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熱軋輥常工作在700℃～800℃的高溫環境，與灼熱的鋼坯相接觸，需要承受強大的軋制力，同時表面要承受軋材的強力磨損，反復被熱軋材加熱及冷卻水冷卻，經受溫度變化幅度較大的熱疲勞作用。這就要求熱軋輥材料必須具有高的淬透性、低的熱膨脹系數、高的熱傳導能力和高的高溫屈服強度及高的抗氧化性。
國內曾經使用過鍛鋼軋輥和無限冷硬鑄鐵軋輥，除普通冷硬鑄鐵外，還有低鎳鉻鉬、中鎳鉻鉬、高鎳鉻鉬鑄鐵材料，次的冷硬鑄鐵材料為高鎳鉻鉬冷硬鑄鐵。這類材質軋輥的缺點是硬度低，耐磨性不好。后來采用了球墨復合鑄鐵軋輥，相對而言，使用壽命提高了幾倍，至今仍然在使用。國外則一般采用半鋼和高硬度特殊半鋼材質，對克服表面粗糙和抗磨損都很有效。
為了提高熱軋輥的表面耐磨性，熱軋輥的材料不斷地得到改進，其基本的發展過程是從冷硬鑄鐵到高鉻鑄鐵到半高速鋼和高速鋼。
高鉻鑄鐵軋輥的化學成分為：2.0%～4.0%C，10%～30%Cr，0.15%～1.6%nI，0.3%～2.9%Mo。其本質是一種高耐磨性的高合金白口鐵，鉻含量一般在10%～15%，其碳化物主要是M7C3型，與白口鑄鐵的連續的M8C型碳化物不同，它不但具有良好的耐磨性，還有較高的硬度(HV可達1800)，基體為奧氏體、馬氏體，因而其硬度和韌性結合較好。實際的軋制生產表明，高鉻鑄鐵軋輥有較好的抗熱裂性能，原因是軋輥表面生成一層致密且有韌性的鉻的氧化膜，能減少熱裂紋的數量和深度。因此，高鉻鑄鐵輥在20世紀80年代被非常廣泛用于精軋前架。目前，高鉻鑄鐵復合軋輥已廣泛用作熱軋帶 (鋼)連軋機，粗軋和精軋前段工作輥、寬中厚板；粗軋和精軋工作輥及小型型鋼和棒材軋機精軋輥等。
高鉻鑄鐵軋輥的熱處理有兩種形式，一是低于臨界轉變溫度的亞臨界熱處理，另一種是高于臨界點A3的高溫熱處理。高鉻軋輥表面材料的珠光體基體，希望具有細的片間距，并在基體上有大量彌散分布的二次碳化物，要求有盡量低的殘余奧氏體和殘余應力，所以一般選用后一種形式的熱處理，具體為正火加回火。
高速鋼作為熱軋輥材料的應用在1988年始于日本，20世紀90年代初期美國和歐洲也進行了研制，我國在20世紀90年代后期開始研制和使用高速鋼軋輥。一般高速鋼的成分為1%～2%C，0%～5%Co，0%～5%Nb，3%～10%Cr，2%～7%Mo，2%～7%V，1%～5%W。因為擁有大量可形成強碳化物的合金元素如W和V，其終的顯微組織含有大約10%～15%具有高硬度和高溫穩定性的碳化物，所以在高溫下工作能保持較高的強度和硬度。其工作層硬度高，可達到80～85HS，具有較好的耐磨性和抗熱裂性，軋輥表面沒有出現熱裂紋，一般沒有剝落現象。
近年來國外在熱軋薄板粗軋機架采用半高速鋼軋輥也獲成功，其耐磨性是高鉻鋼軋輥的2倍，且咬入性能和抗熱疲勞性能好，因而成為熱軋薄板粗軋機架和線棒材中軋機架軋輥的理想選擇，半高速鋼的化學成分范圍為：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。
高速鋼熱軋輥的熱處理方式一般采用淬火加回火，在加熱到高溫時，鋼中的二次碳化物充分溶解，一次共晶碳化物部分溶解。這些碳化物所含有的碳和合金元素溶入奧氏體中，增加了奧氏體中碳和合金元素的含量。在淬火時它們固溶于貝氏體和馬氏體中，而在回火時析出了彌散的碳化物，使鋼呈現出比淬火時硬度還要高的二次硬度。因此為了增加基體的硬度，應提高淬火溫度，同時，為了防止基體中出現塊狀粗大的碳化物，應盡量降低淬火溫度，一般確定佳淬火溫度為1050℃～1150℃，同時回火溫度為550℃～600℃。
為了保證基體中含有大量彌散分布的球狀MC型碳化物，應增加V含量，但V不宜過高，因為V會降低淬透性，凝固時生成粗大的一次碳化物，淬火時不能完全溶入奧氏體，從而降低了斷裂韌性，同時還會降低軋輥的表面粗糙度。
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