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        離心復合高鉻鋼軋輥的研究與實踐

        2019-11-27 07:52:30高玉章
        中國金屬通報 2019年10期

        張 偉,高玉章

        (唐山鋼鐵集團重機裝備有限公司,河北 唐山 063000)

        離心復合高鉻鋼軋輥是在1978年法國CK軋輥制造廠首先研制成功,這種軋輥材質以其優(yōu)良的抗熱裂性能和高的耐磨性能,在熱軋帶鋼連軋機粗軋機架使用并且用量逐年增加。1992年,我國寶鋼開始試用法國公司CK公司和比利時MKT廠制造的高鉻鋼軋輥,用于熱軋帶鋼連軋機R2粗軋機架。而后,武鋼、鞍鋼、包鋼、等國內(nèi)的一批大型鋼鐵公司開始在熱軋帶鋼連軋機粗軋機架(R2-4)推廣和應用離心復合高鉻鋼工作輥,高鉻鋼離心復合粗軋工作輥取得良好軋制效果的事實,引起了國內(nèi)冶金軋機制造企業(yè)的極大關注,目前,國內(nèi)已經(jīng)可以批量生產(chǎn)規(guī)格繁多的高鉻鋼粗軋輥,不僅滿足國內(nèi)熱軋寬帶鋼連軋機生產(chǎn)的需要,而且開始出口國外,因此,離心復合高鉻鋼軋輥具有廣闊的市場前景,解決好高鉻鋼軋輥在生產(chǎn)過程中的缺陷、提高品質對于贏得市場提升企業(yè)競爭力具有重要意義[1]。

        1 材質的特性

        離心復合高鉻鋼軋輥的工作層含C 0.8%~1.8%、Cr 8%~14%,以及Mo、Ni 等合金元素,芯部為高強度合金球墨鑄鐵。高鉻鋼材質中的碳、鉻含量較高鉻鐵大大減小,碳化物含量相對較小,約5%~10%,熱導率高于高鉻鑄鐵,因此對冷卻水條件不像高鉻鐵軋輥那樣要求苛刻,同時由于碳和碳化物含量少,輥面摩擦系數(shù)高,咬入性能良好;高鉻鋼材質的耐磨性不是單純的依靠碳化物的數(shù)量,主要是依靠基體組織的特性,輥身基體組織中富鉻,軋制中形成氧化膜致密而不易破碎和剝落,經(jīng)熱處理后,輥面硬度達到70-85HSD,軋輥工作層的耐磨性,抗壓痕能力進一步增強,改善了板形。

        2 存在的問題

        2.1 結合層缺陷

        高鉻鋼離心復合軋輥,芯部材料是有石墨析出的球墨鑄鐵,當工作層材質為高鉻鋼時,由于含有大量促進口傾向元素,因而使工作層與芯部結合部位石墨惡化,再加工碳化物的偏析使結合層變脆,造成復合輥外層結合不良或剝落。

        2.2 輥頸強度不足

        在生產(chǎn)過程中,影響軋輥輥頸強度主要有以下三個方面;

        (1)芯部材料球墨鑄鐵的正常澆注溫度一般為1340℃~1360℃,在這個澆注溫度下,鐵水的球化和孕育效果是最佳,但由于工作層高鉻鋼的液相線溫度較高,如果芯部鐵水按常規(guī)溫度澆注,則不能與軋輥工作層熔合成一體,因此 ,不得不提高芯部鐵水的澆注溫度,但同時也加速了芯部鐵水球化孕育衰退速度,不利于輥頸強度的提高[2]。

        (2)由于工作層材質含有較多的Cr、Mo、V等強烈的碳化物形成元素,這些元素擴散到軋輥芯部鐵水中,形成網(wǎng)狀碳化物,對軋輥芯部基體組織起著割裂作用,削弱了軋輥輥頸強度。

