高鉻鐵工作輥在中厚板軋機(jī)的應(yīng)用和推廣

田 旭

（唐山中厚板材有限公司，河北 唐山 063000）

高鉻鑄鐵復(fù)合工作輥工作層中含有15～18%的Cr合金元素，而芯部則為高強(qiáng)度的球墨鑄鐵。由于大量Cr合金元素的作用，外層組織中的碳化物形態(tài)已不是M3C型，而成為顯微硬度高、耐磨性好、呈菊花狀分布的M7C3型，具有良好的耐磨性能。高鉻鐵工作輥存在兩點(diǎn)劣勢，一是導(dǎo)熱性差，使用中對熱沖擊的影響比較敏感，二是使用中對冷卻水的要求較高。所以其抗事故能力低于普通高鎳鉻工作輥。精軋輥比粗軋輥受到的熱沖擊時(shí)間長，工況條件比粗軋機(jī)惡劣，所以需要首先在粗軋機(jī)使用，然后逐步向精軋機(jī)和單機(jī)架推廣[1]。

1 高鉻鐵工作輥鑄造要點(diǎn)

高鉻鐵工作輥在制造過程中需要注意一些技術(shù)要點(diǎn)，首先在鑄造方面，高鉻鐵工作輥采用3層鑄造結(jié)構(gòu)，其目的在于避免工作層合金元素向芯部擴(kuò)散，有效提高工作輥整體性能；其次，高鉻復(fù)合鑄鐵工作輥熱處理工藝采用低溫兩次去應(yīng)力退火，對工作輥加熱到520℃～540℃后保溫一段時(shí)間，隨爐冷卻，這樣的方式可以有效消除內(nèi)應(yīng)力；然后，輥面處理方面，技術(shù)人員需要根據(jù)高鉻鐵工作輥成分、硬度特性，設(shè)定磨削用砂輪參數(shù)和磨床磨削時(shí)的參數(shù)，確保磨削合格的輥面[2]。

1.1 高鉻鐵工作輥的鑄造工藝

高鉻鐵工作輥工作層含有大量的合金元素，因此在工作輥鑄造時(shí)合金元素與芯部球磨鑄鐵的碳元素作用會(huì)形成大量脆性碳化物區(qū)，而后進(jìn)入芯部的合金元素進(jìn)一步與芯部碳元素作用，從而使得芯部碳化物數(shù)量大幅度下降，嚴(yán)重影響工作輥整體性能，這樣的工作輥應(yīng)用在中厚板軋機(jī)之中會(huì)導(dǎo)致工作輥結(jié)合層剝落，嚴(yán)重情況下會(huì)導(dǎo)致斷輥事故。根據(jù)技術(shù)人員的研究，我們結(jié)合國內(nèi)外高鉻鐵工作輥應(yīng)用在中厚板軋機(jī)上的技術(shù)資料以及其它單位使用經(jīng)驗(yàn)，決定使用三層復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行高鉻鐵工作輥的鑄造，也就是通過在高合金工作層與高碳元素的球墨鑄鐵芯部之間增加一層低碳低合金含量中間層作為緩沖，來實(shí)現(xiàn)阻止合金元素向芯部擴(kuò)散的目的，從而提高工作輥結(jié)合層性能，最大程度上避免高鉻鐵工作輥在中厚板軋機(jī)中應(yīng)用時(shí)出現(xiàn)剝落甚至斷輥事故。增加中間層需要建立在清晰掌握高鉻鐵各部分、各層次化學(xué)成分的基礎(chǔ)上，具體成分見表1。

表1 高鉻鐵工作輥外層、中間層與芯部化學(xué)成分

高鉻鐵工作輥主要鑄造過程為：首先在臥式離心機(jī)上鑄造工作層、中間層，然后在垂直狀態(tài)下澆注芯部。首先，工作層、中間層的鑄造采用臥式離心鑄造，離心鑄造是一種將熔融的金屬熔液澆入高速旋轉(zhuǎn)的冷型中、在離心力的作用下冷卻凝固的鑄造方法，鑄造成品具有外層合金組織致密、硬度落差小、厚度均勻等優(yōu)勢。在鑄造工作層、中間層時(shí)，冷型要保持足夠的轉(zhuǎn)速，這樣獲得的逐漸組織更加致密，經(jīng)過計(jì)算和實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)可知，鑄造高鉻鐵工作層、中間層的過程中，冷型轉(zhuǎn)速應(yīng)當(dāng)保持在500r～600r/min，如果鑄造過程中冷型的轉(zhuǎn)速過低，會(huì)因?yàn)闆]有足夠的離心力，導(dǎo)致成品出現(xiàn)夾雜、內(nèi)表面不平整等缺陷，甚至?xí)霈F(xiàn)雨淋現(xiàn)象；若冷型的轉(zhuǎn)速過高，則會(huì)產(chǎn)生過大的離心力，導(dǎo)致鑄件出現(xiàn)裂紋，加重成分偏析。其次，高鉻鐵工作輥芯部的鑄造通常采用砂型鑄造，澆注溫度需要控制在1350℃～1390℃之間，澆注速度控制在2～4t/min左右，有助于鐵水對工作輥內(nèi)表面保護(hù)渣的沖刷，保證夾雜物的充分上浮[3]。

