寇興武

摘 要：文章首先總結(jié)了高速鋼軋輥的主要優(yōu)勢，然后從離心鑄造法，連續(xù)澆注外層成型法、電渣重熔法、以及液態(tài)金屬電渣溶解法這四個(gè)方面入手，對高速鋼軋輥的制造工藝進(jìn)行了研究，并就工藝改進(jìn)方面的關(guān)鍵要點(diǎn)予以說明，望引起各方人員的關(guān)注與重視。

關(guān)鍵詞：高速鋼軋輥；工藝；改進(jìn)；優(yōu)勢

從軋鋼技術(shù)發(fā)展的角度上來說，提高軋材質(zhì)量，改善軋鋼進(jìn)度，降低軋鋼成本是最主流的發(fā)展方向。以帶鋼軋制為例，交叉軋制、彎輥技術(shù)、多輥軋機(jī)、低溫及大壓下量軋制、連鑄連軋短流程等技術(shù)對軋輥耐磨性、強(qiáng)度及韌性等提出了更高的要求。國外于80年代末開發(fā)了鑄造高速鋼軋輥，將其作用于包括帶鋼熱連軋機(jī)的精軋段、粗軋段、鋼管軋機(jī)和高速線材軋機(jī)的預(yù)精軋段等多個(gè)領(lǐng)域中，優(yōu)勢相當(dāng)明顯，國內(nèi)也開始重視對高速鋼軋輥工藝的應(yīng)用。文章即從這一角度入手，圍繞高速鋼軋輥工藝改進(jìn)與研發(fā)方面的相關(guān)問題展開分析與探討。

1 高速鋼軋輥主要優(yōu)勢分析

相對于傳統(tǒng)意義上的鋼軋輥而言，高速鋼軋輥無論是從室溫還是高溫耐磨的角度上來說，均具有非常突出的優(yōu)勢。同時(shí)存在較高的硬度和很好的紅硬性特征，其抗熱裂性能以及抗事故性能均非常突出。從顯微組織的角度上來說，主要是由MC、以及M6C合金碳化物鑲嵌于奧氏體基體之上所形成的。MC以及M6C具有非常突出的硬度優(yōu)勢，加上奧氏體基體具有較高的熱穩(wěn)定性，且在鑲嵌過程當(dāng)中有大量的合金元素參與反應(yīng)，在回火期間能夠析出一定的彌散性碳化物，產(chǎn)生二次回火后硬化現(xiàn)象，促進(jìn)馬氏體分解溫度的提升，表現(xiàn)出更加確切的硬性優(yōu)勢。高速鋼軋輥的適應(yīng)性非常強(qiáng)，能夠在延長使用壽命的同時(shí)，達(dá)到提高軋材質(zhì)量的目的，可以將其廣泛應(yīng)用于熱帶連軋精軋機(jī)架和各種材質(zhì)帶鋼的無規(guī)程軋制工作當(dāng)中，促進(jìn)其優(yōu)勢的進(jìn)一步發(fā)揮。

2 高速鋼軋輥制造技術(shù)分析

2.1 離心鑄造法

離心鑄造法的主要特點(diǎn)是：將液態(tài)外層材料和芯部材料以一定的時(shí)間間隔澆入鑄型內(nèi)。離心旋轉(zhuǎn)時(shí)間、輥芯金屬液澆注間隔時(shí)間、澆注溫度及防止外層金屬元素偏析和內(nèi)外層材料界面氧化是此方法制造軋輥成敗的關(guān)鍵。

2.2 連續(xù)澆注外層成型法

連續(xù)澆注外層成型法的主要技術(shù)要點(diǎn)是：在水冷鑄型當(dāng)中放入軋輥輥芯，垂直狀態(tài)下將熔融的外層高速鋼鋼水澆注入碳鋼芯軸與冷結(jié)晶膜的中間位置，使高速鋼軋輥輥芯與外層金屬充分結(jié)合，自下而上凝固，最后將凝固部分向下拉拔，形成連續(xù)鑄造外層。

2.3 電渣重熔法

電渣重熔法的主要技術(shù)特點(diǎn)是：將同心水冷鑄模放置于作為芯部材料的圓柱狀高強(qiáng)度合金鋼周邊位置，同時(shí)由高速鋼或半高速鋼制備形成自耗電極，將其放置于鑄模與鍛鋼的中間位置。在自耗電極完全融化后，可發(fā)揮外層材料的功能，對該空間進(jìn)行充分填充。

2.4 液態(tài)金屬電渣溶解法

液態(tài)金屬電渣溶解法的主要技術(shù)特點(diǎn)是：將作為高速鋼復(fù)合輥芯部的芯軸插入結(jié)晶器中，并與其同軸。軸的外表面和結(jié)晶器的內(nèi)表面的間隙決定復(fù)合輥外層厚度。然后將在另外的熔化裝置中熔化的渣液澆入結(jié)晶器和芯軸的間隙中，渣液形成渣池，它的熱量將芯軸表面預(yù)熱。然后再澆入外層高速鋼水，可連續(xù)澆入，也可按預(yù)先設(shè)定的程序澆入。鋼水將熔渣上浮，同時(shí)在通過渣池時(shí)被渣精煉。鋼液與已經(jīng)預(yù)熱的芯軸表面熔合，并因結(jié)晶器的冷卻而凝固，形成復(fù)合層。借助移動(dòng)裝置不斷由結(jié)晶器中拉出已經(jīng)凝固的部分，同時(shí)上部鋼水不斷注入，直至達(dá)到預(yù)定的復(fù)合輥長度為止。

