氏体转变体积膨胀产生很大应力，这是裂纹萌生和扩展的主要原因。另一方面，工件冷却15min后，表面温度约160℃，而轧辊心部高于160℃，继续进行马氏转变，使工件形成表面受压应力而心部受拉应力的应力状态；而心部马氏体转变使工件应力状态重新分布，由于不同时发生组织转变，工件表层产生较大应力，淬火后工件组织转变并未完成，这为淬火后停留时裂纹萌生扩展和轧辊断裂留下了隐患。轧辊950℃淬火加热，Ms约250℃，Mf约lOO℃，轧辊淬火后空冷至室温，残留奥氏体继续向马氏体转变，因此又产生马氏体不同时转变，表层先转变硬化受到心部后转变的组织应力，和热应力叠加在轧辊内孔键槽底部区域产生应力集中拉应力，当拉应力大于材料抗拉强度时，发生开裂。轧辊外圆及两端面出现的切向和径向裂纹，缘出于此。根据上述分析，尺寸较大的Cr12MoV钢轧辊在950℃淬火后应力大和不足是造成工件断裂的主要原因。因此，工艺改进应增加补充淬火，以消除应力，稳定组织，避免应力过大引发淬火裂纹和断裂隐患。改进工艺为：淬火后，轧辊立即进行180-200℃淬火二次，以减少组织应力，可去除工件于裂缺陷。