1.2 高鉻鐵工作輥的熱處理工藝

高鉻鐵工作輥在鑄造完成之后，工作層含有大量殘余奧氏體，其含量可達(dá)45%以上，殘余奧氏體是一種不穩(wěn)定的組織，它的存在會(huì)嚴(yán)重影響工作輥的使用性能，因此，高鉻鐵工作輥必須經(jīng)過熱處理工藝消除殘余奧氏體后，才能使工作輥性功能達(dá)到最佳狀態(tài)，才能夠投入中厚板軋機(jī)進(jìn)行使用。高鉻鐵工作輥主要有兩種熱處理工藝：其一是低溫?zé)崽幚砉に嚕瑢⒐ぷ鬏伨徛訜岬脚R界溫度AC1以下，保溫一段時(shí)間，以爐冷方式冷卻到低于150℃以下兩段退火工藝，處理后的高鉻鐵工作輥的硬度約75HS左右；其二是高溫奧氏體化熱處理工藝，將工作輥加熱到奧氏體化溫度以上30℃～50℃，保溫一段時(shí)間，出爐風(fēng)冷到450℃以下，入爐回火，回火過程中采用三段回火工藝，處理后的高鉻鐵工作輥的硬度約為80HS左右，高于低溫?zé)崽幚砉に囂幚淼墓ぷ鬏仭８鶕?jù)實(shí)踐可知，過高的硬度往往容易造成工作輥掉塊事故，因此，在硬度存在要求的情況下，技術(shù)人員需要酌情選

表3 高鎳鉻工作輥與高鉻鐵工作輥軋制板材尺寸統(tǒng)計(jì)mm

擇熱處理工藝。

1.3 高鉻鐵工作輥的探傷工藝

高鉻鐵工作輥的探傷工藝主要有四種：其一是表面質(zhì)量檢查，高鉻鐵工作輥到中厚板軋機(jī)上后，要進(jìn)行目測檢查確定高鉻鐵工作輥表面沒有肉眼可見的氣孔、夾渣、裂紋、砂眼、亮斑、劃痕、麻點(diǎn)、凸塊等缺陷，滿足要求；其二是硬度檢查，高鉻鐵工作輥硬度的檢驗(yàn)需取四條沿圓周方向均勻分布的母線，在每條母線上分別進(jìn)行檢測；其三是超聲波探傷，高鉻鐵工作輥需要按照現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1504-2008中的規(guī)定進(jìn)行超聲波探傷檢查，超聲波探傷的質(zhì)量級別應(yīng)達(dá)到Ⅱ級要求，離心層厚度≥70mm，工作層內(nèi)未發(fā)現(xiàn)異常波，輥身穿透檢測，能檢出清晰的底波，才算工作層質(zhì)量與結(jié)合質(zhì)量達(dá)到技術(shù)要求；其四是金相組織檢查，工作輥芯部采用球墨鑄鐵，經(jīng)過球化孕育處理，組織由金屬基體和球狀石墨組成，只有工作輥芯部顯微組織無氣孔、夾雜、疏松、裂紋等缺陷，石墨大部分呈球狀，少量團(tuán)狀和團(tuán)絮狀，球化率達(dá)到90%～95%，碳化物分布均勻，沿晶界無析出的網(wǎng)狀碳化物存在，才能表示高鉻鐵工作輥的鑄造符合鑄造要求[4-6]。