        (3)為消除高鉻鋼組織中容易出現(xiàn)粗大的原始網(wǎng)狀碳化物,對高鉻鋼軋輥需要進行高溫熱處理,通常最高溫度不低于1050℃,在熱處理過程中,軋輥輥頸由于同樣受高溫的影響,使組織中的球狀石墨毛化,鐵素體增多,削弱的輥頸強度[3]。

        3 措施

        3.1 采用三次澆注二次復合技術

        三次澆注二次復合是在引入中間層材質作為工作層和芯部的過渡層,即先在離心機上澆注軋輥高鉻鋼工作層材質,當工作層的金屬液體即將完全凝固時,澆注引入的中間層材質,使中間層材質與工作層材質之間完全熔合,當中間層材質與工作層材質完全凝固后,將其與軋輥的底箱和冒口分別組合,再澆注軋輥芯部鐵水。鑄造工藝結構見圖1。

        圖1 軋輥鑄造工藝結構圖

        軋輥中間層材質的設計,由于軋輥工作層高鉻鋼含有大量的碳化物形成元素,為了防止中間層與工作層在過渡區(qū)碳化物含量太多,而剝?nèi)趿私Y合層強度,因此在中間層材質設計的選取相對較低的碳,并且應嚴格控制較低的碳化物形成元素,且物理性能介于高鉻鋼與球墨鑄鐵之間,如終中間層設計為半鋼材質,成份設計如表1所示,與常規(guī)半鋼相比,具有較高的硅含量,要中間層澆注前,對鋼水進行球化處理,以減少碳化物的生成。

        表1 高鉻鋼中間層成份(質量分數(shù),%)

        中間層的引入有效阻礙工作層碳化物形成元素向芯部鐵水擴散,同時也避免了工作層與芯部結合部位碳化物層的形成。

        3.2 采用差溫熱處理工藝

        與常規(guī)體整體熱處理方式相比,差溫熱處理需要臺式電阻爐與差溫爐相互配合使用,先將軋輥在電阻爐內(nèi)整體加熱到一定溫度,再將軋輥轉到差溫爐內(nèi),只軋輥的工作層繼續(xù)加熱到淬火溫度,保溫足一定時間出爐,經(jīng)過冷卻和回火處理的過程。具體實施過程有如下幾個階段:

        (1) 軋輥預熱處理:先將軋輥輥頸用石棉氈包裹,再將軋輥放置在電阻爐內(nèi),8℃/h~15℃/h加熱速度加熱到750℃~860℃,保溫時間視軋輥直徑而定。主要作用是為差溫熱處理做準備,降低軋輥橫截面內(nèi)外溫差,避免在差溫爐加熱過程中由于加熱速度太快使軋輥出現(xiàn)裂紋或斷裂。

        (2)軋輥差溫熱處理:將整體預熱后的軋輥快速取出裝入燃氣式差溫爐,對軋輥工作層進行快速加熱,加熱速度一般為240℃/h~300℃/h,當加熱到1050℃~1060℃,保溫時間一段時間。使工作層組織全部轉為奧氏體,大部分一次碳化物溶解在基體組織中,而軋輥內(nèi)部及輥頸還處于較低的溫度。

        (3)霧冷淬火:軋輥在差溫爐內(nèi)保溫結束后,將軋輥吊到噴淬機上對工作層進行噴霧冷卻至550℃~600℃時,停止噴霧,然后變?yōu)榇碉L冷卻、當工作層溫度為380℃~450℃時轉入電阻爐進行回火處理。

        (4)回火:回火溫度以輥身硬度具體要求而定,一般在500℃~550℃,消除淬火時形成的熱應力及相變應力穩(wěn)定淬火組織,使工作層組織轉變?yōu)榛鼗瘃R氏體+15%~20%碳化物。

        4 效果

        (1)離心復合高鉻鋼軋輥經(jīng)探傷檢驗無結合不良的情況,結合層抗拉強度達到350MPa以上,有效避免了離心層結合不良或剝落的情況。

        (2)通過差溫熱處理、引入中間層手段,使高鉻鋼軋輥輥頸抗拉強度得到大幅度提升,避免軋輥在使用過程中輥頸由于強度不足造成的斷裂。

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