องค์ประกอบการผสมในม้วน HSS: เศษส่วนของปริมาตรคาร์ไบด์และความต้านทานการสึกหรอ

เหตุใดการผสมเคมีจึงเป็นตัวกำหนดประสิทธิภาพของลูกกลิ้ง ไฮสปีด

ม้วนเหล็กความเร็วสูง (HSS) มีประสิทธิภาพเหนือกว่าเหล็กหล่อทั่วไปและม้วนนิกเกิล-โครเมียมสูง เนื่องจากมีข้อได้เปรียบพื้นฐานประการหนึ่ง นั่นคือ ระบบคาร์ไบด์ที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมอย่างระมัดระวัง องค์ประกอบโลหะผสม เช่น คาร์บอน วาเนเดียม ทังสเตน โมลิบดีนัม โครเมียม และไนโอเบียมเป็นครั้งคราว ไม่เพียงเพิ่มความแข็งเท่านั้น โดยจะพิจารณาว่าขั้นตอนใดของคาร์ไบด์ที่ตกตะกอน คาร์ไบด์เหล่านั้นมีการกระจายตัวอย่างไร และท้ายที่สุดแล้วม้วนจะคงอยู่ได้นานแค่ไหนในโรงสี การได้เคมีที่ถูกต้องคือความแตกต่างระหว่างม้วนที่ให้ผลลัพธ์ 3–5× ปริมาณงานเหล็กต่อร่อง และอันที่เสื่อมสภาพก่อนเวลาอันควร

ของเรา ม้วนเหล็กความเร็วสูง (HSS) ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมด้วยองค์ประกอบของโลหะผสมที่ได้รับการควบคุมอย่างแม่นยำเพื่อเพิ่มสัดส่วนปริมาตรคาร์ไบด์ให้สูงสุด ในขณะเดียวกันก็รักษาความแข็งแกร่งที่จำเป็นสำหรับกำหนดเวลาการรีดที่มีความต้องการสูง

คาร์ไบด์สี่ประเภทและลำดับชั้นความแข็ง

ในโครงสร้างจุลภาคแบบม้วน HSS ระยะคาร์ไบด์สี่เฟสจะทำหน้าที่ยกของหนัก ค่าความแข็งซึ่งวัดจากสเกล Vickers กำหนดลำดับที่ชัดเจนสำหรับความต้านทานการสึกหรอ:

MC คาร์ไบด์ ซึ่งส่วนใหญ่เป็น VC เป็นเฟสที่แข็งที่สุดและมีประสิทธิภาพมากที่สุดในการต้านทานการสึกหรอจากการเสียดสี ยูเทคติกคาร์ไบด์ M7C3 และ M2C เมื่อมีการกระจายตัวอย่างดีและไม่มีการเชื่อมต่อถึงกัน ทั้งคู่ต้านทานการแพร่กระจายของรอยแตกร้าว เศษส่วนปริมาตรคาร์ไบด์ทั้งหมดในเกรด HSS ที่ได้รับการออกแบบมาอย่างดีมักจะอยู่ที่ประมาณ 15% เมื่อเทียบกับระดับที่ต่ำกว่ามากในวัสดุม้วนทั่วไป

Element-by-Element: สิ่งที่การเติมอัลลอยด์แต่ละครั้งทำ

คาร์บอน (C): 1.50–2.20 น%

คาร์บอนเป็นรากฐานของการเกิดคาร์ไบด์ ปริมาณคาร์บอนที่สูงขึ้นจะเพิ่มสัดส่วนของปริมาตรคาร์ไบด์และความสามารถในการชุบแข็งโดยตรง ที่ระดับที่ใช้ในม้วน HSS (1.50–2.20%) คาร์บอนทำให้เกิดการตกตะกอนร่วมของเฟส MC, M2C และ M7C3 หากต่ำกว่าช่วงนี้ ความหนาแน่นของคาร์ไบด์ไม่เพียงพอ เหนือความเปราะบางจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว องค์ประกอบของเมทริกซ์และการตอบสนองต่อการบำบัดความร้อนยังขึ้นอยู่กับคาร์บอนอีกด้วย โดยโดยทั่วไปแล้วความแข็งที่เหมาะสมที่สุดจะได้คาร์บอนที่ละลายประมาณ 1.0% ในออสเทนไนต์ก่อนที่จะดับ

วานาเดียม (V): 14.00–9.00 น%

วาเนเดียมเป็นองค์ประกอบเดียวที่สำคัญที่สุดในการต้านทานการสึกหรอ สร้างคาร์ไบด์ประเภท MC (ส่วนใหญ่เป็น VC) โดยมีความแข็งประมาณ HV 3000 ซึ่งแข็งกว่าเฟสคาร์ไบด์อื่นๆ ใน HSS อนุภาค MC ก่อนยูเทคติกที่ละเอียดเหล่านี้มีการกระจายอย่างสม่ำเสมอและไม่ก่อตัวเป็นเครือข่ายต่อเนื่อง ซึ่งช่วยให้ยอมรับความเหนียวได้ การวิจัยยืนยันว่าชิ้นงานที่มี MC คาร์ไบด์เป็นส่วนใหญ่มีความต้านทานการสึกหรอจากการเสียดสีที่เทียบเคียงหรือดีกว่าชิ้นงานที่มีโครงสร้าง MC M2C แบบผสม ทำให้การเพิ่มประสิทธิภาพวานาเดียมเป็นหัวใจสำคัญของการออกแบบโลหะผสมแบบม้วน ปริมาณวาเนเดียมที่แนะนำสำหรับการใช้งานแบบม้วนคือ 5–6%

