棒材切分機(jī)用高速鋼軋輥的生產(chǎn)

孫衍國(guó)

（山東廣富集團(tuán)有限公司，山東濱州 256217）

0 前言

目前，國(guó)內(nèi)軋鋼企業(yè)棒材K3 切分機(jī)普遍使用針狀貝氏體球鐵軋輥，受其基體組織限制，貝氏體軋輥存在耐磨性差、切分崩刃現(xiàn)象，嚴(yán)重影響軋鋼效率。高速鋼軋輥具有良好的強(qiáng)韌性和耐磨性，因極低的磨損率和出色的軋鋼表面質(zhì)量深受軋鋼廠家的青睞，用高速鋼軋輥替代常用的貝氏體球鐵軋輥，可以解決貝氏體球鐵軋輥硬度低、耐磨性差的問(wèn)題。為提高棒材切分機(jī)用軋輥使用壽命，提高生產(chǎn)效率，公司決定采用高速鋼軋輥代替針狀貝氏體球鐵軋輥。常規(guī)高速鋼材料雖然耐磨性優(yōu)良，但抗事故能力比貝氏體球鐵軋輥差，K3 機(jī)架軋制過(guò)程中，切分刀刃時(shí)刻包裹在熾熱的鋼材中，冷卻水達(dá)不到切分刀刃的根部，這種狀況會(huì)引起高速鋼切分刀刃的崩裂，材料的耐磨性得不到充分的發(fā)揮，性價(jià)比得不到體現(xiàn)，有時(shí)甚至不如貝氏體球鐵軋輥。因此需要通過(guò)優(yōu)化高速鋼工藝，增強(qiáng)高速鋼軋輥的工作層硬度和韌性，提高抗熱疲勞性能，確保軋輥在整個(gè)工作層內(nèi)都具有極好的耐磨性和熱疲勞性。

1 生產(chǎn)工藝

1.1 技術(shù)路線

工作層：1t 中頻爐熔煉→離心澆注，見(jiàn)圖1、2。

圖1 工作層熔煉

圖2 工作層離心澆注

圖3 芯部熔煉

圖4 芯部靜態(tài)澆注

芯部：5t 中頻爐熔煉→靜態(tài)澆注，見(jiàn)圖3、4。

1.2 成分設(shè)計(jì)

常規(guī)高速鋼軋輥化學(xué)成分一般組成見(jiàn)表1。

表1 常規(guī)高速鋼軋輥化學(xué)成分 w/ %

該成分具有較高的W、Mo 含量，鎢當(dāng)量W+2Mo=8.5%～14.5%，表明該材料具有很高的紅硬性，在棒材K1 軋機(jī)上使用，單槽過(guò)鋼量達(dá)到貝氏體軋輥的三倍以上，顯示出超強(qiáng)的耐磨損性能。但隨著W、Mo 含量的增加，材料的導(dǎo)熱性能將顯著下降，會(huì)影響材料的熱疲勞性能，而棒材K3 軋機(jī)在軋制過(guò)程中，切分刀刃時(shí)刻包裹在熾熱的鋼材中，冷卻水沖不到刀尖和側(cè)部，這種狀況會(huì)引起高速鋼切分刀刃處金屬流動(dòng)結(jié)瘤或崩裂，導(dǎo)致切分鍥提前破壞，軋輥的耐磨性得不到充分的發(fā)揮，因此，適用于棒材軋機(jī)K3 機(jī)架軋輥化學(xué)成分需要重新設(shè)計(jì)。

Cr 是增加基體抗氧化和熱穩(wěn)定性的最主要元素，研究證實(shí)，當(dāng)馬氏體中溶有3.5%以上的Cr，會(huì)使材料的抗熱疲勞能力顯著提高，但Cr 的碳化物Cr7C3顯微硬度不如V、Mo 形成的VC、M2C 高，在成份設(shè)計(jì)中加入一定量的V、Mo、Nb 元素，增加耐磨質(zhì)點(diǎn)VC、M2C，使材料在優(yōu)異抗熱疲勞能力基礎(chǔ)上具有較強(qiáng)的耐磨損性能。

經(jīng)反復(fù)論證，將切分機(jī)用高速鋼軋輥成分設(shè)計(jì)見(jiàn)表3，提高Cr 含量，并加入稀土和氮、鈦等微量元素，細(xì)化凝固組織，減輕元素偏析，提高軋輥的力學(xué)性能、熱疲勞性能和耐磨性。

