離心復(fù)合高鉻鋼軋輥的研究與實踐

張 偉，高玉章

（唐山鋼鐵集團重機裝備有限公司，河北 唐山 063000）

離心復(fù)合高鉻鋼軋輥是在1978年法國CK軋輥制造廠首先研制成功，這種軋輥材質(zhì)以其優(yōu)良的抗熱裂性能和高的耐磨性能，在熱軋帶鋼連軋機粗軋機架使用并且用量逐年增加。1992年，我國寶鋼開始試用法國公司CK公司和比利時MKT廠制造的高鉻鋼軋輥，用于熱軋帶鋼連軋機R2粗軋機架。而后，武鋼、鞍鋼、包鋼、等國內(nèi)的一批大型鋼鐵公司開始在熱軋帶鋼連軋機粗軋機架（R2-4）推廣和應(yīng)用離心復(fù)合高鉻鋼工作輥，高鉻鋼離心復(fù)合粗軋工作輥取得良好軋制效果的事實，引起了國內(nèi)冶金軋機制造企業(yè)的極大關(guān)注，目前，國內(nèi)已經(jīng)可以批量生產(chǎn)規(guī)格繁多的高鉻鋼粗軋輥，不僅滿足國內(nèi)熱軋寬帶鋼連軋機生產(chǎn)的需要，而且開始出口國外，因此，離心復(fù)合高鉻鋼軋輥具有廣闊的市場前景，解決好高鉻鋼軋輥在生產(chǎn)過程中的缺陷、提高品質(zhì)對于贏得市場提升企業(yè)競爭力具有重要意義[1]。

1 材質(zhì)的特性

離心復(fù)合高鉻鋼軋輥的工作層含C 0.8%～1.8%、Cr 8%～14%，以及Mo、Ni 等合金元素，芯部為高強度合金球墨鑄鐵。高鉻鋼材質(zhì)中的碳、鉻含量較高鉻鐵大大減小，碳化物含量相對較小，約5%～10%，熱導(dǎo)率高于高鉻鑄鐵，因此對冷卻水條件不像高鉻鐵軋輥那樣要求苛刻，同時由于碳和碳化物含量少，輥面摩擦系數(shù)高，咬入性能良好；高鉻鋼材質(zhì)的耐磨性不是單純的依靠碳化物的數(shù)量，主要是依靠基體組織的特性，輥身基體組織中富鉻，軋制中形成氧化膜致密而不易破碎和剝落，經(jīng)熱處理后，輥面硬度達到70-85HSD，軋輥工作層的耐磨性，抗壓痕能力進一步增強，改善了板形。

2 存在的問題

2.1 結(jié)合層缺陷

高鉻鋼離心復(fù)合軋輥，芯部材料是有石墨析出的球墨鑄鐵，當(dāng)工作層材質(zhì)為高鉻鋼時，由于含有大量促進口傾向元素，因而使工作層與芯部結(jié)合部位石墨惡化，再加工碳化物的偏析使結(jié)合層變脆，造成復(fù)合輥外層結(jié)合不良或剝落。

2.2 輥頸強度不足

在生產(chǎn)過程中，影響軋輥輥頸強度主要有以下三個方面；

（1）芯部材料球墨鑄鐵的正常澆注溫度一般為1340℃～1360℃，在這個澆注溫度下，鐵水的球化和孕育效果是最佳，但由于工作層高鉻鋼的液相線溫度較高，如果芯部鐵水按常規(guī)溫度澆注，則不能與軋輥工作層熔合成一體，因此 ，不得不提高芯部鐵水的澆注溫度，但同時也加速了芯部鐵水球化孕育衰退速度，不利于輥頸強度的提高[2]。

（2）由于工作層材質(zhì)含有較多的Cr、Mo、V等強烈的碳化物形成元素，這些元素擴散到軋輥芯部鐵水中，形成網(wǎng)狀碳化物，對軋輥芯部基體組織起著割裂作用，削弱了軋輥輥頸強度。

（3）為消除高鉻鋼組織中容易出現(xiàn)粗大的原始網(wǎng)狀碳化物，對高鉻鋼軋輥需要進行高溫?zé)崽幚?，通常最高溫度不低?050℃，在熱處理過程中，軋輥輥頸由于同樣受高溫的影響，使組織中的球狀石墨毛化，鐵素體增多，削弱的輥頸強度[3]。