โมลิบดีนัม (Mo): 02.00–8.00 น น%

โมลิบดีนัมทำหน้าที่สองอย่าง ประการแรก ช่วยส่งเสริมการก่อตัวของคาร์ไบด์ M2C และ M6C โดยบวกเข้ากับเศษส่วนปริมาตรคาร์ไบด์ทั้งหมด ประการที่สอง ซึ่งเป็นช่วงวิกฤต การเสริมสมรรถนะโมลิบดีนัมภายในอนุภาคคาร์ไบด์ช่วยลดความไวต่อการแตกร้าวภายใต้การโหลดบริการ ซึ่งเป็นกลไกที่ยืดอายุการรณรงค์แบบม้วนโดยตรง ผลการแข็งตัวนี้จะถึงจุดสูงสุดเมื่อโมลิบดีนัมอยู่ในช่วง 4–8% เลยหน้าต่างดังกล่าวไป อาจเกิดสัณฐานวิทยาของคาร์ไบด์หยาบขึ้นได้ ปริมาณที่แนะนำสำหรับโลหะผสมแบบม้วนคือ 3–4%

ทังสเตน (W): 0–8.00%

ทังสเตนมีส่วนทำให้เกิดความแข็งของสีแดง ซึ่งเป็นการคงความแข็งไว้ที่อุณหภูมิการหมุนที่สูงขึ้น และมีส่วนร่วมในการก่อตัวของคาร์ไบด์ M2C และ M6C ควบคู่ไปกับโมลิบดีนัม ทังสเตนและโมลิบดีนัมใช้แทนกันได้บางส่วน: โมลิบดีนัมสามารถทดแทนทังสเตนได้ประมาณครึ่งหนึ่งของเปอร์เซ็นต์น้ำหนัก ในองค์ประกอบลูกกลิ้ง HSS สมัยใหม่ โมลิบดีนัมมักจะมีความสำคัญเหนือกว่า เนื่องจากมีการควบคุมสัณฐานวิทยาของคาร์ไบด์ที่ดีกว่า โดยมีทังสเตนที่ใช้เป็นตัวเติมเสริม

โครเมียม (Cr): 03.00–8.00 น%

โครเมียมช่วยเพิ่มความสามารถในการชุบแข็ง ความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชัน และการตอบสนองต่อการแบ่งเบาบรรเทา เป็นสารก่อรูปหลักของคาร์ไบด์ M7C3 (HV ~ 2500) ซึ่งมีส่วนช่วยอย่างมากในการต้านทานการสึกหรอ และเมื่อกระจายตัวได้ดี จะขัดขวางการแพร่กระจายของรอยแตกร้าว โครเมียมยังทำให้ออสเทนไนต์คงตัวในระหว่างการอบชุบด้วยความร้อน ปริมาณที่เหมาะสมที่สุดสำหรับม้วนคือ 5–7% ซึ่งช่วยรักษาสมดุลของการก่อตัวของคาร์ไบด์กับความเสี่ยงของโครงข่ายโครเมียมคาร์ไบด์ขนาดใหญ่ที่เชื่อมต่อถึงกันซึ่งจะลดความแข็งแกร่ง เนื้อหาที่แนะนำคือ 5–7%

ไนโอเบียม (Nb)

เมื่อเติมไนโอเบียม จะทำให้เกิด NbC ซึ่งเป็นคาร์ไบด์ประเภท MC คล้ายกับ VC แต่มีความเสถียรของจุดหลอมเหลวสูงกว่าเล็กน้อย ช่วยปรับปรุงการกระจายตัวของคาร์ไบด์โดยรวม และสามารถใช้แทนวานาเดียมได้บางส่วน การใช้งานในลูกกลิ้ง HSS มีเป้าหมายมากกว่าการใช้งานขนาดใหญ่ แต่ให้การปรับปรุงที่วัดได้ในด้านความสม่ำเสมอในการกระจายตัวของคาร์ไบด์

เศษส่วนของปริมาตรคาร์ไบด์: เป้าหมายการปรับให้เหมาะสม

เศษส่วนปริมาตรคาร์ไบด์ (CVF) ไม่ใช่แค่ "ยิ่งมากก็ยิ่งดี" CVF ที่สูงเกินไป—โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากทำได้ผ่านยูเทคติกคาร์ไบด์หยาบที่เชื่อมต่อถึงกัน—จะลดความเหนียวและเร่งการหลุดร่อนภายใต้วงจรความร้อน เป้าหมายคือ CVF แบบควบคุมที่ประมาณ 15% สำหรับเกรด HSS มาตรฐาน ประกอบด้วยอนุภาค MC ละเอียดและแยกส่วนและยูเทคติกคาร์ไบด์ M2C และ M7C3 ที่กระจายตัวได้ดีและไม่เชื่อมต่อถึงกัน

