高速鋼軋輥工藝的改進與研發

寇興武

摘 要：文章首先總結了高速鋼軋輥的主要優勢，然后從離心鑄造法，連續澆注外層成型法、電渣重熔法、以及液態金屬電渣溶解法這四個方面入手，對高速鋼軋輥的制造工藝進行了研究，并就工藝改進方面的關鍵要點予以說明，望引起各方人員的關注與重視。

關鍵詞：高速鋼軋輥；工藝；改進；優勢

從軋鋼技術發展的角度上來說，提高軋材質量，改善軋鋼進度，降低軋鋼成本是最主流的發展方向。以帶鋼軋制為例，交叉軋制、彎輥技術、多輥軋機、低溫及大壓下量軋制、連鑄連軋短流程等技術對軋輥耐磨性、強度及韌性等提出了更高的要求。國外于80年代末開發了鑄造高速鋼軋輥，將其作用于包括帶鋼熱連軋機的精軋段、粗軋段、鋼管軋機和高速線材軋機的預精軋段等多個領域中，優勢相當明顯，國內也開始重視對高速鋼軋輥工藝的應用。文章即從這一角度入手，圍繞高速鋼軋輥工藝改進與研發方面的相關問題展開分析與探討。

1 高速鋼軋輥主要優勢分析

相對于傳統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勢。同時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勢，加上奧氏體基體具有較高的熱穩定性，且在鑲嵌過程當中有大量的合金元素參與反應，在回火期間能夠析出一定的彌散性碳化物，產生二次回火后硬化現象，促進馬氏體分解溫度的提升，表現出更加確切的硬性優勢。高速鋼軋輥的適應性非常強，能夠在延長使用壽命的同時，達到提高軋材質量的目的，可以將其廣泛應用于熱帶連軋精軋機架和各種材質帶鋼的無規程軋制工作當中，促進其優勢的進一步發揮。

2 高速鋼軋輥制造技術分析

2.1 離心鑄造法

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

2.2 連續澆注外層成型法

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

2.3 電渣重熔法

電渣重熔法的主要技術特點是：將同心水冷鑄模放置于作為芯部材料的圓柱狀高強度合金鋼周邊位置，同時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，可發揮外層材料的功能，對該空間進行充分填充。

2.4 液態金屬電渣溶解法

液態金屬電渣溶解法的主要技術特點是：將作為高速鋼復合輥芯部的芯軸插入結晶器中，并與其同軸。軸的外表面和結晶器的內表面的間隙決定復合輥外層厚度。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熱。然后再澆入外層高速鋼水，可連續澆入，也可按預先設定的程序澆入。鋼水將熔渣上浮，同時在通過渣池時被渣精煉。鋼液與已經預熱的芯軸表面熔合，并因結晶器的冷卻而凝固，形成復合層。借助移動裝置不斷由結晶器中拉出已經凝固的部分，同時上部鋼水不斷注入，直至達到預定的復合輥長度為止。

3 高速鋼軋輥工藝改進分析

3.1 熱處理中輥芯強度下降問題的改進

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，關鍵在于提高高速鋼軋輥制造過程中的淬火溫度。在現階段的技術條件下，對于復合高速鋼軋輥而言，其輥芯材料主要選為高強度合金球墨球鐵。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，甚至出現局部熔化現象，使輥芯強度顯著降低，軋輥使用中易出現斷輥現象，影響軋機設備的正常運行。國外已開發成功了高速鋼軋輥的亞溫熱處理工藝，但未對工藝作詳細報道。我們應立足于國內，盡快開發高速鋼軋輥的熱處理工藝，新工藝應該在取消高溫淬火，保證輥芯具有高強度的前提下，簡便易行，能耗低，污染少。表面感應淬火工藝具有操作方便，對輥芯強度影響小等特點，在鑄造高速鋼復合軋輥中應用將是可行的。為保證淬硬層深度，建議采用雙感應器應淬火工藝。

3.2 輥芯與外層結合強度問題的改進

在采取傳統離心方式制造復合高速鋼軋輥的過程當中，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。由于外層材料高速鋼當中含有一定的特殊元素，此類元素可能造成鑄鐵出現白口化的問題，因此，在外層與高速鋼軋輥輥芯發生直接接觸的部位，石墨化惡化問題非常嚴重，在碳化物持續析出的情況之下，結合部位的脆性水平明顯提升，可能導致復合高速鋼軋輥外層在使用過程中發生剝落。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，決定了其熔點較高速鋼更高，在澆注環節中容易與已經凝固的外層高速鋼內表面發生融合反應，導致鑄造缺陷的產生，影響結合部的強度。針對此問題，在高速鋼軋輥的制造工藝實施過程中，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合狀態，并達到提高復合高速鋼軋輥結合強度的目的。

3.3 鑄造裂紋問題的改進

結合相關的實踐工作經驗來看，在對高速鋼軋輥進行鑄造的過程中，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熱性產生影響，在鑄造冷卻的過程中發生不均勻的問題，并在一定程度上增加了高速鋼軋輥的殘余應力水平。除此以外，合金元素在高速鋼軋輥凝固過程當中容易發生偏析的問題，高速鋼材料中相變的不同時性更加明顯，相變應力有明顯提升趨勢。以上因素影響下，導致高速鋼軋輥制造期間出現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生不良影響，就需要在制造工藝中對鋼液進行及時的變質處理，例如，可以選擇隔熱層與耐火層相結合的雙層涂料，也可在澆注中對離心機的轉數進行合理調節，從而盡量減輕并消除高速鋼軋輥的鑄造裂紋。

4 結束語

為了適應現代化軋機以及生產高質量鋼材對軋鋼工藝方面提出的嚴格要求，國內外的冶金工作者都將高速鋼軋輥工藝技術的研制與改進作為了最主要的工作內容之一。文章即從這一角度入手，分析了高速鋼軋輥的主要優勢，對當前高速鋼軋輥的主要制造工藝方案進行了研究，最后就在制造過程中發現的問題以及工藝改進的主要手段加以了說明，望引起重視。

參考文獻

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