冷軋輥材質(zhì)及制造技術(shù)發(fā)展趨勢

孫滿臣 吉建旭 韓維國 楊 威 劉建軍

(1.軋輥復(fù)合材料國家重點實驗室，河北054025；2.中鋼集團邢臺機械軋輥有限公司，河北054025；3.邢臺軋輥小冷輥有限責任公司，河北054025)

冷軋輥發(fā)展是在冷軋行業(yè)的拉動和軋輥制造相關(guān)技術(shù)的推動下前進的。從冷軋行業(yè)的需求來看，對增強耐磨性、粗糙度保持性能、抗事故性能以及均勻性等指標的要求越來越高，目的是為了實現(xiàn)自由軋制，軋制高檔次板材，降低軋輥輥耗等，在這些要求的拉動下，軋輥制造企業(yè)也在不斷努力來改進和創(chuàng)新軋輥制造技術(shù)，主要表現(xiàn)在材質(zhì)升級及制造技術(shù)兩個方面。

1 冷軋輥材質(zhì)發(fā)展趨勢

1.1 普通Cr2、Cr3、Cr5材質(zhì)冷軋輥

二十世紀五六十年代，軋材多為碳素結(jié)構(gòu)鋼，強度和硬度都不高，這一時期應(yīng)用研究最為廣泛的是Cr2材質(zhì)鍛鋼冷軋輥；七八十年代，軋材合金化程度提高，高強度低合金結(jié)構(gòu)鋼所占比例增大，這一時期應(yīng)用最廣泛的是含Cr量2%～3%的Cr-Mo鋼和Cr-Mo-V鋼，軋輥的強度和硬度明顯提高；但是隨著軋鋼工業(yè)的飛速發(fā)展對冷軋板的表面質(zhì)量提出更高的要求，國內(nèi)在九十年代研制出Cr5型Cr-Ni-Mo-V深淬硬層鍛鋼冷軋輥，并在此基礎(chǔ)上通過調(diào)整合金元素，利用V、Nb、Ti等元素變質(zhì)處理等方法，研制出抗輥印軋輥、高粗糙度保持能力軋輥等具備不同使用性能的系列化產(chǎn)品。軋輥的有效工作層也由最初的10 mm～20 mm逐步增加到30 mm、40 mm、甚至50 mm。

1.2 鍛造半高速鋼、高速鋼材質(zhì)冷軋輥

目前國內(nèi)冷軋生產(chǎn)線有300多條，產(chǎn)能近1.2億噸，但冷軋市場普遍低迷，利潤空間不斷被壓縮，促使各鋼鐵企業(yè)不得不向軋制高端板材方向升級轉(zhuǎn)變。高端板材向高精度、高強度、超薄規(guī)格方向發(fā)展，使得冷軋軋制技術(shù)不斷提高，而作為鋼板軋制的主要部件，冷軋輥的制作質(zhì)量和使用性能對冷軋板的質(zhì)量影響較大。目前Cr5系列主流冷軋輥材質(zhì)在軋制高端板材時暴露出耐磨性、抗事故性能不足等問題，影響冷軋機生產(chǎn)效率發(fā)揮和產(chǎn)品質(zhì)量提高，急需進一步提高軋輥性能以適應(yīng)軋機的需要。

鍛造半高速鋼冷軋輥是在Cr5冷軋輥材質(zhì)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，提高了各種合金元素的含量，碳化物數(shù)量也相應(yīng)增加，從而提高軋輥的耐磨性達到兩倍。并且軋輥淬火采用高溫回火，大大提高了軋輥的抗事故性。

鍛造高速鋼冷軋輥是近年來國內(nèi)外研究開發(fā)的熱點，高速鋼軋輥材料中含有大量的碳化物形成元素鉻、鉬、釩、鎢，能夠形成大的MC、Mo2C型碳化物，大大提高了冷軋輥的強度、耐磨性、粗糙度保持性，其使用性能明顯優(yōu)于普通Cr5型材質(zhì)冷軋輥。

鍛造高速鋼冷軋輥基于材質(zhì)本身的固有特性，具有較高的輥身硬度、高耐磨性和適當?shù)捻g性；同時，由于高速鋼具有二次硬化特性，有很好的抗回火性能。高速鋼軋輥表面粗糙度保持能力、抗劃傷能力、板型控制能力、抗事故能力明顯提高，可以取代鍍鉻軋輥，特別是在軋制高等級汽車板、高強鋼及硅鋼方面，降低軋輥消耗60%，提高軋制帶材產(chǎn)品的板面質(zhì)量，并提高軋制效率，成為高端板材軋制的優(yōu)選方案。

