窄帶鋼精軋立輥材質(zhì)優(yōu)化的研究與應(yīng)用

韓迎雪

（山東鋼鐵萊蕪分公司板帶廠， 山東 萊蕪 271104）

1 工藝設(shè)備條件分析

立輥（FE1）安裝在山東鋼鐵萊蕪分公司（以下簡稱萊鋼）620帶鋼生產(chǎn)線上，傳動方式為臥式電機下傳動。位于精軋區(qū)F1四輥軋機機列前，主要用來調(diào)寬、齊邊并輔助四輥精軋平輥咬入，并與整個精軋區(qū)軋機聯(lián)成一體實現(xiàn)連續(xù)軋制。對粗軋區(qū)的中間坯進行側(cè)邊軋制，來控制中間坯寬度尺寸和形狀。

窄帶鋼車間FE1立輥，接觸的中間坯溫度范圍為950～1 000℃，側(cè)壓量范圍：8～12 mm。工作條件及環(huán)境惡劣，有一定的壓下量，輥身磨損較重，因而材質(zhì)選用時不僅要考慮其抗熱裂性問題，還要考慮其輥頸強度和耐磨性。原始設(shè)計采用的材質(zhì)為70Mn材質(zhì)的合金鑄鋼軋輥，其化學(xué)成分為：w（C）=0.7%～0.8%；w（Si）=0.3%～0.5%；w（Mn）=0.9%～1.1%；w（Cr）=0.75%～1.00%；w（Ni）=0.2%～0.3%；w（Mo）=0.20%～0.45%；w（P）≤0.035%；w（S）≤0.03%，輥身硬度在40～45 HSD。

立輥工作輥徑范圍450～550 mm，堆焊次數(shù)2次，焊層厚度控制在20～30 mm之間；焊后硬度（HSD）控制在50～55。焊層無氣孔、砂眼、夾雜、裂紋等影響使用的缺陷；正常使用條件下，堆焊立輥不得產(chǎn)生斷裂和剝落。

2 現(xiàn)狀及存在問題分析

近幾年，為了適應(yīng)市場要求，窄帶鋼車間不斷進行設(shè)備改造與工藝優(yōu)化，原料規(guī)格材質(zhì)范圍擴大，粗軋機組軋機增加，導(dǎo)致中間坯的規(guī)格、溫度及應(yīng)力變化范圍也相應(yīng)擴大。精軋機組冷卻水系統(tǒng)改進后，立輥后續(xù)的精軋F1軋機冷卻水量增大，對立輥的影響加劇。FE1立輥磨損加重，輥身熱裂紋出現(xiàn)頻繁，耐磨性差，換輥周期短，換輥量比原設(shè)計減少了10 000 t，單次車削量增加了6 mm/支，每個月軋輥消耗量約為原來的3倍。堆焊后由于交變應(yīng)力增大，原有的堆焊技術(shù)無法適應(yīng)現(xiàn)在的軋制條件，導(dǎo)致焊層出現(xiàn)掉肉、剝落，使用壽命大幅縮短，立輥整體消耗成本增大。因此，原設(shè)計使用的70Mn合金鑄鋼材質(zhì)已經(jīng)無法適應(yīng)現(xiàn)在的軋制條件。

2.1 帶狀裂紋

軋輥帶狀裂紋體現(xiàn)在與鋼帶寬度基本相對應(yīng)的立輥與熱軋鋼帶接觸面上。這種裂紋通常是不規(guī)則形狀，類似網(wǎng)狀裂紋，比網(wǎng)狀熱裂紋網(wǎng)眼略大，見圖1。

圖1 帶狀裂紋

這主要是軋輥在使用中的熱應(yīng)力反復(fù)作用，超過軋輥材料的屈服強度，加上軋輥表面又在冷卻水作用下迅速激冷，熱軋帶材與立輥接觸區(qū)域上軋輥表面就會產(chǎn)生裂紋，該裂紋深度一般為3～5 mm。

