高速鋼軋輥工藝的改進與研發(fā)

寇興武

摘 要：文章首先總結(jié)了高速鋼軋輥的主要優(yōu)勢，然后從離心鑄造法，連續(xù)澆注外層成型法、電渣重熔法、以及液態(tài)金屬電渣溶解法這四個方面入手，對高速鋼軋輥的制造工藝進行了研究，并就工藝改進方面的關(guān)鍵要點予以說明，望引起各方人員的關(guān)注與重視。

關(guān)鍵詞：高速鋼軋輥；工藝；改進；優(yōu)勢

從軋鋼技術(shù)發(fā)展的角度上來說，提高軋材質(zhì)量，改善軋鋼進度，降低軋鋼成本是最主流的發(fā)展方向。以帶鋼軋制為例，交叉軋制、彎輥技術(shù)、多輥軋機、低溫及大壓下量軋制、連鑄連軋短流程等技術(shù)對軋輥耐磨性、強度及韌性等提出了更高的要求。國外于80年代末開發(fā)了鑄造高速鋼軋輥，將其作用于包括帶鋼熱連軋機的精軋段、粗軋段、鋼管軋機和高速線材軋機的預(yù)精軋段等多個領(lǐng)域中，優(yōu)勢相當明顯，國內(nèi)也開始重視對高速鋼軋輥工藝的應(yīng)用。文章即從這一角度入手，圍繞高速鋼軋輥工藝改進與研發(fā)方面的相關(guān)問題展開分析與探討。

1 高速鋼軋輥主要優(yōu)勢分析

相對于傳統(tǒng)意義上的鋼軋輥而言，高速鋼軋輥無論是從室溫還是高溫耐磨的角度上來說，均具有非常突出的優(yōu)勢。同時存在較高的硬度和很好的紅硬性特征，其抗熱裂性能以及抗事故性能均非常突出。從顯微組織的角度上來說，主要是由MC、以及M6C合金碳化物鑲嵌于奧氏體基體之上所形成的。MC以及M6C具有非常突出的硬度優(yōu)勢，加上奧氏體基體具有較高的熱穩(wěn)定性，且在鑲嵌過程當中有大量的合金元素參與反應(yīng)，在回火期間能夠析出一定的彌散性碳化物，產(chǎn)生二次回火后硬化現(xiàn)象，促進馬氏體分解溫度的提升，表現(xiàn)出更加確切的硬性優(yōu)勢。高速鋼軋輥的適應(yīng)性非常強，能夠在延長使用壽命的同時，達到提高軋材質(zhì)量的目的，可以將其廣泛應(yīng)用于熱帶連軋精軋機架和各種材質(zhì)帶鋼的無規(guī)程軋制工作當中，促進其優(yōu)勢的進一步發(fā)揮。

2 高速鋼軋輥制造技術(shù)分析

2.1 離心鑄造法

離心鑄造法的主要特點是：將液態(tài)外層材料和芯部材料以一定的時間間隔澆入鑄型內(nèi)。離心旋轉(zhuǎn)時間、輥芯金屬液澆注間隔時間、澆注溫度及防止外層金屬元素偏析和內(nèi)外層材料界面氧化是此方法制造軋輥成敗的關(guān)鍵。

2.2 連續(xù)澆注外層成型法

連續(xù)澆注外層成型法的主要技術(shù)要點是：在水冷鑄型當中放入軋輥輥芯，垂直狀態(tài)下將熔融的外層高速鋼鋼水澆注入碳鋼芯軸與冷結(jié)晶膜的中間位置，使高速鋼軋輥輥芯與外層金屬充分結(jié)合，自下而上凝固，最后將凝固部分向下拉拔，形成連續(xù)鑄造外層。

2.3 電渣重熔法

電渣重熔法的主要技術(shù)特點是：將同心水冷鑄模放置于作為芯部材料的圓柱狀高強度合金鋼周邊位置，同時由高速鋼或半高速鋼制備形成自耗電極，將其放置于鑄模與鍛鋼的中間位置。在自耗電極完全融化后，可發(fā)揮外層材料的功能，對該空間進行充分填充。

2.4 液態(tài)金屬電渣溶解法

液態(tài)金屬電渣溶解法的主要技術(shù)特點是：將作為高速鋼復合輥芯部的芯軸插入結(jié)晶器中，并與其同軸。軸的外表面和結(jié)晶器的內(nèi)表面的間隙決定復合輥外層厚度。然后將在另外的熔化裝置中熔化的渣液澆入結(jié)晶器和芯軸的間隙中，渣液形成渣池，它的熱量將芯軸表面預(yù)熱。然后再澆入外層高速鋼水，可連續(xù)澆入，也可按預(yù)先設(shè)定的程序澆入。鋼水將熔渣上浮，同時在通過渣池時被渣精煉。鋼液與已經(jīng)預(yù)熱的芯軸表面熔合，并因結(jié)晶器的冷卻而凝固，形成復合層。借助移動裝置不斷由結(jié)晶器中拉出已經(jīng)凝固的部分，同時上部鋼水不斷注入，直至達到預(yù)定的復合輥長度為止。