1.3 小結(jié)

鍛鋼冷軋輥合金成分不斷增加，Cr2、Cr3、Cr5、鍛造半高速鋼、高速鋼等高合金鋼和合金化冷軋輥材質(zhì)在冷軋輥上的應(yīng)用是一個趨勢。目前，Cr5材質(zhì)冷軋輥仍會是如今乃至未來幾年內(nèi)現(xiàn)代化板材冷軋機的主導(dǎo)軋輥材質(zhì)，而具有不同使用特性的改進型Cr5材質(zhì)冷軋輥的應(yīng)用比例將不斷擴大，以適應(yīng)不同軋制條件的需要。

可見，冷軋輥材料的發(fā)展方向是不斷優(yōu)化Cr5系列化，以改善冷軋輥碳化物基體的組織性能，提高其使用性能，同時發(fā)展具有更高綜合性能的半高速鋼、高速鋼作為冷軋輥材料，確保冷軋輥能適應(yīng)新型軋機和軋制技術(shù)發(fā)展的需要。

2 冷軋輥制造技術(shù)發(fā)展趨勢

2.1 常規(guī)冷軋輥最優(yōu)成本制造技術(shù)

為了滿足鍛鋼冷軋輥各項性能指標的要求，普遍采用爐外精煉+重熔鋼+加熱鍛造+鍛后熱處理+預(yù)備熱處理+最終熱處理，可見冷軋輥生產(chǎn)工藝流程長，制造工藝復(fù)雜，制造成本很高。

通過冷軋輥制造技術(shù)的不斷研究與應(yīng)用，目前冷軋輥在出材率、凈毛比及制造工藝等方面進行優(yōu)化，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了冷軋輥的最優(yōu)成本制造，以適應(yīng)銷售價格持續(xù)下滑的局面。

2.2 鍛造高速鋼冷軋輥制造技術(shù)

對于鍛造高速鋼軋輥的生產(chǎn)，國外僅有阿克斯公司號稱具有鍛造高速鋼生產(chǎn)技術(shù)，由于鍛造高速鋼冷軋輥的制造技術(shù)難度及使用技術(shù)原因，高速鋼軋輥的國產(chǎn)化進程比較緩慢。

目前國內(nèi)我公司通過自主研發(fā)成功實現(xiàn)了鍛造高速鋼的國產(chǎn)化，在高速鋼材質(zhì)的冶煉、精煉以及鑄錠工藝研究形成了專有核心技術(shù)。在多年鍛鋼軋輥生產(chǎn)制造技術(shù)研究基礎(chǔ)上，在鍛造變形內(nèi)裂控制技術(shù)、鍛造熱處理模擬仿真技術(shù)、電渣重熔渣系工藝技術(shù)、粗糙度磨削技術(shù)等方面進行系統(tǒng)攻關(guān)研究，形成集高速鋼軋輥的材質(zhì)研究、性能模擬、成型工藝、使用研究為一體的高速鋼軋輥制造技術(shù)。成功開發(fā)出的我國自主知識產(chǎn)權(quán)的鍛造高速鋼軋輥能滿足不同客戶對高端板材軋制需求。對于促進國內(nèi)軋輥行業(yè)整體技術(shù)進步，滿足大型鋼鐵企業(yè)軋制高品質(zhì)冷軋板材，具有重要意義。

2.3 冷軋輥復(fù)合制造技術(shù)

為了實現(xiàn)自由軋制，軋輥制造廠家一直致力于軋輥材質(zhì)及制造工藝方面尋求創(chuàng)新與突破，鍛造半高速鋼、高速鋼冷軋輥的研制成功很好地解決了免鍍鉻這一難題，但整體大型鍛造高速鋼的制造難度大，生產(chǎn)成本高，為解決這一問題，軋輥成形技術(shù)由整體向復(fù)合發(fā)展，開發(fā)各式各樣的復(fù)合成型技術(shù)都體現(xiàn)了力求滿足軋輥工作層和輥頸對材料性能的不同要求、力求達到最好的質(zhì)量和最佳的成本的技術(shù)思想。

目前國際上日本日立協(xié)和公司擁有鍛造旋轉(zhuǎn)電渣重熔復(fù)合軋輥制造技術(shù)，其主要用于冷軋輥；新日鐵等公司具有CPC復(fù)合軋輥制造技術(shù)，主要用于熱軋輥；歐洲軋輥企業(yè)也曾進行過電渣復(fù)合方面的研究，但是對于電渣復(fù)合軋輥制造技術(shù)及使用方面資料介紹很少；烏克蘭曾進行過電渣液態(tài)澆注法(ESSLM)制備復(fù)合軋輥的理論研究和試驗。

