Cr8合金鑄鋼支撐輥的研制

孫衍國，張向海，劉玉愛

（山東廣富集團有限公司，山東 濱州256217）

1 前 言

山東廣富集團有限公司原帶鋼支撐輥工作層材質(zhì)為Cr4 合金鑄鋼，過渡層和輥芯材質(zhì)為QT450球墨鑄鐵，輥身硬度在60～65 HSD，耐磨性較差，平均每天需更換1次，嚴重影響生產(chǎn)效率。為滿足支撐輥日益提高的使用要求，工作層需采用疲勞強度更高、耐磨損性能更強的材質(zhì)，從而延長其使用壽命。提高支撐輥耐磨性最好采用含Cr較高的合金鑄鋼。目前國內(nèi)外板帶軋機支撐輥有鍛造、整體鑄造和整體全沖洗復(fù)合鑄造3 種生產(chǎn)方式，這3 種方式生產(chǎn)的支撐輥Cr含量均難以達到6%以上，提升支撐輥的耐磨性有限。經(jīng)過大量研究及試驗，決定通過工作層采用Cr8高合金鋼，中間過渡層及芯部采用高強度石墨鋼材料，利用可靠的離心復(fù)合鑄造方式來生產(chǎn)具有高耐磨性的合金鑄鋼支撐輥。

2 合金鑄鋼支撐輥生產(chǎn)工藝

2.1 技術(shù)工藝路線

工作層：5 t中頻爐→5 t鋼包→離心復(fù)合澆注。

過渡層：30 t 電弧爐→30 t LF 精煉→離心復(fù)合澆注。

芯部：30 t電弧爐→30 t LF精煉→靜態(tài)澆注。

2.2 成分設(shè)計

工作層由Cr4 合金鑄鋼改為Cr8 合金鑄鋼，過渡層和芯部材質(zhì)由QT450改為GS160石墨鋼，成分要求見表1。

表1 支撐輥化學成分 %

2.3 支撐輥結(jié)構(gòu)設(shè)計

工作層厚度60 mm，過渡層厚度10～15 mm，芯部直徑Φ345～350 mm，支撐輥如圖1所示。

圖1 離心復(fù)合支撐輥示意圖

2.4 關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)

工作層鋼水采用底部吹氬凈化，過渡層及芯部采用鋼包精煉，有效控制夾雜物及氣體含量。工作層鋼水澆注溫度為1 540～1 560 ℃；過渡層鋼水澆注溫度為1 460～1 480 ℃；芯部鋼水澆注溫度為1 480～1 500 ℃。

工作層、中間層離心時間。工作層離心時間根據(jù)工作層厚度和材質(zhì)凝固系數(shù)，用“平方根定律”進行估算，然后根據(jù)生產(chǎn)實踐加以修正，確定為8～10 min。外層澆注完畢開始計時，8～10 min后開始填充中間層，停機時間由連續(xù)式紅外測溫儀測量溫度，當內(nèi)層溫度降低到1 260～1 280 ℃時停機。

填芯間隔。填芯間隔是保證結(jié)合層熔合良好的重要因素，如果間隔過長、內(nèi)層降溫過低，將會導致中間層與芯部難以熔合或熔合不良。輥芯填充時間間隔控制在≤6 min。

支撐輥熱處理步驟。淬火采用差溫熱處理，即將支撐輥整體預(yù)熱到650 ℃，然后放入差溫爐內(nèi)，快速加熱（150～250 ℃/h）到980 ℃，保溫2 h。當輥身橫截面從表至里60 mm深度全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，而輥身橫截面其他部位仍處于臨界變形溫度以下時，將支撐輥吊至噴淬機上進行強烈水冷淬火。最后，經(jīng)過450～550 ℃回火，獲得隱針馬氏體組織。

3 結(jié)果分析

3.1 工作層組織

Cr8 合金在離心力的作用下結(jié)晶，外層組織晶粒度達到10 級以上，成品狀態(tài)下基體組織為隱針馬氏體＋貝氏體＋少量顆粒狀碳化物，隱針馬氏體與貝氏體的針葉長度≤2 um，如圖2所示。

圖2 工作層淬火回火后的組織1 000×

3.2 芯部組織

芯部采用高強度GS160 石墨鋼材料，其金相組織為珠光體＋網(wǎng)塊狀及細網(wǎng)狀碳化物，有少量小團狀石墨，石墨定量為0.55%～0.79%，如圖3、圖4 所示。

圖3 芯部石墨金相組織100×

圖4 芯部金相組織200×

3.3 輥頸區(qū)組織

輥頸區(qū)金相組織為珠光體＋顆粒狀及微細須狀的碳化物＋點滴狀石墨，碳化物定量為5.31%，如圖5、圖6所示。

圖5 輥頸區(qū)石墨金相組織100×

圖6 輥頸區(qū)金相組織100×

3.4 過渡層組織

支撐輥外層與芯部的過渡層區(qū)結(jié)合良好，未見未熔合、疏松、夾渣等密集型缺陷，如圖7所示。

圖7 過渡層區(qū)金相組織100×

3.5 支撐輥實測指標

支撐輥的力學性能、晶粒度等測試指標如表2所示，Cr8支撐輥的各項指標均得到大幅度提升。

表2 支撐輥各項測試指標

3.6 使用效果評價

經(jīng)過使用，Cr8 合金鑄鋼支撐輥的使用壽命是Cr4合金鑄鋼支撐輥的2倍，使用Cr4支撐輥每工作日換1次；使用Cr8支撐輥后每兩個工作日換1次，減少了換輥次數(shù)，增加了1 倍以上的過鋼量，有效提高了軋機作業(yè)率。

4 結(jié) 語

通過澆注溫度和離心時間來控制工作層與過渡層、過渡層與芯部的結(jié)合質(zhì)量，Cr8合金在離心力的作用下結(jié)晶，其外層組織晶粒細小、均勻，達到10級以上，有效解決了高合金材料在鍛造和整體靜態(tài)鑄造狀態(tài)下易出現(xiàn)的偏析和晶間裂紋問題。通過優(yōu)化熱處理工藝，控制淬火、回火溫度和時間，確保芯部強度，來提高軋輥抗折斷性能。由此制造的Cr8 合金鑄鋼支撐輥與常規(guī)支撐輥相比，具有更高的耐磨性和抗疲勞強度，同時離心復(fù)合鑄造工作層厚度可根據(jù)軋輥使用要求，通過調(diào)整鋼水澆注量控制，保證了軋輥使用要求。