熱軋板帶高鎳鉻無(wú)限冷硬軋輥的生產(chǎn)要點(diǎn)

李德洪，張澤利

（唐山鋼鐵集團(tuán)重機(jī)裝備有限公司，河北 唐山 063306）

前言

高鎳鉻鑄鐵是一種重要的耐磨材料，其硬度及強(qiáng)度都優(yōu)于普通白口鑄鐵，而且生產(chǎn)工藝選擇離心鑄造工藝。由于高鎳鉻鑄鐵具有良好的耐磨性、抗粘性、抗熱裂性和抗剝落性，高鎳鉻無(wú)限冷硬軋輥廣泛應(yīng)用于熱軋板帶鋼的連軋機(jī)工作輥，至目前止，國(guó)內(nèi)外幾乎所有熱軋帶鋼連軋機(jī)精軋后段工作輥，大量選用高鎳鉻無(wú)限冷硬復(fù)合鑄鐵軋輥。

1 生產(chǎn)工藝對(duì)高鎳鉻軋輥硬度的影響

軋輥是機(jī)械設(shè)備中的主要磨損件之一。如何提高軋輥的力學(xué)性能和使用壽命，以適應(yīng)軋鋼企業(yè)發(fā)展的需要是當(dāng)前的一個(gè)重要課題。提高軋輥的硬度、韌性和耐磨性對(duì)于增長(zhǎng)其使用壽命有較好的效果。為了使小直徑工作輥能承受因直徑減小而增加的輥面接觸壓力和軋制周次并保持良好的輥面質(zhì)量，要求軋輥具有硬而致密的外層材料，以便使其磨損率下降。此外，該軋輥是用于熱軋板帶鋼的軋制，因此要求其外層材料在高溫下仍能保持優(yōu)良勝能，生產(chǎn)工藝對(duì)于軋輥具有重要的影響，具體影響分析如下：

1.1 鑄造工藝的要點(diǎn)

鎳鉻無(wú)限冷硬軋輥的鑄造工藝要點(diǎn)主要包括離心機(jī)的轉(zhuǎn)速要求、化學(xué)成分的調(diào)節(jié)以及鑄造過(guò)程控制等，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，從而提高鎳鉻無(wú)限冷硬軋輥的綜合性能。

1.1.1 離心機(jī)轉(zhuǎn)速確定

離心機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)軋輥質(zhì)量的影響尤為重要。鋼液在離心機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)密度大于金屬溶液的元素時(shí)，隨著離輥面距離的增加，其元素含量不斷降低，而密度小于金屬溶液的元素則隨著離輥面距離的增加，其元素不斷增加。而密度與金屬溶液相近的元素，如鉻則偏析不明顯。隨著鑄型轉(zhuǎn)速提高，軋輥偏析加劇。根據(jù)康氏公式（1），通過(guò)重力系數(shù)與鑄件內(nèi)半徑來(lái)確定冷型的轉(zhuǎn)速，其計(jì)算公式為：

式中，n：冷型轉(zhuǎn)速，r/min；R：鑄件內(nèi)半徑，m；G：重力系數(shù)。

輥模轉(zhuǎn)速是根據(jù)重力倍數(shù)來(lái)確定的，其中重力倍數(shù)是軋輥在旋轉(zhuǎn)時(shí)的離心力與正常重力之比，相關(guān)的計(jì)算結(jié)果只能作為參考，鑄型實(shí)際轉(zhuǎn)速應(yīng)根據(jù)具體生產(chǎn)條件而定，還與離心機(jī)種類(lèi)、輥模壁厚、涂料、鋼液澆注溫度、澆注速度、軋輥的組成以及環(huán)境因素有關(guān)。

離心鑄造生產(chǎn)過(guò)程中，液態(tài)金屬內(nèi)部和鑄型壁都會(huì)受到液態(tài)金屬壓力即離心力的作用。離心澆注時(shí)，鋼液澆入鑄型后便形成了一個(gè)液態(tài)筒體。由于鋼液順序凝固以及筒體外層溫度梯度大，外表面很快凝固成一層薄的固態(tài)殼體。內(nèi)層未凝固的液態(tài)金屬受到離心力直接作用在剛凝固的外層殼上，而外表固態(tài)殼層是凝固時(shí)間不長(zhǎng)、內(nèi)部為受到高溫液體加熱的高溫層，其邊緣溫度處在液－固兩相的臨界溫度上，晶體之間的結(jié)合力明顯下降，強(qiáng)度很低，在離心力的作用下容易拉裂，這個(gè)高溫薄層形成了裂紋源。裂紋源在冷卻過(guò)程中，受離心力和內(nèi)應(yīng)力的共同作用，不斷生長(zhǎng)，最終成為裂紋。

1.1.2 軋輥內(nèi)外層的化學(xué)成分

軋輥輥面選材應(yīng)兼顧耐磨性、耐熱性及韌性，硬度均勻性要好，各合金元素要合理匹配，抗事故能力要強(qiáng)，基體組B（貝氏體）＋M（馬氏體）少＋P（珠光體），外層材質(zhì)為高NiCrMo無(wú)限冷硬合金鑄鐵；輥芯選擇強(qiáng)韌性好的球墨鑄鐵，采用亞共晶碳當(dāng)量，為了提高輥頸力學(xué)性能及保證避免產(chǎn)生球化缺陷，適當(dāng)加入一些合金，芯部化學(xué)成分按照球鐵控制。球化劑可選用純鎂球化劑或者稀土鎂球化劑，由于稀土鎂成本低于純鎂，而且稀土鎂球化效果可以達(dá)到生產(chǎn)要求，所以一般選用稀土鎂球化劑。