3 高速鋼軋輥工藝改進(jìn)分析

3.1 熱處理中輥芯強(qiáng)度下降問題的改進(jìn)

為了能夠使高速鋼軋輥外層材料的耐磨性能得到有效提升與改善，關(guān)鍵在于提高高速鋼軋輥制造過程中的淬火溫度。在現(xiàn)階段的技術(shù)條件下，對于復(fù)合高速鋼軋輥而言，其輥芯材料主要選為高強(qiáng)度合金球墨球鐵。受到材料的限制性因素影響，若高速鋼軋輥的淬火溫度選擇在1250℃以上，則輥芯組織顯著粗大，甚至出現(xiàn)局部熔化現(xiàn)象，使輥芯強(qiáng)度顯著降低，軋輥使用中易出現(xiàn)斷輥現(xiàn)象，影響軋機(jī)設(shè)備的正常運(yùn)行。國外已開發(fā)成功了高速鋼軋輥的亞溫?zé)崽幚砉に?，但未對工藝作詳?xì)報(bào)道。我們應(yīng)立足于國內(nèi)，盡快開發(fā)高速鋼軋輥的熱處理工藝，新工藝應(yīng)該在取消高溫淬火，保證輥芯具有高強(qiáng)度的前提下，簡便易行，能耗低，污染少。表面感應(yīng)淬火工藝具有操作方便，對輥芯強(qiáng)度影響小等特點(diǎn)，在鑄造高速鋼復(fù)合軋輥中應(yīng)用將是可行的。為保證淬硬層深度，建議采用雙感應(yīng)器應(yīng)淬火工藝。

3.2 輥芯與外層結(jié)合強(qiáng)度問題的改進(jìn)

在采取傳統(tǒng)離心方式制造復(fù)合高速鋼軋輥的過程當(dāng)中，大多選擇球鐵作為高速鋼軋輥的輥芯材料，其往往具有析出石墨的特點(diǎn)。由于外層材料高速鋼當(dāng)中含有一定的特殊元素，此類元素可能造成鑄鐵出現(xiàn)白口化的問題，因此，在外層與高速鋼軋輥輥芯發(fā)生直接接觸的部位，石墨化惡化問題非常嚴(yán)重，在碳化物持續(xù)析出的情況之下，結(jié)合部位的脆性水平明顯提升，可能導(dǎo)致復(fù)合高速鋼軋輥外層在使用過程中發(fā)生剝落。除此以外，在使用鑄鋼作為高速鋼軋輥輥芯材料的條件下，由于其具有較高的速度以及延伸率特點(diǎn)，決定了其熔點(diǎn)較高速鋼更高，在澆注環(huán)節(jié)中容易與已經(jīng)凝固的外層高速鋼內(nèi)表面發(fā)生融合反應(yīng)，導(dǎo)致鑄造缺陷的產(chǎn)生，影響結(jié)合部的強(qiáng)度。針對此問題，在高速鋼軋輥的制造工藝實(shí)施過程中，可以在輥芯材料與高速鋼材料之間增加中間層（優(yōu)先選擇石墨鋼作為中間層），改善輥芯界面與高速鋼界面的結(jié)合狀態(tài)，并達(dá)到提高復(fù)合高速鋼軋輥結(jié)合強(qiáng)度的目的。

3.3 鑄造裂紋問題的改進(jìn)

結(jié)合相關(guān)的實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)來看，在對高速鋼軋輥進(jìn)行鑄造的過程中，由于合金元素的含量較大且類型較多，因此可能對高速鋼的導(dǎo)熱性產(chǎn)生影響，在鑄造冷卻的過程中發(fā)生不均勻的問題，并在一定程度上增加了高速鋼軋輥的殘余應(yīng)力水平。除此以外，合金元素在高速鋼軋輥凝固過程當(dāng)中容易發(fā)生偏析的問題，高速鋼材料中相變的不同時(shí)性更加明顯，相變應(yīng)力有明顯提升趨勢。以上因素影響下，導(dǎo)致高速鋼軋輥制造期間出現(xiàn)較為明顯的裂紋傾向。為了避免裂紋的形成對高速鋼軋輥的整體性能產(chǎn)生不良影響，就需要在制造工藝中對鋼液進(jìn)行及時(shí)的變質(zhì)處理，例如，可以選擇隔熱層與耐火層相結(jié)合的雙層涂料，也可在澆注中對離心機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行合理調(diào)節(jié)，從而盡量減輕并消除高速鋼軋輥的鑄造裂紋。

4 結(jié)束語

為了適應(yīng)現(xiàn)代化軋機(jī)以及生產(chǎn)高質(zhì)量鋼材對軋鋼工藝方面提出的嚴(yán)格要求，國內(nèi)外的冶金工作者都將高速鋼軋輥工藝技術(shù)的研制與改進(jìn)作為了最主要的工作內(nèi)容之一。文章即從這一角度入手，分析了高速鋼軋輥的主要優(yōu)勢，對當(dāng)前高速鋼軋輥的主要制造工藝方案進(jìn)行了研究，最后就在制造過程中發(fā)現(xiàn)的問題以及工藝改進(jìn)的主要手段加以了說明，望引起重視。

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