1. Nứt bề mặt con lăn
Nứt được chia thành nứt thông thường và nứt bất thường. Nứt thông thường còn gọi là nứt nhiệt. Chúng là do sự phá vỡ dần dần bề mặt con lăn do ứng suất nhiệt sinh ra từ nhiều chu kỳ nhiệt độ. Đây là hiện tượng lớp vi bề mặt xảy ra trên bề mặt con lăn. Nứt bất thường là do nứt sốc nhiệt gây ra do các tai nạn như trượt, dính thép, kẹt thép, chồng thép, và đuôi thép trong quá trình cán. Chúng tạo thành các vết nứt có độ sâu và độ dẻo nhất định trên bề mặt con lăn.
2. Lõm
Chủ yếu đề cập đến sự phân bố liên tục hoặc không liên tục của các lỗ không đều trên bề mặt con lăn do sự xâm nhập của vật lạ như vảy sắt bị oxy hóa do lý do làm sạch trong quá trình sản xuất.
3. Bong tróc màng oxit
Khi bắt đầu cán, sau một thời gian cán nóng, một lớp màng oxit màu xám bạc hoặc xanh nhạt được hình thành trên bề mặt con lăn. Lớp màng này rất quan trọng để bảo vệ bề mặt con lăn và cải thiện chất lượng bề mặt của phôi cán. Do tác động lặp đi lặp lại của lực cán, màng oxit tạo ra các vết nứt nhỏ xung quanh cacbua. Khi khả năng làm mát của con lăn không đủ, khó hình thành màng oxit dày đặc trên bề mặt con lăn. Ngay cả khi màng oxit được hình thành, nó cũng sẽ nhanh chóng bị suy giảm. Trong trường hợp cán không hợp lý, màng oxit bị phá hủy nhanh chóng trong quá trình hình thành, dẫn đến màng oxit bị bong tróc, để lại các khuyết tật như đốm sao băng trên bề mặt con lăn, dẫn đến tăng độ nhám bề mặt con lăn và tăng mài mòn.
4. Dính thép, mài mòn bất thường, v.v.
Do cán bất thường, bề mặt con lăn và phôi bị dính vào nhau, dẫn đến dính thép; các thông số quy trình không hợp lý trong quá trình cán gây ra tiêu hao quá mức các con lăn có cùng chiều rộng và chiều dài, dẫn đến mài mòn không đều trên bề mặt con lăn.
Trong sản xuất, cần thực hiện các thao tác tiêu chuẩn hóa và bảo trì thiết bị để tránh các hư hỏng bề mặt con lăn nêu trên.
Lựa chọn vật liệu
Con lăn thép rèn và con lăn gang lạnh không giới hạn đã được sử dụng ở Trung Quốc. Ngoài gang lạnh thông thường, còn có các vật liệu gang niken-crom-molypden thấp, niken-crom-molypden trung bình và niken-crom-molypden cao. Vật liệu gang lạnh cao cấp là gang lạnh niken-crom-molypden cao. Nhược điểm của loại con lăn này là độ cứng thấp và khả năng chống mài mòn kém. Sau đó, con lăn gang dẻo composite gang đã được sử dụng. Tương đối mà nói, tuổi thọ đã tăng gấp vài lần và vẫn đang được sử dụng. Ở nước ngoài, vật liệu bán thép và bán thép đặc biệt có độ cứng cao thường được sử dụng, rất hiệu quả trong việc khắc phục độ nhám bề mặt và khả năng chống mài mòn.
Để cải thiện khả năng chống mài mòn bề mặt của con lăn cán nóng, vật liệu của con lăn cán nóng không ngừng được cải tiến, và quá trình phát triển cơ bản của chúng là từ gang lạnh sang gang crôm cao sang thép bán tốc độ cao và thép tốc độ cao.