表2 不同合金共晶碳化物顯微維氏硬度數(shù)據(jù)（負(fù)荷10g）

表3 常規(guī)高速鋼軋輥化學(xué)成分w/%

1.3 主要技術(shù)措施

（1）優(yōu)化材料工作層凝固技術(shù)，減小元素偏析。鋼水進(jìn)入鑄型后，立即噴水冷卻鑄型，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控鑄型和型腔溫度，控制噴水強(qiáng)度，保證鑄型內(nèi)高速鋼鋼水的凝固冷卻速度控制在（18～32）℃/s，鋼水澆注完畢3～5min 后，用非接觸式測(cè)溫儀測(cè)量高鎢高速鋼外層內(nèi)表層溫度，當(dāng)溫度為1220～1280℃時(shí)，停止鑄型的噴水冷卻，離心機(jī)停轉(zhuǎn)，熱開(kāi)箱裝爐退火處理。

（2）采用Re-Ti-N 復(fù)合變質(zhì)劑變質(zhì)處理技術(shù)，控制奧氏體結(jié)晶晶粒度保持在8 級(jí)以上，保證高速鋼材料金相組織為：（5%～10%）MC+M6C+（8%～15%）Cr7C3+高硬度和適度韌性的隱晶馬氏體，確保碳化物呈顆粒狀、小型魚(yú)骨狀、菊花狀斷網(wǎng)分布。顆粒尺寸控制在10～40μm 左右，隱針馬氏體常溫顯微硬度HV550～700。

（3）控制高速鋼切分軋輥強(qiáng)韌化熱處理工藝。首先將高速鋼軋輥加熱至1030～1050℃，目的是使基體奧氏體化，有利于隨后冷卻過(guò)程中獲得高硬度的馬氏體組織。軋輥經(jīng)保溫后置于控冷裝置中，并使軋輥冷卻過(guò)程中以25～35rpm 的速度旋轉(zhuǎn)，有利于軋輥輥面冷卻均勻，對(duì)提高輥面硬度的均勻性有利。同時(shí)在軋輥輥頸表面涂敷隔熱材料，且輥頸置于控冷裝置以外，可確保輥頸冷卻緩慢，有利于提高輥頸強(qiáng)韌性，防止輥頸使用中出現(xiàn)斷裂事故。

軋輥在控冷裝置中，先噴霧冷卻5～15min，然后氣冷20～60min。噴霧冷卻速度快，有利于促進(jìn)奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變，提高軋輥淬硬層深度，但是噴霧冷卻時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，輥身內(nèi)應(yīng)力大，易萌生裂紋，因此，將噴霧冷卻時(shí)間控制在5～15min，然后降低冷卻速度，采用氣冷20～60min。最后空冷至輥面溫度低于300℃時(shí)入爐回火處理?；鼗鸬哪康氖菫榱朔€(wěn)定組織，消除應(yīng)力，確保軋輥使用安全可靠。

2 結(jié)果分析

2.1 工作層組織

通過(guò)Re-Ti-N 復(fù)合變質(zhì)劑變質(zhì)處理技術(shù),使高速鋼材料在≥80g 離心力的作用下結(jié)晶，外層組織晶粒度達(dá)到8 級(jí)以上，成品狀態(tài)下基體組織為隱針馬氏體+（5%～10%）MC+M6C+（8%～15%）Cr7C3碳化物，見(jiàn)圖6 所示。

圖5 高溫電阻爐加熱

圖6 工作層淬火回火后的組織

2.2 輥頸組織

輥頸采用高強(qiáng)度球墨鑄鐵材料，其金相組織為珠光體+5%左右滲碳體，見(jiàn)圖7 所示。

圖7 輥頸組織100×

2.3 軋輥實(shí)測(cè)指標(biāo)

軋輥的力學(xué)性能、晶粒度等測(cè)試指標(biāo)見(jiàn)表4。

表4 軋輥各項(xiàng)測(cè)試指標(biāo)

2.4 使用效果

通過(guò)使用，新生產(chǎn)的棒材K3 切分機(jī)用高速鋼軋輥壽命是原貝氏體軋輥的4 倍，以螺紋?12mm×4 切分為例，使用貝氏體切分輥每天換4 次槽，單組槽過(guò)鋼量800t 左右；使用高速鋼切分輥后每天換1 次槽，單槽過(guò)鋼量超過(guò)3500t，減少了換槽次數(shù)，提高了軋機(jī)作業(yè)率，產(chǎn)量每天提高300t 以上。

3 結(jié)論

（1）通過(guò)提高軋輥的Cr 含量和采用Re-Ti-N復(fù)合變質(zhì)劑處理技術(shù)，提高了軋輥工作層的抗氧化和熱穩(wěn)定性。

（2）通過(guò)優(yōu)化基體組織中VC、Mo2C 碳化物的形態(tài)、分布和數(shù)量，使軋輥工作層兼具高鉻鋼的抗熱裂性和高速鋼的耐磨性能，提升了軋輥使用壽命。

（3）研發(fā)的棒線材切分機(jī)用高速鋼軋輥經(jīng)用戶使用，表現(xiàn)出良好的強(qiáng)韌性和耐磨性，應(yīng)用效果良好。