2 高鉻鐵工作輥在中厚板軋機(jī)中的應(yīng)用效果

高鉻鐵工作輥在中厚板軋機(jī)中的應(yīng)用效果需要在具體實(shí)踐中進(jìn)行驗(yàn)證，通過下機(jī)后觀察，高鉻鐵工作輥表面質(zhì)量良好，未出現(xiàn)裂紋、掉塊、剝落等現(xiàn)象，工作輥軋制米數(shù)增加，工作輥磨削量明顯下降，測量板材厚度精度可以發(fā)現(xiàn)，高鉻鐵工作輥比高鎳鉻工作輥有顯著提高。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)計(jì)算可知，應(yīng)用了高鉻鐵工作輥的一線精軋機(jī)每24小時(shí)左右換輥一次，日產(chǎn)約5000～6000噸，統(tǒng)計(jì)一線精軋機(jī)高鉻鐵工作輥與高鎳鉻工作輥磨削量對比，結(jié)果如下表，通過對比，高鉻鐵工作輥比高鎳鉻工作輥磨削量降低33.86%。

表2 高鉻鐵工作輥與高鎳鉻工作輥單次磨削量統(tǒng)計(jì)mm

3 高鉻鐵工作輥在中厚板軋機(jī)中的應(yīng)用經(jīng)濟(jì)效益

3.1 高鉻鐵工作輥的應(yīng)用成本

根據(jù)高鉻鐵工作輥與高鎳鉻工作輥的應(yīng)用對比可知，在實(shí)際生產(chǎn)中，單支高鎳鉻工作輥40萬元/支，高鉻鐵工作輥44萬元/支，工廠一年中采購6支高鉻鐵工作輥，費(fèi)用增加9.09%，24萬元；但在實(shí)際生產(chǎn)中，高鉻鐵工作輥比高鎳鉻工作輥磨削量降低33.86%，使用壽命為高鎳鉻工作輥的1.5倍，6支高鉻鐵工作輥使用壽命相當(dāng)于9支高鎳鉻工作輥，綜合來講，應(yīng)用高鉻鐵工作輥每年可以為工廠節(jié)約成本費(fèi)用72萬元。

9×40-6×44=96萬元 96-24=72萬元

3.2 高鉻鐵工作輥的應(yīng)用利潤

在工作輥使用約5000米時(shí)通過測量二線單機(jī)架軋制的成品板材厚度，來測量高鉻鐵工作輥與高鎳鉻工作輥在中厚板軋機(jī)軋制板材厚度影響方面。首先，我們各選取2塊材質(zhì)、厚度及寬度均相同的成品板材，在橫向上選擇9個(gè)測量點(diǎn)，這9個(gè)測量點(diǎn)進(jìn)行均勻分布，所得到的板材軋制橫向厚度數(shù)據(jù)如下表。

在板材尺寸精度控制方面，按理論重量交貨的板材，高鉻鐵工作輥要比高鎳鉻工作輥節(jié)約0.93%。工廠在使用6支高鉻鐵工作輥的情況下，軋制理論重量交貨板材約16萬噸，每噸平均售價(jià)4000元，共可節(jié)約費(fèi)用16×4000×0.93%=595.2萬元

4 結(jié)束語

高鉻鐵工作輥在中厚板軋機(jī)中已經(jīng)成功投入應(yīng)用和推廣，通過工廠的實(shí)踐可知，無論是粗軋機(jī)還是精軋機(jī)、二線單機(jī)架方面的使用，高鉻鐵工作輥均取得良好效果。通過統(tǒng)計(jì)磨削量和測量板材厚度尺寸可知，高鉻鐵工作輥相較于高鎳鉻工作輥的優(yōu)勢很明顯，應(yīng)用高鉻鐵工作輥可以有效提高板材的生產(chǎn)質(zhì)量。

通過對比高鉻鐵工作輥與高鎳鉻工作輥的生產(chǎn)成本和最終生產(chǎn)成品獲取利潤可知，高鉻鐵工作輥在降低工作輥費(fèi)用、控制生產(chǎn)成本及提高板材尺寸精度、提高板材在市場上的經(jīng)濟(jì)價(jià)值起到積極作用，有效提高了工廠生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。

通過對比高鉻鐵工作輥與高鎳鉻工作輥的質(zhì)量安全事故率可知，應(yīng)用高鉻鐵工作輥一年時(shí)間內(nèi)，未發(fā)生裂紋、剝落、掉塊等事故，高鉻鐵工作輥工作安全水平較高。這三方面的優(yōu)勢使得高鉻鐵工作輥在中厚板軋機(jī)生產(chǎn)領(lǐng)域中推廣和應(yīng)用，能夠得到更為優(yōu)秀的效果。