Thành phần hóa học của con lăn gang crôm cao là: 2,0%~4,0%C, 10%~30%Cr, 0,15%~1,6%Ni, 0,3%~2,9%Mo. Bản chất của nó là gang trắng hợp kim cao có khả năng chống mài mòn cao. Hàm lượng crôm thường là 10%~15%. Cacbua của nó chủ yếu là loại M7C3, khác với cacbua loại M8C liên tục của gang trắng. Nó không chỉ có khả năng chống mài mòn tốt mà còn có độ cứng cao hơn (HV có thể đạt 1800). Ma trận là austenit và mactenxit, vì vậy độ cứng và độ bền của nó được kết hợp tốt. Sản xuất cán thực tế cho thấy con lăn gang crôm cao có khả năng chống nứt nhiệt tốt. Lý do là một lớp màng oxit crôm dày đặc và bền được hình thành trên bề mặt con lăn, có thể giảm số lượng và độ sâu của các vết nứt nhiệt. Do đó, con lăn gang crôm cao đã được sử dụng rộng rãi ở khung trước của cán hoàn thiện vào những năm 1980. Con lăn composite gang crôm cao đã được sử dụng rộng rãi làm con lăn làm việc của bộ phận cán liên tục băng thép nóng, cán thô và cán hoàn thiện phía trước, tấm dày trung bình rộng; con lăn làm việc cán thô và cán hoàn thiện và con lăn hoàn thiện của nhà máy cán thép và thanh nhỏ.
Có hai hình thức xử lý nhiệt cho con lăn gang crôm cao, một là xử lý nhiệt dưới tới hạn dưới nhiệt độ chuyển biến tới hạn, và hai là xử lý nhiệt nhiệt độ cao trên điểm tới hạn A3. Ma trận peclit của vật liệu bề mặt con lăn crôm cao được kỳ vọng có khoảng cách giữa các lớp cực kỳ mịn, và một số lượng lớn các cacbua thứ cấp phân tán trên ma trận, yêu cầu lượng austenit dư và ứng suất dư càng thấp càng tốt, do đó hình thức xử lý nhiệt thứ hai thường được chọn, cụ thể là chuẩn hóa và tôi.
Ứng dụng thép tốc độ cao làm vật liệu con lăn cán nóng bắt đầu ở Nhật Bản vào năm 1988. Hoa Kỳ và Châu Âu cũng tiến hành nghiên cứu vào đầu những năm 1990. Nước ta bắt đầu phát triển và sử dụng con lăn thép tốc độ cao vào cuối những năm 1990. Thành phần chung của thép tốc độ cao là 1%~2%C, 0%~5%Co, 0%~5%Nb, 3%~10%Cr, 2%~7%Mo, 2%~7%V, 1%~5%W. Vì nó có một lượng lớn các nguyên tố hợp kim như W và V có thể tạo thành cacbua mạnh, cấu trúc vi mô cuối cùng của nó chứa khoảng 10%~15% cacbua có độ cứng cực cao và độ ổn định nhiệt độ cao, do đó nó có thể duy trì độ bền và độ cứng cao khi làm việc ở nhiệt độ cao. Lớp làm việc của nó có độ cứng cao 80~85HS, có khả năng chống mài mòn và chống nứt nhiệt tốt, và không có nứt nhiệt trên bề mặt con lăn, và nói chung không có hiện tượng bong tróc.
Trong những năm gần đây, nước ngoài cũng đã sử dụng thành công con lăn thép bán tốc độ cao trong các nhà máy cán thô thép tấm cán nóng. Khả năng chống mài mòn của chúng gấp đôi con lăn thép crôm cao, và hiệu suất ăn phôi và khả năng chống mỏi nhiệt của chúng tốt. Do đó, chúng đã trở thành một lựa chọn lý tưởng cho các nhà máy cán thô thép tấm cán nóng và con lăn của nhà máy cán trung bình dây thép. Phạm vi thành phần hóa học của thép bán tốc độ cao là: 1,5%~2,5%C, 0,5%~1,5%Si, 0,4%~1,0%Mn, 1,0%~6,0%Cr, 0,1%~4,0%Mo, 0,1%~3,0%V, 0,1%~4,0%W.
