帶鋼軋機(jī)新材質(zhì)支承輥的制造

孫睿璇 陳春云 白興紅

(天津重型裝備工程研究有限公司軋輥研究所，天津300457)

帶鋼軋機(jī)新材質(zhì)支承輥的制造

孫睿璇 陳春云 白興紅

(天津重型裝備工程研究有限公司軋輥研究所，天津300457)

通過成分優(yōu)化和微合金化方法，對(duì)煉鋼鑄錠、鍛造和熱處理等工藝進(jìn)行改進(jìn)，最終研制生產(chǎn)出帶鋼軋機(jī)新材質(zhì)支承輥。

帶鋼軋機(jī);支承輥;新材質(zhì);制造工藝;力學(xué)性能

近年來針對(duì)帶鋼軋機(jī)，一重推廣生產(chǎn)的5Cr材質(zhì)支承輥在各大鋼廠的使用中取得了較好的效果，居同行業(yè)領(lǐng)先地位。然而，隨著鋼鐵業(yè)的發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和作業(yè)率都提出了更高的要求，支承輥的換輥周期也隨之延長(zhǎng)，這樣支承輥的耐磨性、輥身硬度降及硬度均勻性等方面面臨著更高的挑戰(zhàn)。

針對(duì)上述情況，一重公司研制開發(fā)并生產(chǎn)出帶鋼軋機(jī)新材質(zhì)支承輥，通過進(jìn)行成分優(yōu)化和微合金化方法，有效提高了材料的淬透性、淬硬性和耐磨性，更適用于高強(qiáng)度、高硬度帶鋼的軋制。

1 材料設(shè)計(jì)及技術(shù)要求

以某鋼廠的1 580 mm熱連軋機(jī)精軋支承輥為例。技術(shù)要求為:輥身硬度65～71HSD;輥身硬度均勻性±2HSD;淬硬層深≥75 mm;報(bào)廢直徑時(shí)輥面硬度≥60HSD;輥頸硬度42～48HSD;輥身抗拉強(qiáng)度≥1 200 MPa，屈服強(qiáng)度≥900 MPa;基體組織:馬氏體、下貝氏體基體+(M7C3+MC)型碳化物。

在進(jìn)行成分優(yōu)化改良時(shí)，選擇了合理的合金元素配比。主要是降低碳含量，提高材質(zhì)的塑性;提高鉻含量，提高鋼的淬透性和淬硬性;添加鎳，除強(qiáng)烈提高淬透性外，還可改善韌性;添加鉬，主要起細(xì)化晶粒的作用，還可提高回火穩(wěn)定性，抑制回火脆性;添加釩、鈮，也是主要起細(xì)化晶粒作用，并進(jìn)一步提高鋼的硬度和耐磨性。

2 制造流程

帶鋼軋機(jī)支承輥的制造流程大體可分為:煉鋼→鍛造→鍛后熱處理→粗加工→檢測(cè)→預(yù)備熱處理→半精加工→差溫?zé)崽幚怼庸ぁ鷻z測(cè)→包裝→出廠。

2.1 煉鋼鑄錠

采用經(jīng)過嚴(yán)格精選的、雜質(zhì)含量少的優(yōu)質(zhì)廢鋼和生鐵進(jìn)行電爐粗煉，用鋼包精煉爐精煉、真空脫氣，盡量去除雜質(zhì)元素P、S，提高純度。在鑄錠時(shí)要進(jìn)行真空處理，減少有害氣體(H、O)的含量，鑄成優(yōu)質(zhì)鋼錠。

2.2 鍛造

將鋼錠用適當(dāng)?shù)臏囟瘸浞旨訜?，再?jīng)過充分壓實(shí)鍛造來提高鍛件內(nèi)部的質(zhì)量及材料的性能。由于帶鋼軋機(jī)新材質(zhì)的合金元素含量高，在鍛造高溫下易析出大量的二次碳化物，在鍛造過程中產(chǎn)生裂紋，且材料的變形抗力較大，給壓實(shí)帶來很大困難。因此采用一次鐓粗+一次KD拔長(zhǎng)的鍛造工藝方法。對(duì)于鍛造過程中出現(xiàn)的裂紋必須及時(shí)吹氧除盡。

2.3 熱處理

(1)鍛后熱處理

鍛后熱處理使鍛件晶粒細(xì)化、均一化，提高鍛件的超聲波性能，為后序熱處理做好組織準(zhǔn)備。帶鋼軋機(jī)新材質(zhì)支承輥的鍛后熱處理通常采用一次正火+球化退火+高溫回火的工藝方法。對(duì)于鍛造過程中最后一火次輥身無鍛比的情況，鍛后熱處理工藝需增加一次正火處理，以保證輥身的晶粒細(xì)化程度并充分消除應(yīng)力。

(2)預(yù)備熱處理

通過調(diào)質(zhì)處理使輥頸硬度滿足技術(shù)要求，同時(shí)也進(jìn)一步細(xì)化晶粒和基體組織，提高輥身心部和輥頸綜合力學(xué)性能。將新材質(zhì)支承輥整體加熱至奧氏體化溫度以下保溫一定時(shí)間，采用油淬的冷卻方式，隨后高溫回火處理，最終獲得回火索氏體組織。