3 高速鋼軋輥工藝改進分析

3.1 熱處理中輥芯強度下降問題的改進

為了能夠使高速鋼軋輥外層材料的耐磨性能得到有效提升與改善，關(guān)鍵在于提高高速鋼軋輥制造過程中的淬火溫度。在現(xiàn)階段的技術(shù)條件下，對于復合高速鋼軋輥而言，其輥芯材料主要選為高強度合金球墨球鐵。受到材料的限制性因素影響，若高速鋼軋輥的淬火溫度選擇在1250℃以上，則輥芯組織顯著粗大，甚至出現(xiàn)局部熔化現(xiàn)象，使輥芯強度顯著降低，軋輥使用中易出現(xiàn)斷輥現(xiàn)象，影響軋機設(shè)備的正常運行。國外已開發(fā)成功了高速鋼軋輥的亞溫熱處理工藝，但未對工藝作詳細報道。我們應(yīng)立足于國內(nèi)，盡快開發(fā)高速鋼軋輥的熱處理工藝，新工藝應(yīng)該在取消高溫淬火，保證輥芯具有高強度的前提下，簡便易行，能耗低，污染少。表面感應(yīng)淬火工藝具有操作方便，對輥芯強度影響小等特點，在鑄造高速鋼復合軋輥中應(yīng)用將是可行的。為保證淬硬層深度，建議采用雙感應(yīng)器應(yīng)淬火工藝。

3.2 輥芯與外層結(jié)合強度問題的改進

在采取傳統(tǒng)離心方式制造復合高速鋼軋輥的過程當中，大多選擇球鐵作為高速鋼軋輥的輥芯材料，其往往具有析出石墨的特點。由于外層材料高速鋼當中含有一定的特殊元素，此類元素可能造成鑄鐵出現(xiàn)白口化的問題，因此，在外層與高速鋼軋輥輥芯發(fā)生直接接觸的部位，石墨化惡化問題非常嚴重，在碳化物持續(xù)析出的情況之下，結(jié)合部位的脆性水平明顯提升，可能導致復合高速鋼軋輥外層在使用過程中發(fā)生剝落。除此以外，在使用鑄鋼作為高速鋼軋輥輥芯材料的條件下，由于其具有較高的速度以及延伸率特點，決定了其熔點較高速鋼更高，在澆注環(huán)節(jié)中容易與已經(jīng)凝固的外層高速鋼內(nèi)表面發(fā)生融合反應(yīng)，導致鑄造缺陷的產(chǎn)生，影響結(jié)合部的強度。針對此問題，在高速鋼軋輥的制造工藝實施過程中，可以在輥芯材料與高速鋼材料之間增加中間層（優(yōu)先選擇石墨鋼作為中間層），改善輥芯界面與高速鋼界面的結(jié)合狀態(tài)，并達到提高復合高速鋼軋輥結(jié)合強度的目的。

3.3 鑄造裂紋問題的改進

結(jié)合相關(guān)的實踐工作經(jīng)驗來看，在對高速鋼軋輥進行鑄造的過程中，由于合金元素的含量較大且類型較多，因此可能對高速鋼的導熱性產(chǎn)生影響，在鑄造冷卻的過程中發(fā)生不均勻的問題，并在一定程度上增加了高速鋼軋輥的殘余應(yīng)力水平。除此以外，合金元素在高速鋼軋輥凝固過程當中容易發(fā)生偏析的問題，高速鋼材料中相變的不同時性更加明顯，相變應(yīng)力有明顯提升趨勢。以上因素影響下，導致高速鋼軋輥制造期間出現(xiàn)較為明顯的裂紋傾向。為了避免裂紋的形成對高速鋼軋輥的整體性能產(chǎn)生不良影響，就需要在制造工藝中對鋼液進行及時的變質(zhì)處理，例如，可以選擇隔熱層與耐火層相結(jié)合的雙層涂料，也可在澆注中對離心機的轉(zhuǎn)數(shù)進行合理調(diào)節(jié)，從而盡量減輕并消除高速鋼軋輥的鑄造裂紋。

4 結(jié)束語

為了適應(yīng)現(xiàn)代化軋機以及生產(chǎn)高質(zhì)量鋼材對軋鋼工藝方面提出的嚴格要求，國內(nèi)外的冶金工作者都將高速鋼軋輥工藝技術(shù)的研制與改進作為了最主要的工作內(nèi)容之一。文章即從這一角度入手，分析了高速鋼軋輥的主要優(yōu)勢，對當前高速鋼軋輥的主要制造工藝方案進行了研究，最后就在制造過程中發(fā)現(xiàn)的問題以及工藝改進的主要手段加以了說明，望引起重視。

參考文獻

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