表1 軋輥外層與芯部化學(xué)成分

在軋制薄而硬的帶鋼時(shí)，壓縮比、軋制力比較大，軋輥芯部材質(zhì)交錯(cuò)地受正負(fù)應(yīng)力的作用，在超過(guò)疲勞極限時(shí)會(huì)引發(fā)微裂紋的產(chǎn)生，隨著微裂紋的增加則會(huì)導(dǎo)致芯部材質(zhì)的弱化，在隨后的工作過(guò)程中這些裂紋通過(guò)傳播會(huì)合逐漸由芯部延伸到輥身表面，進(jìn)而產(chǎn)生軋輥剝落。為預(yù)防軋輥剝落的產(chǎn)生，對(duì)軋輥鑄造廠家來(lái)說(shuō)，應(yīng)根據(jù)客戶(hù)的要求及軋輥工作的實(shí)際狀況對(duì)負(fù)荷大的軋機(jī)采用高強(qiáng)度的芯部材質(zhì)，這也是填芯材質(zhì)采用球墨鑄鐵的另一個(gè)原因。

1.1.3 澆注溫度確定

液相線(xiàn)溫度的計(jì)算公式采用的是目前應(yīng)用較為廣泛的經(jīng)驗(yàn)公式，如下式：

T＝15391［70ω（C）＋8ω（Si）＋5ω（Mn）＋30ω（P）＋25ω（S）＋ω（Cu）＋4ω（Ni）＋1.5ω（Cr）］

式中，質(zhì)量分?jǐn)?shù)前的數(shù)字為對(duì)應(yīng)元素的溫度系數(shù)。公式計(jì)算精度可達(dá)到－15 ℃～＋5 ℃。

根據(jù)鋼鐵液相線(xiàn)溫度計(jì)算公式，計(jì)算出外層鐵水液相線(xiàn)溫度為1 200 ℃左右，芯部球墨鑄鐵水為1 240 ℃左右，澆注過(guò)冷度控制在100 ℃～150 ℃，出鐵溫度略高50 ℃～70 ℃。

澆注原則為：高溫出爐，低溫澆注?？紤]鋼包烤包、降溫等因素的影響，來(lái)確定外層的澆注溫度。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)采用液相線(xiàn)溫度儀進(jìn)行檢測(cè)。冶煉采用中頻爐，芯部鐵液出鐵時(shí)，先出2/3，稍后再出剩余鐵液。這使石墨的球化反應(yīng)有充足的時(shí)間，且球化反應(yīng)屬于降溫過(guò)程，后出的1/3鐵液有一定的升溫作用。

1.2 高鎳無(wú)限軋輥熱處理工藝的要點(diǎn)

高鎳無(wú)限軋輥熱處理工藝的要點(diǎn)，主要與以下因素有關(guān)：①生產(chǎn)過(guò)程。由于在澆注時(shí)對(duì)鋼液的流量控制不好，時(shí)快時(shí)慢有時(shí)還會(huì)短時(shí)斷流，會(huì)造成澆注的輥環(huán)形成分層，在沖擊樣的斷口處有時(shí)會(huì)看到黑色的氧化夾層。其次，由于試樣的線(xiàn)切割都較為困難，常常造成沖擊試樣表面的凹紋或凸紋，也會(huì)對(duì)沖擊結(jié)果產(chǎn)生誤差。但是在多次沖擊試驗(yàn)后，也有很多表面加工平整，尺寸準(zhǔn)確，斷口整齊無(wú)分層現(xiàn)象的試樣其韌性值還是不高，所以最終認(rèn)為，試樣的制備方面卻是對(duì)沖擊韌性值偏低造成一定影響，但不是主要原因。②熱處理工藝的選擇。不同的熱處理工藝條件對(duì)沖擊韌性有較明顯的影響，硬度和韌性不可能同時(shí)得到峰值，通過(guò)提高淬火溫度和回火溫度，在損失較小硬度的前提下可同時(shí)提高一定沖擊韌性值。所以，熱處理?xiàng)l件的選擇是影響沖擊韌性的一個(gè)原因。硬度是輥環(huán)的重要性能指標(biāo)，輥環(huán)在工作過(guò)程中為保證線(xiàn)材的尺寸精度，應(yīng)能保持其軋槽形狀和尺寸不會(huì)發(fā)生變化。輥環(huán)在軋制過(guò)程中承受高溫及較大的沖擊，因此，使高速鋼保持足夠的硬度和韌度，有利于延長(zhǎng)輥環(huán)的壽命。③鋼的晶粒度和鋼中碳化物的數(shù)量、大小及分布情況以及殘留奧氏體量等均對(duì)鋼的強(qiáng)度和韌性有很大的影響。

2 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)生產(chǎn)工藝對(duì)高鎳鉻軋輥硬度的影響分析，提出了相應(yīng)的工藝改進(jìn)措施，能夠有效的避免常見(jiàn)缺陷的產(chǎn)生，保證了鑄造過(guò)程的順利進(jìn)行。

[1]郝石堅(jiān).現(xiàn)代鑄鐵學(xué)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2009.

[2]李學(xué)輝.離心澆注機(jī)的轉(zhuǎn)速對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響及控制[J].四川冶金，2008（1）：44－45.

[3]王會(huì)群.過(guò)熱溫度和保溫時(shí)間對(duì)鎳硬白口鑄鐵組織的影響[J].特種鑄造，2007（5）：47－49.