เป้าหมายทางโครงสร้างจุลภาคที่สำคัญสำหรับความต้านทานการสึกหรอสูงสุดและมีความเหนียวเพียงพอคือ:

• คาร์ไบด์ MC (VC) พรียูเทคติกละเอียดละเอียดกระจายตัวสม่ำเสมอผ่านเมทริกซ์
• ยูเทคติกคาร์ไบด์ (M2C M7C3) กลั่นและกระจายตัวที่ขอบเขตเกรน โดยไม่สร้างโครงข่าย
• มาร์เทนไซต์ที่แข็งตัวและเมทริกซ์เบนไนต์ที่ให้ฐานความเหนียว
• เศษส่วนปริมาตรคาร์ไบด์ทั้งหมดในช่วง 12–18% ขึ้นอยู่กับจุดยืนการใช้งาน

การเพิ่มปริมาณคาร์บอนและโครเมียมเพียงอย่างเดียวจะทำให้ CVF เพิ่มขึ้นแต่ไม่ได้ปรับปรุงการสูญเสียการสึกหรอเชิงเส้นตรง เนื่องจากคาร์ไบด์หยาบจะแตกร้าวภายใต้ความเครียดในการใช้งาน การเติมโมลิบดีนัมที่มีการควบคุมคือสิ่งที่เปลี่ยนปริมาตรของคาร์ไบด์ให้เป็นประสิทธิภาพการสึกหรอที่แท้จริง โดยป้องกันการแตกหักของคาร์ไบด์

การอ้างอิงองค์ประกอบ: HSS กับ S-ไฮสปีด

ตำแหน่งการกลิ้งที่แตกต่างกันต้องใช้เครื่องชั่งโลหะผสมที่แตกต่างกัน แท่นตกแต่งขั้นสุดท้ายต้องการความแข็งสูงสุดและความทนทานต่อการสึกหรอ แท่นกลึงหยาบต้องการความเหนียวที่มากขึ้น ตารางด้านล่างสรุปหน้าต่างองค์ประกอบที่ใช้สำหรับม้วนเหล็ก HSS มาตรฐานและเหล็กกึ่งความเร็วสูง (S-HSS):

เกรด HSS มีวานาเดียมและคาร์บอนสูงกว่า เพื่อเพิ่มความหนาแน่นของคาร์ไบด์ MC สูงสุดสำหรับงานเก็บผิวละเอียด เกรด S-HSS จะกลั่นกรององค์ประกอบเหล่านี้เพื่อจัดลำดับความสำคัญของการต้านทานความล้าจากความร้อนสำหรับการใช้งานลูกกลิ้งงานในโรงรีดร้อน ทั้งสองมีอยู่ในของเรา เหล็กหล่อม้วน ช่วงที่ออกแบบตามกำหนดเวลาการกลิ้งและตำแหน่งขาตั้งเฉพาะ

ผลกระทบเชิงปฏิบัติ: สิ่งที่เคมีที่ปรับให้เหมาะสมที่สุดมอบให้

เมื่อองค์ประกอบโลหะผสมและเศษส่วนปริมาตรคาร์ไบด์ได้รับการปรับให้เหมาะสมอย่างถูกต้อง ก็สามารถวัดผลการปฏิบัติงานได้ บรรลุม้วน HSS ปริมาณงานเหล็กสูงขึ้น 3–5 เท่าต่อร่อง เมื่อเทียบกับม้วนเหล็กหล่อ และอายุการใช้งานรวมนานกว่าอย่างน้อย 4 เท่า โปรไฟล์การส่งผ่านยังคงมีเสถียรภาพสำหรับแคมเปญที่ขยายออกไป เนื่องจากพื้นผิวคาร์ไบด์ MC ความแข็งสูงทนทานต่อการสึกหรอของร่อง รักษาความแม่นยำของขนาดผลิตภัณฑ์โดยไม่ต้องลับคมบ่อยๆ ความต้านทานต่อความเหนื่อยล้าจากความร้อนยังคงอยู่เนื่องจากสถาปัตยกรรมคาร์ไบด์ที่ไม่เชื่อมต่อถึงกันจำกัดการเริ่มต้นและการแพร่กระจายของรอยแตกร้าวภายใต้การให้ความร้อนแบบวนรอบและการดับของโซนหน้าสัมผัสแบบกลิ้ง

ประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นเหล่านี้แปลโดยตรงเป็นการเปลี่ยนลูกกลิ้งน้อยลง เวลาหยุดทำงานที่ลดลง และต้นทุนการรีดต่อตันลดลง ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมม้วน HSS ที่ระบุอย่างถูกต้องยังคงเป็นวัสดุที่เลือกใช้สำหรับแท่งเหล็กเส้น เหล็กลวด และแผงเก็บผิวเหล็กหน้าตัดทั่วโลก