2.2 梯形裂紋

在輥身的一個環(huán)狀帶內(nèi)，出現(xiàn)多條縱向的裂紋，其裂紋特點是沿輥面母線方向平行發(fā)展擴散，見下頁圖2。

此類型裂紋起源于軋輥冷卻水不足、冷卻噴嘴被堵等。由于強大的熱量滲透到輥身，熱應(yīng)力作用超過軋輥材料的屈服強度造成裂紋。

圖2 梯形裂紋

2.3 局部裂紋

此類裂紋起源于機械應(yīng)力和熱應(yīng)力相結(jié)合共同作用于軋輥表面局部部位，當機械應(yīng)力和熱應(yīng)力超過輥身材料的屈服強度時形成，隨后的冷卻加劇了裂紋發(fā)展。諸如沖擊碰痕、帶鋼黏結(jié)、帶鋼邊或尾部起皺（重疊折皺、堆鋼）等軋機事故都可能引起這種損壞。

在輥身局部區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)裂紋，有時還伴有局部壓痕甚至局部剝落現(xiàn)象發(fā)生，見圖3。

圖3 局部塌陷

3 立輥材質(zhì)優(yōu)化分析

因為板材側(cè)邊對于連軋小立輥做連續(xù)切割摩擦，對軋輥形成鋸切磨損，因此對于耐磨性的要求需要放在首位；其次，小立輥工作環(huán)境惡劣，安裝空間狹窄，冷卻條件改進難度大，冷卻非常不均勻，因此對于軋輥抗熱裂和抗事故能力要求較高。針對目前常用的半鋼、高鉻鋼、高鉻鐵、高速鋼和合金鑄鐵軋輥，分別進行了實驗軋制，其化學(xué)成分及性能見表1和表2。

表1 不同材質(zhì)立輥的化學(xué)成分

表2 軋輥性能

經(jīng)過對比，萊鋼決定采用具有價格優(yōu)勢的合金鑄鐵材質(zhì)，其化學(xué)成分為：w（C）=3.0%～3.6%；w（Si）=1.0%～2.4%；w（Mn）=0.5%～1.0%；w（Cr）=0.2%～1.0%；w（Ni）=1.0%～3.5%；w（Mo）=0.2%～0.8%；w（P）≤0.06%；w（S）≤0.02%，輥身硬度在 50～60 HSD。離心澆鑄方法生產(chǎn)，多次大劑量孕育，基體組織以回火索氏體為主，碳化物含量較少[1]。特點是強度和韌性高，抗熱裂和抗事故能力強。

4 立輥材質(zhì)優(yōu)化應(yīng)用效果

立輥改用合金鑄鐵材質(zhì)后，輥面耐磨性和抗事故性大大提高，單次車削量僅為原材質(zhì)立輥的三分之一，使用時間卻是原來的一倍多，提高了軋機作業(yè)率，降低了非計劃換輥的頻率。同時也減少了立輥的成本投入，原來鑄鋼材質(zhì)的立輥每支比現(xiàn)在的鑄鐵軋輥要高近4 000元，還要加上每年10支左右的堆焊成本。雖然現(xiàn)在的鑄鐵軋輥每年的總消耗支數(shù)略高于原材質(zhì)立輥，但是整體成本卻是減少的，再加上輥面缺陷的減少，進一步提高了產(chǎn)品寬度控制精度，為車間創(chuàng)造了有效的經(jīng)濟效益和市場效益。

5 結(jié)論

1）對造成窄帶鋼連軋小立輥磨損嚴重，故障多的缺陷進行分析，找出了原有軋輥材質(zhì)存在的問題。

2）針對原有的軋輥材質(zhì)存在的問題提出了具體的解決方案。

3）通過現(xiàn)場的實際應(yīng)用，驗證了新的軋輥材質(zhì)的合理性，降低了軋輥消耗，更好地滿足了生產(chǎn)的需要。