离心复合高铬钢轧辊的研究与实践

2019-11-27高玉章

中国金属通报 2019年10期

张伟，高玉章

（唐山钢铁集团重机装备有限公司，河北唐山 063000）

离心复合高铬钢轧辊是在1978年法国CK轧辊制造厂首先研制成功，这种轧辊材质以其优良的抗热裂性能和高的耐磨性能，在热轧带钢连轧机粗轧机架使用并且用量逐年增加。1992年，我国宝钢开始试用法国公司CK公司和比利时MKT厂制造的高铬钢轧辊，用于热轧带钢连轧机R2粗轧机架。而后，武钢、鞍钢、包钢、等国内的一批大型钢铁公司开始在热轧带钢连轧机粗轧机架（R2-4）推广和应用离心复合高铬钢工作辊，高铬钢离心复合粗轧工作辊取得良好轧制效果的事实，引起了国内冶金轧机制造企业的极大关注，目前，国内已经可以批量生产规格繁多的高铬钢粗轧辊，不仅满足国内热轧宽带钢连轧机生产的需要，而且开始出口国外，因此，离心复合高铬钢轧辊具有广阔的市场前景，解决好高铬钢轧辊在生产过程中的缺陷、提高品质对于赢得市场提升企业竞争力具有重要意义[1]。

1 材质的特性

离心复合高铬钢轧辊的工作层含C 0.8%～1.8%、Cr 8%～14%，以及Mo、Ni 等合金元素，芯部为高强度合金球墨铸铁。高铬钢材质中的碳、铬含量较高铬铁大大减小，碳化物含量相对较小，约5%～10%，热导率高于高铬铸铁，因此对冷却水条件不像高铬铁轧辊那样要求苛刻，同时由于碳和碳化物含量少，辊面摩擦系数高，咬入性能良好；高铬钢材质的耐磨性不是单纯的依靠碳化物的数量，主要是依靠基体组织的特性，辊身基体组织中富铬，轧制中形成氧化膜致密而不易破碎和剥落，经热处理后，辊面硬度达到70-85HSD，轧辊工作层的耐磨性，抗压痕能力进一步增强，改善了板形。

2 存在的问题

2.1 结合层缺陷

高铬钢离心复合轧辊，芯部材料是有石墨析出的球墨铸铁，当工作层材质为高铬钢时，由于含有大量促进口倾向元素，因而使工作层与芯部结合部位石墨恶化，再加工碳化物的偏析使结合层变脆，造成复合辊外层结合不良或剥落。

2.2 辊颈强度不足

在生产过程中，影响轧辊辊颈强度主要有以下三个方面；

（1）芯部材料球墨铸铁的正常浇注温度一般为1340℃～1360℃，在这个浇注温度下，铁水的球化和孕育效果是最佳，但由于工作层高铬钢的液相线温度较高，如果芯部铁水按常规温度浇注，则不能与轧辊工作层熔合成一体，因此，不得不提高芯部铁水的浇注温度，但同时也加速了芯部铁水球化孕育衰退速度，不利于辊颈强度的提高[2]。

（2）由于工作层材质含有较多的Cr、Mo、V等强烈的碳化物形成元素，这些元素扩散到轧辊芯部铁水中，形成网状碳化物，对轧辊芯部基体组织起着割裂作用，削弱了轧辊辊颈强度。

（3）为消除高铬钢组织中容易出现粗大的原始网状碳化物，对高铬钢轧辊需要进行高温热处理，通常最高温度不低于1050℃，在热处理过程中，轧辊辊颈由于同样受高温的影响，使组织中的球状石墨毛化，铁素体增多，削弱的辊颈强度[3]。

3 措施

3.1 采用三次浇注二次复合技术

三次浇注二次复合是在引入中间层材质作为工作层和芯部的过渡层，即先在离心机上浇注轧辊高铬钢工作层材质，当工作层的金属液体即将完全凝固时，浇注引入的中间层材质，使中间层材质与工作层材质之间完全熔合，当中间层材质与工作层材质完全凝固后，将其与轧辊的底箱和冒口分别组合，再浇注轧辊芯部铁水。铸造工艺结构见图1。

图1 轧辊铸造工艺结构图

轧辊中间层材质的设计，由于轧辊工作层高铬钢含有大量的碳化物形成元素，为了防止中间层与工作层在过渡区碳化物含量太多，而剥弱了结合层强度，因此在中间层材质设计的选取相对较低的碳，并且应严格控制较低的碳化物形成元素，且物理性能介于高铬钢与球墨铸铁之间，如终中间层设计为半钢材质，成份设计如表1所示，与常规半钢相比，具有较高的硅含量，要中间层浇注前，对钢水进行球化处理，以减少碳化物的生成。