大型帶槽鑄造球鐵軋輥的開發(fā)

高玉章，張 杰

（唐山鋼鐵集團重機裝備有限公司，河北唐山 063000）

大型型鋼、軌梁軋機粗軋機架軋輥通常加工有較深的孔型，而且軋制溫度高、軋制壓力大，要求軋輥具有較高的強度和耐熱性。對于通常采用平輥鑄造、后開孔型的軋輥，由于開槽比較深，隨著軋輥的使用，軋槽底部組織致密性差，石墨由球狀向團絮狀發(fā)展，軋輥在使用中后期往往會出現孔型槽底硬度低，耐磨性差、甚至強度不足產生斷輥的情況。而采用帶槽鑄造軋輥，在孔槽側壁或槽底都能獲得一定深度、均勻化的硬度層，因而有利于提高型材的質量和軋輥的使用壽命。

1 鑄造工藝方案的設計

目前國內生產帶槽鑄造軋輥的方法較多，主要有兩半對開式帶槽金屬型法，活環(huán)式組合冷型法，鑲槽式帶槽金屬型法等。對于生產大型帶槽鑄造軋輥而言，通過綜合比較幾種方法的激冷條件、工藝的復雜性和制造成本等因素，選用活環(huán)式組合冷型法取得了良好的應用效果。以某軋鋼廠規(guī)格為φ1 350×2 300 BD2軋輥為例，介紹其生產工藝，孔型配輥圖如圖1所示。

1.1 工裝設計

圖1 軋輥孔型配輥圖

工裝設計是生產帶槽鑄造軋輥的一項重要內容，也是槽輥工藝方案的具體體現，關系到帶槽鑄造軋輥過程的成敗，或軋輥使用性能的優(yōu)劣。在設計工裝時要重點考慮軋輥孔型、金屬相變收縮、金屬型壁厚對激冷性的影響、拆裝是否方便、安全性等諸多因素。由于帶槽鑄造軋輥，在鑄造時通過冷鐵的設置把孔型鑄出，后期只需表面加工，不需要像普通平輥那樣后期進行深度開槽，這樣，軋輥槽面和槽底硬度均能保持較高的硬度。

工裝設計主要是針對帶槽輥輥身部位進行設計，將形成輥槽孔型的冷鐵內環(huán)與金屬型的本體分別單獨設計制造，然后進行組裝，形成帶槽金屬型，見圖1.根據帶槽軋輥的孔型，一般將金屬型冷鐵內環(huán)分割為3～5段，并在每段的背面加工定位槽，以便固定冷鐵內環(huán)在金屬冷型內的軸向位置，見圖2.并根據帶槽軋輥的槽孔中心距，在金屬本體上鉆定位孔，裝配時，金屬型內外二人配合，從下向上安裝金屬冷鐵內環(huán)，并用外插銷將其固定，見圖3.金屬型組裝完畢后，方可進窯烘烤，因為熱裝配是很困難的，涂料前需要將金屬型內孔刷凈，澆注完成后，根據軋輥的大小，間隔一段時間，快速地將冷鐵內環(huán)的銷子撤出，金屬內環(huán)可自由的移動，使軋輥能順利進行收縮。

圖2 冷型與冷鐵組裝圖

圖3 1/3冷鐵半環(huán)

1.2 冶煉工藝設計

由于大型型鋼軋輥直徑較大，而輥身較短，澆注作業(yè)完成后，輥身中心部位的鐵水凝固時間較長，造成球化、孕育衰退，如圖4a）所示，石墨球數量減小，晶粒粗大，同時產生了開花狀石墨球使槽輥芯部組織惡化，強度降低，影響軋輥正常的使用性能。

圖4 軋輥芯部金相 100X

經過研究和試驗，可通過三個方面進行改良。一是采用釔基重稀土球化劑，其釔基稀土元素有比鎂更強的脫硫和脫氧能力，生產的硫化物、氧化物在高溫下比較穩(wěn)定，因此其抗球化衰退能力強，能得到完整的球狀石墨；二是選擇強效孕育劑，在以硅鐵為基礎的孕育劑中含有少量的Ca、Ce、Zr等元素，以提高鐵水的孕育效果和防止衰退；三是適當降低鐵水澆注溫度，提高鑄型的冷卻速度。圖4b）為改良后效果，石墨的圓整度有了顯著的提高，同時軋輥HSD硬度比改良前提高5～8.

1.3 熱處理工藝設計

球墨鑄鐵軋輥在鑄態(tài)下，輥身基體組織中經常存在有牛眼狀鐵素體，影響軋輥的耐磨性，通常需要對軋輥進行正火處理，目的是使軋輥工作層獲得珠光體基體組織，但由于高溫正火，使軋輥的輥頸強度降低，在軋鋼過程中易發(fā)生斷輥事故，為了解決這個難題，采用差溫熱處理的方式，有效避免了正火處理對軋輥輥頸帶來的不利影響，而且處理時間比軋輥整體熱處理短。處理過程為先將槽輥在普通電爐加熱到650℃，然后將軋輥吊運至差溫爐快速加熱，當輥身溫度達到900℃，并保溫一段時間，隨后進行快速冷卻到450℃，最后轉入電爐進行回火去應力處理，得到球狀石墨+15%～30%滲碳體+珠光體基體組織，如圖5所示。

圖5 軋輥成品基體組織

2 檢測與性能

軋輥成品經檢測，輥面硬度58 HSD～63 HSD，中心硬度40 HSD～45 HSD，抗拉強度≥430 MPa，輥面硬度落差小于2 HSD/10 mm，超聲波探傷滿足GB/T1504-2008標準，過鋼量比普通平輥開槽提高2～3倍。

3 結論

采用活環(huán)式組合冷型法生產帶槽鑄造軋輥，可操作性強，軋輥硬度落差小，耐磨性好，具有廣泛的推廣和應用價值。

參考文獻：

［1］ 王殿剛，楊和林.鑄鐵軋輥生產［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1988.

［2］ 文鐵錚，郭玉珍.冶金軋輥技術特性相概論［M］.石家莊：河北科學技術出版社，1995.

［3］ 趙晶，駱曉鋼.冷硬球鐵軋輥的生產與研究［J］.鑄造設備與工藝，2000（6）：29-33.