(3)差溫?zé)崽幚?/p>

差溫?zé)崽幚硎侵С休伒淖罱K熱處理，將支承輥輥身置于差溫爐內(nèi)，由高速燒嘴噴出火焰對(duì)輥身表面進(jìn)行快速加熱至奧氏體化溫度以上，使輥身表面獲得一定深度的奧氏體層而心部仍保持在相變點(diǎn)以下。然后將支承輥放在噴淬機(jī)床上，進(jìn)行噴霧淬火，通過調(diào)整水壓、風(fēng)壓比例獲得所需冷卻速度。噴冷結(jié)束后立即回火，通過調(diào)整回火溫度和時(shí)間，使支承輥輥身工作層獲得最終要求的組織、硬度分布、應(yīng)力分布，從而具有良好的耐磨性、抗剝落性和抗事故性。

3 性能檢驗(yàn)結(jié)果

以對(duì)某鋼廠制造的帶鋼軋機(jī)新材質(zhì)支承輥為例，切取輥身邊部試環(huán)(見圖1)，對(duì)試環(huán)逐層切片取樣，進(jìn)行性能檢驗(yàn)。

3.1 淬硬層硬度

對(duì)支承輥本體的輥身端面和試環(huán)逐層切片的試塊分別進(jìn)行了硬度檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見圖2和表1?？梢钥闯?，試環(huán)逐層切片試塊硬度與本體檢測(cè)硬度結(jié)果一致，在距輥身表面100 mm深度范圍內(nèi)，沒有硬度降，淬硬效果十分理想。

圖1 支承輥本體切環(huán)示意圖Figure 1 Schematic diagram of sample ring cut from backup roll

圖2 支承輥輥身端面的淬硬層硬度變化曲線Figure 2 Hardness changing curve of hardening layer on the end surface of roll body

3.2 金相組織

對(duì)切取的試環(huán)距輥身表面20 mm、40 mm、60 mm、80 mm、100 mm處分別進(jìn)行了金相組織檢測(cè)，如圖3所示?？梢钥闯?，由輥身表面至100 mm深度范圍內(nèi)，金相組織為回火馬氏體+少量粒狀碳化物。

表1 試環(huán)逐層切片試塊的硬度值Table 1 Hardness of each layer on sam ple

3.3 力學(xué)性能

技術(shù)文件中要求支承輥輥身強(qiáng)度Rm≥1 200 MPa，Re≥900 MPa。在試環(huán)上取樣，進(jìn)行拉伸、沖擊試驗(yàn)，結(jié)果見表2。從表2可以看出，該材質(zhì)的強(qiáng)韌性很高，完全滿足技術(shù)要求。

4 結(jié)論

(1)帶鋼軋機(jī)新材質(zhì)支承輥是在傳統(tǒng)材質(zhì)的基礎(chǔ)上，通過成分優(yōu)化和微合金化方法，對(duì)煉鋼鑄錠、鍛造和熱處理等工藝進(jìn)行改進(jìn)，最終完成了產(chǎn)品化制造生產(chǎn)。

圖3 輥身表面至100 mm深度的金相組織Figure 3 Metallographic structure from the surface to 100 mm depth of roll body

表2 力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果Table 2 The result ofmechanical properties test

(2)帶鋼軋機(jī)新材質(zhì)具有很高的淬硬性，淬硬層深度可達(dá)100 mm以上，并且距輥身表面100 mm深度范圍內(nèi)沒有硬度降。

(3)帶鋼軋機(jī)新材質(zhì)支承輥具有很高的淬透性，經(jīng)最終熱處理后，由輥身表面至100 mm深度范圍內(nèi)，金相組織均為回火馬氏體+少量粒狀碳化物。

(4)帶鋼軋機(jī)新材質(zhì)支承輥具有很高的強(qiáng)韌性，輥身切環(huán)檢測(cè)結(jié)果Rm≥1 500 MPa，Re≥1 300 MPa，完全能夠滿足技術(shù)要求。

［1］ 王笑天.金屬材料學(xué).北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1986.

［2］ 康大韜，葉國(guó)斌.大型鍛件材料及熱處理.龍門書局，1998.

［3］ 楊志洪.1 580 mm熱連軋機(jī)精軋支承輥新材料研制.大型鑄鍛件，2012(5):9-12.

［4］ 趙席春.Cr5型支承輥用鋼的研究.金屬熱處理，2003 (6):15-17.

編輯 杜青泉

The Manufacture of New Material Backup Roll for Strip Mill

Sun Ruixuan，Chen Chunyun，Bai Xinghong

By conducting composition optimization and micro alloy method，the processes of steelmaking，ingot casting，forging and heat treatment are improved，and new material backup roll for strip mill are eventuallymanufactured.

strip mill;backup roll;new materialmanufacture process;mechanical properties

TG333

B

2013—04—12

孫睿璇(1986—)，男，助理工程師，碩士，主要從事軋輥制造技術(shù)研究及新產(chǎn)品開發(fā)。