李德洪，張澤利

（唐山鋼鐵集團重機裝備有限公司，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，高鎳鉻無限冷硬軋輥廣泛應用于熱軋板帶鋼的連軋機工作輥，至目前止，國內(nèi)外幾乎所有熱軋帶鋼連軋機精軋后段工作輥，大量選用高鎳鉻無限冷硬復合鑄鐵軋輥。

1 生產(chǎn)工藝對高鎳鉻軋輥硬度的影響

軋輥是機械設(shè)備中的主要磨損件之一。如何提高軋輥的力學性能和使用壽命，以適應軋鋼企業(yè)發(fā)展的需要是當前的一個重要課題。提高軋輥的硬度、韌性和耐磨性對于增長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

鎳鉻無限冷硬軋輥的鑄造工藝要點主要包括離心機的轉(zhuǎn)速要求、化學成分的調(diào)節(jié)以及鑄造過程控制等，通過對其進行優(yōu)化，從而提高鎳鉻無限冷硬軋輥的綜合性能。

1.1.1 離心機轉(zhuǎn)速確定

離心機轉(zhuǎn)速對軋輥質(zhì)量的影響尤為重要。鋼液在離心機轉(zhuǎn)動過程中，當密度大于金屬溶液的元素時，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），通過重力系數(shù)與鑄件內(nèi)半徑來確定冷型的轉(zhuǎn)速，其計算公式為：

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)來確定的，其中重力倍數(shù)是軋輥在旋轉(zhuǎn)時的離心力與正常重力之比，相關(guān)的計算結(jié)果只能作為參考，鑄型實際轉(zhuǎn)速應根據(jù)具體生產(chǎn)條件而定，還與離心機種類、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)過程中，液態(tài)金屬內(nèi)部和鑄型壁都會受到液態(tài)金屬壓力即離心力的作用。離心澆注時，鋼液澆入鑄型后便形成了一個液態(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)殼層是凝固時間不長、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，強度很低，在離心力的作用下容易拉裂，這個高溫薄層形成了裂紋源。裂紋源在冷卻過程中，受離心力和內(nèi)應力的共同作用，不斷生長，最終成為裂紋。

1.1.2 軋輥內(nèi)外層的化學成分

軋輥輥面選材應兼顧耐磨性、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，基體組B（貝氏體）＋M（馬氏體）少＋P（珠光體），外層材質(zhì)為高NiCrMo無限冷硬合金鑄鐵；輥芯選擇強韌性好的球墨鑄鐵，采用亞共晶碳當量，為了提高輥頸力學性能及保證避免產(chǎn)生球化缺陷，適當加入一些合金，芯部化學成分按照球鐵控制。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成分

在軋制薄而硬的帶鋼時，壓縮比、軋制力比較大，軋輥芯部材質(zhì)交錯地受正負應力的作用，在超過疲勞極限時會引發(fā)微裂紋的產(chǎn)生，隨著微裂紋的增加則會導致芯部材質(zhì)的弱化，在隨后的工作過程中這些裂紋通過傳播會合逐漸由芯部延伸到輥身表面，進而產(chǎn)生軋輥剝落。為預防軋輥剝落的產(chǎn)生，對軋輥鑄造廠家來說，應根據(jù)客戶的要求及軋輥工作的實際狀況對負荷大的軋機采用高強度的芯部材質(zhì)，這也是填芯材質(zhì)采用球墨鑄鐵的另一個原因。

1.1.3 澆注溫度確定

液相線溫度的計算公式采用的是目前應用較為廣泛的經(jīng)驗公式，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)量分數(shù)前的數(shù)字為對應元素的溫度系數(shù)。公式計算精度可達到－15 ℃～＋5 ℃。

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

澆注原則為：高溫出爐，低溫澆注。考慮鋼包烤包、降溫等因素的影響，來確定外層的澆注溫度。同時現(xiàn)場采用液相線溫度儀進行檢測。冶煉采用中頻爐，芯部鐵液出鐵時，先出2/3，稍后再出剩余鐵液。這使石墨的球化反應有充足的時間，且球化反應屬于降溫過程，后出的1/3鐵液有一定的升溫作用。

1.2 高鎳無限軋輥熱處理工藝的要點

高鎳無限軋輥熱處理工藝的要點，主要與以下因素有關(guān)：①生產(chǎn)過程。由于在澆注時對鋼液的流量控制不好，時快時慢有時還會短時斷流，會造成澆注的輥環(huán)形成分層，在沖擊樣的斷口處有時會看到黑色的氧化夾層。其次，由于試樣的線切割都較為困難，常常造成沖擊試樣表面的凹紋或凸紋，也會對沖擊結(jié)果產(chǎn)生誤差。但是在多次沖擊試驗后，也有很多表面加工平整，尺寸準確，斷口整齊無分層現(xiàn)象的試樣其韌性值還是不高，所以最終認為，試樣的制備方面卻是對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沖擊韌性有較明顯的影響，硬度和韌性不可能同時得到峰值，通過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提高一定沖擊韌性值。所以，熱處理條件的選擇是影響沖擊韌性的一個原因。硬度是輥環(huán)的重要性能指標，輥環(huán)在工作過程中為保證線材的尺寸精度，應能保持其軋槽形狀和尺寸不會發(fā)生變化。輥環(huán)在軋制過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鋼的強度和韌性有很大的影響。

2 結(jié)束語

通過生產(chǎn)工藝對高鎳鉻軋輥硬度的影響分析，提出了相應的工藝改進措施，能夠有效的避免常見缺陷的產(chǎn)生，保證了鑄造過程的順利進行。

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

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

[3]王會群.過熱溫度和保溫時間對鎳硬白口鑄鐵組織的影響[J].特種鑄造，2007（5）：47－49.