我公司依托“國家軋輥復(fù)合材料重點實驗室、國家軋輥技術(shù)中心、國家軋輥研究所”—3C(Country國家)科研平臺與院校合作，在軋輥復(fù)合制造技術(shù)方面也正在開展“產(chǎn)、學(xué)、研、用”一體化的項目研究。

多種冶金復(fù)合軋輥的制造技術(shù)，用于生產(chǎn)半高速鋼、高速鋼等冷軋輥，替代整體鍛鋼軋輥，可充分體現(xiàn)技術(shù)、性能和成本優(yōu)勢，是冷軋輥制造技術(shù)的主要發(fā)展方向。

2.4 精煉冷軋輥制造技術(shù)

鍛鋼冷軋輥是一類技術(shù)含量高，生產(chǎn)工藝流程長，制造工藝復(fù)雜的高技術(shù)含量的產(chǎn)品。尤其是目前普遍采用電渣重熔技術(shù)制造鍛鋼冷軋輥，導(dǎo)致冷軋輥坯的制造成本很高，雖然國內(nèi)外的一些冷軋輥制造廠家也曾嘗試過采用精煉鋼制造鍛鋼冷軋輥，但都沒有能夠起到替代電渣鋼冷軋輥的作用。

據(jù)《鍛鋼冷軋輥輥坯制造技術(shù)》介紹寶鋼特鋼對精煉冷軋輥與電渣重熔冷軋輥的性能進行了全面對比，Cr3及以下精煉冷軋輥的無損檢測合格率可達到90%且相對穩(wěn)定，低倍組織、珠光體球化組織、碳化物及力學(xué)性能等檢測結(jié)果與電渣鋼水平相當，但Cr5精煉冷軋輥無損檢測合格率較低且不穩(wěn)定，尤其是精煉冷軋輥的表面波無損檢測問題是制約其發(fā)展的主要因素。因此還需通過爐外精煉新工藝的發(fā)展，繼續(xù)提高鋼水的精煉水平。

2.5 冷軋輥再制造技術(shù)

由于冷軋輥輥坯的生產(chǎn)需要冶煉、精煉、電渣重熔、鍛造等多臺套設(shè)備來完成，必須有資金和技術(shù)的多重投入和支持，因此國內(nèi)冷軋輥生產(chǎn)廠家多是以熱處理和加工為主，僅有極少數(shù)廠家有完整的冷軋輥生產(chǎn)線，其它冷軋輥制造廠家均是從鍛造廠家采購輥坯或外購廢輥改制。

由于輥坯專業(yè)制造廠家匱乏，包括某些較知名的冷軋輥廠家，沒有固定的輥坯供貨單位，造成采購困難且供貨不及時，同時加上廢輥回收價格較低，于是采用再制造方法為客戶提供改制軋輥，造成冷軋輥市場價格激烈無序競爭，質(zhì)量參差不齊，直接影響冷軋輥行業(yè)的健康發(fā)展。

經(jīng)過對不同類型軋機再制造輥與常規(guī)輥上機實軋效果對比，毫米軋制量再制造輥較常規(guī)輥降低15%以上，尤其對于事故較多的單機架軋機，再制造輥的事故消耗要高于常規(guī)輥35%以上，常規(guī)輥使用優(yōu)勢更加明顯。

軋輥消耗在軋鋼過程中所占成本比例不到百分之一，而正是這不到百分之一的成本，可能會對冷軋板帶材質(zhì)量起到?jīng)Q定性作用。鋼廠冷軋帶鋼質(zhì)量的穩(wěn)定和生產(chǎn)效率的提高所帶來的經(jīng)濟效益，要大于采購優(yōu)質(zhì)軋輥所帶來制造成本微增(有可能不增)。

2.6 小結(jié)

隨著冷軋行業(yè)向高端板材發(fā)展和冷軋輥行業(yè)銷售價格持續(xù)下滑的雙重影響，冷軋輥制造技術(shù)正向著高端制造和最優(yōu)成本制造兩個方向發(fā)展，其中高速鋼冷軋輥的成功研制匯聚了多項高端制造技術(shù)的集成；同時最優(yōu)成本制造已成為軋輥企業(yè)賴以生存的必備基礎(chǔ)，因此新流程、新技術(shù)、新工藝在冷軋輥制造上的應(yīng)用將是今后的主要發(fā)展趨勢。