1. Nứt bề mặt con lăn
Nứt được chia thành nứt thông thường và nứt bất thường. Nứt thông thường còn gọi là nứt nhiệt. Chúng là do sự phá vỡ dần dần bề mặt con lăn do ứng suất nhiệt sinh ra từ nhiều chu kỳ nhiệt độ. Đây là hiện tượng lớp vi bề mặt xảy ra trên bề mặt con lăn. Nứt bất thường là do nứt sốc nhiệt gây ra do các tai nạn như trượt, dính thép, kẹt thép, chồng thép, và đuôi thép trong quá trình cán. Chúng tạo thành các vết nứt có độ sâu và độ dẻo nhất định trên bề mặt con lăn.
2. Lõm
Chủ yếu đề cập đến sự phân bố liên tục hoặc không liên tục của các lỗ không đều trên bề mặt con lăn do sự xâm nhập của vật lạ như vảy sắt bị oxy hóa do lý do làm sạch trong quá trình sản xuất.
3. Bong tróc màng oxit
Khi bắt đầu cán, sau một thời gian cán nóng, một lớp màng oxit màu xám bạc hoặc xanh nhạt được hình thành trên bề mặt con lăn. Lớp màng này rất quan trọng để bảo vệ bề mặt con lăn và cải thiện chất lượng bề mặt của phôi cán. Do tác động lặp đi lặp lại của lực cán, màng oxit tạo ra các vết nứt nhỏ xung quanh cacbua. Khi khả năng làm mát của con lăn không đủ, khó hình thành màng oxit dày đặc trên bề mặt con lăn. Ngay cả khi màng oxit được hình thành, nó cũng sẽ nhanh chóng bị suy giảm. Trong trường hợp cán không hợp lý, màng oxit bị phá hủy nhanh chóng trong quá trình hình thành, dẫn đến màng oxit bị bong tróc, để lại các khuyết tật như đốm sao băng trên bề mặt con lăn, dẫn đến tăng độ nhám bề mặt con lăn và tăng mài mòn.
4. Dính thép, mài mòn bất thường, v.v.
Do cán bất thường, bề mặt con lăn và phôi bị dính vào nhau, dẫn đến dính thép; các thông số quy trình không hợp lý trong quá trình cán gây ra tiêu hao quá mức các con lăn có cùng chiều rộng và chiều dài, dẫn đến mài mòn không đều trên bề mặt con lăn.
Trong sản xuất, cần thực hiện các thao tác tiêu chuẩn hóa và bảo trì thiết bị để tránh các hư hỏng bề mặt con lăn nêu trên.
Lựa chọn vật liệu
Con lăn thép rèn và con lăn gang lạnh không giới hạn đã được sử dụng ở Trung Quốc. Ngoài gang lạnh thông thường, còn có các vật liệu gang niken-crom-molypden thấp, niken-crom-molypden trung bình và niken-crom-molypden cao. Vật liệu gang lạnh cao cấp là gang lạnh niken-crom-molypden cao. Nhược điểm của loại con lăn này là độ cứng thấp và khả năng chống mài mòn kém. Sau đó, con lăn gang dẻo composite gang đã được sử dụng. Tương đối mà nói, tuổi thọ đã tăng gấp vài lần và vẫn đang được sử dụng. Ở nước ngoài, vật liệu bán thép và bán thép đặc biệt có độ cứng cao thường được sử dụng, rất hiệu quả trong việc khắc phục độ nhám bề mặt và khả năng chống mài mòn.
Để cải thiện khả năng chống mài mòn bề mặt của con lăn cán nóng, vật liệu của con lăn cán nóng không ngừng được cải tiến, và quá trình phát triển cơ bản của chúng là từ gang lạnh sang gang crôm cao sang thép bán tốc độ cao và thép tốc độ cao.