3 措施

3.1 采用三次澆注二次復(fù)合技術(shù)

三次澆注二次復(fù)合是在引入中間層材質(zhì)作為工作層和芯部的過渡層，即先在離心機上澆注軋輥高鉻鋼工作層材質(zhì)，當(dāng)工作層的金屬液體即將完全凝固時，澆注引入的中間層材質(zhì)，使中間層材質(zhì)與工作層材質(zhì)之間完全熔合，當(dāng)中間層材質(zhì)與工作層材質(zhì)完全凝固后，將其與軋輥的底箱和冒口分別組合，再澆注軋輥芯部鐵水。鑄造工藝結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 軋輥鑄造工藝結(jié)構(gòu)圖

軋輥中間層材質(zhì)的設(shè)計，由于軋輥工作層高鉻鋼含有大量的碳化物形成元素，為了防止中間層與工作層在過渡區(qū)碳化物含量太多，而剝?nèi)趿私Y(jié)合層強度，因此在中間層材質(zhì)設(shè)計的選取相對較低的碳，并且應(yīng)嚴(yán)格控制較低的碳化物形成元素，且物理性能介于高鉻鋼與球墨鑄鐵之間，如終中間層設(shè)計為半鋼材質(zhì)，成份設(shè)計如表1所示，與常規(guī)半鋼相比，具有較高的硅含量，要中間層澆注前，對鋼水進行球化處理，以減少碳化物的生成。

表1 高鉻鋼中間層成份（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

中間層的引入有效阻礙工作層碳化物形成元素向芯部鐵水?dāng)U散，同時也避免了工作層與芯部結(jié)合部位碳化物層的形成。

3.2 采用差溫?zé)崽幚砉に?/h3>

與常規(guī)體整體熱處理方式相比，差溫?zé)崽幚硇枰_式電阻爐與差溫爐相互配合使用，先將軋輥在電阻爐內(nèi)整體加熱到一定溫度，再將軋輥轉(zhuǎn)到差溫爐內(nèi)，只軋輥的工作層繼續(xù)加熱到淬火溫度，保溫足一定時間出爐，經(jīng)過冷卻和回火處理的過程。具體實施過程有如下幾個階段：

（1） 軋輥預(yù)熱處理：先將軋輥輥頸用石棉氈包裹，再將軋輥放置在電阻爐內(nèi)，8℃/h～15℃/h加熱速度加熱到750℃～860℃，保溫時間視軋輥直徑而定。主要作用是為差溫?zé)崽幚碜鰷?zhǔn)備，降低軋輥橫截面內(nèi)外溫差，避免在差溫爐加熱過程中由于加熱速度太快使軋輥出現(xiàn)裂紋或斷裂。

（2）軋輥差溫?zé)崽幚恚簩⒄w預(yù)熱后的軋輥快速取出裝入燃?xì)馐讲顪貭t，對軋輥工作層進行快速加熱，加熱速度一般為240℃/h～300℃/h，當(dāng)加熱到1050℃～1060℃，保溫時間一段時間。使工作層組織全部轉(zhuǎn)為奧氏體，大部分一次碳化物溶解在基體組織中，而軋輥內(nèi)部及輥頸還處于較低的溫度。

（3）霧冷淬火：軋輥在差溫爐內(nèi)保溫結(jié)束后，將軋輥吊到噴淬機上對工作層進行噴霧冷卻至550℃～600℃時，停止噴霧，然后變?yōu)榇碉L(fēng)冷卻、當(dāng)工作層溫度為380℃～450℃時轉(zhuǎn)入電阻爐進行回火處理。

（4）回火：回火溫度以輥身硬度具體要求而定，一般在500℃～550℃，消除淬火時形成的熱應(yīng)力及相變應(yīng)力穩(wěn)定淬火組織，使工作層組織轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體+15%～20%碳化物。

4 效果

（1）離心復(fù)合高鉻鋼軋輥經(jīng)探傷檢驗無結(jié)合不良的情況，結(jié)合層抗拉強度達到350MPa以上，有效避免了離心層結(jié)合不良或剝落的情況。

（2）通過差溫?zé)崽幚?、引入中間層手段，使高鉻鋼軋輥輥頸抗拉強度得到大幅度提升，避免軋輥在使用過程中輥頸由于強度不足造成的斷裂。