KPW50VMR轧管机是一种高速冷轧机，该机具有轧制速度快、变形量大的优点，但用于该机的芯棒处于150~200℃的温度环境，并受到较大的剪切力、正压力、摩擦力和高频次(100次/分)的冲击力作用，因此，要求芯棒具有高的硬度，高的耐磨性能和高的强韧性及疲劳强度。最初，这种高速冷轧机的芯棒采用GCr15钢制作。虽然GCr15钢芯棒的使用寿命已超过苏联同类轧机的水平，但在同一条件下GCr15钢芯棒的使用寿命仅为德国A8、MAR350钢芯棒的50%。由此，选用了我国自己研制的LD基体钢制作芯棒。实践表明，LD钢芯棒综合性能满足KPW50VMR轧管机要求，使用寿命大大超过GCr15钢和A8钢、MAR350钢芯棒，制造成本仅为A8钢、MAR350钢的1/3，实现了KPW50VMR轧管机芯棒国产化。
由于KPW50VMR轧管机芯棒的工作环境要求芯棒用钢具有高硬度、高耐磨性、高强韧性，高疲劳强度和高热稳定性，由于LD钢含有较多的Cr、Mo、V、Si等合金元素。Cr、Mo、V元素是强碳化物形成元素，它们在钢中以MC、M6C、M23C6类型的碳化物出现。这些碳化物不但具有较高的硬度，而且以弥散形式分布时还可提高钢的耐磨性、强韧性和热稳定性，因此，LD钢适于用作芯棒。通过测试几种钢经热处理后的机械性能，LD钢的性能指标是最好的。
LD钢的热处理工艺
表1列出了LD钢的相变临界点。由于LD钢含有多种合金碳化物，因此选择热处理加热温度既要考虑保证足够的合金碳化物溶于奥氏体中，又要防止钢的晶粒粗化，同时还要考虑KPW50VMR轧管机芯棒属于细长杆件(见图1)，热处理温度越高，越容易使其弯曲变形。因此，采用了预热、高温加热、分级冷却、等温淬火、高温回火、热校直的LD钢芯棒热处理工艺。
表1 LD钢的相变临界点温度℃
Ac1 Ac3 Ar1 Ar3 Ms
856 915 720 806 105
图1 KPW50VMR轧管机芯棒尺寸图
图2 LD基体钢芯棒热处理工艺曲线图
为了减小淬火应力和芯棒弯曲，加热后先将芯棒预热到900℃ ，然后再在260℃的硝盐炉中等温淬火并热校直。由于LD钢在550℃以下回火的硬度变化不大，为了尽可能的减小组织应力和残余应力，回火温度选择在540℃，并采用两次回火。LD钢芯棒热处理工艺曲线见图2。
对于小规格，如轧制Φ22*0.9mm钢管的芯棒，为了提高芯棒的强韧性，可适当降低淬火加热温度，以求在硬度下降不多的情况下提高韧性。对于芯棒两端的螺纹部分，淬火后进行局部降低硬度处理。
LD钢芯棒的使用效果
通过对几种材料的芯棒轧制1Cr18Ni9Ti、00Cr17Ni14Mo2等不锈钢管的使用对比(见表2~3)，LD钢芯棒的使用效果如下：
表2 LD钢和A8、MAR350钢芯棒寿命系数对比
芯棒数(支) 轧管数(根) 轧制数(m) 平均寿命(m/支) 平均寿命系数
LD钢 17 15104 348021 20472 3.28
A8、MAR350钢 37 9904 230914 6241 1
表3 LD钢和A8、MAR350钢芯棒硬度(HRC)对比
钢号 大端 工作部分 小端
LD钢 30~40 59~62 35~44
A8钢 59 60~62 59~60
MAR350钢 61~62 61~62 63~64
轧制Φ38*2.5mm不锈钢管时，LD钢芯棒平均使用寿命为17105m/支，而德国的A8钢芯棒平均使用寿命仅为9384m/支，轧制Φ40*3.5mm不锈钢管时，LD钢芯棒平均使用寿命为27930m/支，而德国的A8钢芯棒平均使用寿命仅为5123m/支，LD钢芯棒的使用寿命是A8钢的1.82和5.45倍。
LD钢芯棒各部硬度适中，有的轧管轧45440m/支后，芯棒仅有微小磨损，而A8、MAR350钢的芯棒报废时(断裂除外)又严重磨损，由此可见，LD钢的耐磨性能好。用LD钢制作芯棒，其生产成本仅为A8、MAR350钢芯棒的1/3。
综上所述，LD钢芯棒采用在1100~1150℃高温下加热、分级冷却、等温淬火和两次540℃回火的热处理工艺， 其硬度和综合性能满足KPW50VMR冷轧管机要求。轧制1Cr18Ni9Ti等不锈钢时，LD钢芯棒平均使用寿命可达20472m/支，是A8、MAR350钢芯棒平均使用寿命的3倍以上，且制造成本仅为A8、MAR350钢的1/3。因此，LD钢是制作KPW50VMR冷轧管机芯棒较理想的材料，完全可以取代A8、MAR350钢。
日本高周波钢业产品