Thành phần hóa học của con lăn gang crôm cao là: 2,0%~4,0%C, 10%~30%Cr, 0,15%~1,6%Ni, 0,3%~2,9%Mo. Bản chất của nó là gang trắng hợp kim cao có khả năng chống mài mòn cao. Hàm lượng crôm thường là 10%~15%. Cacbua của nó chủ yếu là loại M7C3, khác với cacbua loại M8C liên tục của gang trắng. Nó không chỉ có khả năng chống mài mòn tốt mà còn có độ cứng cao hơn (HV có thể đạt 1800). Ma trận là austenit và mactenxit, vì vậy độ cứng và độ bền của nó được kết hợp tốt. Sản xuất cán thực tế cho thấy con lăn gang crôm cao có khả năng chống nứt nhiệt tốt. Lý do là một lớp màng oxit crôm dày đặc và bền được hình thành trên bề mặt con lăn, có thể giảm số lượng và độ sâu của các vết nứt nhiệt. Do đó, con lăn gang crôm cao đã được sử dụng rộng rãi ở khung trước của cán hoàn thiện vào những năm 1980. Con lăn composite gang crôm cao đã được sử dụng rộng rãi làm con lăn làm việc của bộ phận cán liên tục băng thép nóng, cán thô và cán hoàn thiện phía trước, tấm dày trung bình rộng; con lăn làm việc cán thô và cán hoàn thiện và con lăn hoàn thiện của nhà máy cán thép và thanh nhỏ.
Có hai hình thức xử lý nhiệt cho con lăn gang crôm cao, một là xử lý nhiệt dưới tới hạn dưới nhiệt độ chuyển biến tới hạn, và hai là xử lý nhiệt nhiệt độ cao trên điểm tới hạn A3. Ma trận peclit của vật liệu bề mặt con lăn crôm cao được kỳ vọng có khoảng cách giữa các lớp cực kỳ mịn, và một số lượng lớn các cacbua thứ cấp phân tán trên ma trận, yêu cầu lượng austenit dư và ứng suất dư càng thấp càng tốt, do đó hình thức xử lý nhiệt thứ hai thường được chọn, cụ thể là chuẩn hóa và tôi.
Ứng dụng thép tốc độ cao làm vật liệu con lăn cán nóng bắt đầu ở Nhật Bản vào năm 1988. Hoa Kỳ và Châu Âu cũng tiến hành nghiên cứu vào đầu những năm 1990. Nước ta bắt đầu phát triển và sử dụng con lăn thép tốc độ cao vào cuối những năm 1990. Thành phần chung của thép tốc độ cao là 1%~2%C, 0%~5%Co, 0%~5%Nb, 3%~10%Cr, 2%~7%Mo, 2%~7%V, 1%~5%W. Vì nó có một lượng lớn các nguyên tố hợp kim như W và V có thể tạo thành cacbua mạnh, cấu trúc vi mô cuối cùng của nó chứa khoảng 10%~15% cacbua có độ cứng cực cao và độ ổn định nhiệt độ cao, do đó nó có thể duy trì độ bền và độ cứng cao khi làm việc ở nhiệt độ cao. Lớp làm việc của nó có độ cứng cao 80~85HS, có khả năng chống mài mòn và chống nứt nhiệt tốt, và không có nứt nhiệt trên bề mặt con lăn, và nói chung không có hiện tượng bong tróc.
Trong những năm gần đây, nước ngoài cũng đã sử dụng thành công con lăn thép bán tốc độ cao trong các nhà máy cán thô thép tấm cán nóng. Khả năng chống mài mòn của chúng gấp đôi con lăn thép crôm cao, và hiệu suất ăn phôi và khả năng chống mỏi nhiệt của chúng tốt. Do đó, chúng đã trở thành một lựa chọn lý tưởng cho các nhà máy cán thô thép tấm cán nóng và con lăn của nhà máy cán trung bình dây thép. Phạm vi thành phần hóa học của thép bán tốc độ cao là: 1,5%~2,5%C, 0,5%~1,5%Si, 0,4%~1,0%Mn, 1,0%~6,0%Cr, 0,1%~4,0%Mo, 0,1%~3,0%V, 0,1%~4,0%W.
