高速钢轧辊工艺的改进与研发

寇兴武

摘 要：文章首先总结了高速钢轧辊的主要优势，然后从离心铸造法，连续浇注外层成型法、电渣重熔法、以及液态金属电渣溶解法这四个方面入手，对高速钢轧辊的制造工艺进行了研究，并就工艺改进方面的关键要点予以说明，望引起各方人员的关注与重视。

关键词：高速钢轧辊；工艺；改进；优势

从轧钢技术发展的角度上来说，提高轧材质量，改善轧钢进度，降低轧钢成本是最主流的发展方向。以带钢轧制为例，交叉轧制、弯辊技术、多辊轧机、低温及大压下量轧制、连铸连轧短流程等技术对轧辊耐磨性、强度及韧性等提出了更高的要求。国外于80年代末开发了铸造高速钢轧辊，将其作用于包括带钢热连轧机的精轧段、粗轧段、钢管轧机和高速线材轧机的预精轧段等多个领域中，优势相当明显，国内也开始重视对高速钢轧辊工艺的应用。文章即从这一角度入手，围绕高速钢轧辊工艺改进与研发方面的相关问题展开分析与探讨。

1 高速钢轧辊主要优势分析

相对于传统意义上的钢轧辊而言，高速钢轧辊无论是从室温还是高温耐磨的角度上来说，均具有非常突出的优势。同时存在较高的硬度和很好的红硬性特征，其抗热裂性能以及抗事故性能均非常突出。从显微组织的角度上来说，主要是由MC、以及M6C合金碳化物镶嵌于奥氏体基体之上所形成的。MC以及M6C具有非常突出的硬度优势，加上奥氏体基体具有较高的热稳定性，且在镶嵌过程当中有大量的合金元素参与反应，在回火期间能够析出一定的弥散性碳化物，产生二次回火后硬化现象，促进马氏体分解温度的提升，表现出更加确切的硬性优势。高速钢轧辊的适应性非常强，能够在延长使用寿命的同时，达到提高轧材质量的目的，可以将其广泛应用于热带连轧精轧机架和各种材质带钢的无规程轧制工作当中，促进其优势的进一步发挥。

2 高速钢轧辊制造技术分析

2.1 离心铸造法

离心铸造法的主要特点是：将液态外层材料和芯部材料以一定的时间间隔浇入铸型内。离心旋转时间、辊芯金属液浇注间隔时间、浇注温度及防止外层金属元素偏析和内外层材料界面氧化是此方法制造轧辊成败的关键。

2.2 连续浇注外层成型法

连续浇注外层成型法的主要技术要点是：在水冷铸型当中放入轧辊辊芯，垂直状态下将熔融的外层高速钢钢水浇注入碳钢芯轴与冷结晶膜的中间位置，使高速钢轧辊辊芯与外层金属充分结合，自下而上凝固，最后将凝固部分向下拉拔，形成连续铸造外层。

2.3 电渣重熔法

电渣重熔法的主要技术特点是：将同心水冷铸模放置于作为芯部材料的圆柱状高强度合金钢周边位置，同时由高速钢或半高速钢制备形成自耗电极，将其放置于铸模与锻钢的中间位置。在自耗电极完全融化后，可发挥外層材料的功能，对该空间进行充分填充。

2.4 液态金属电渣溶解法

液态金属电渣溶解法的主要技术特点是：将作为高速钢复合辊芯部的芯轴插入结晶器中，并与其同轴。轴的外表面和结晶器的内表面的间隙决定复合辊外层厚度。然后将在另外的熔化装置中熔化的渣液浇入结晶器和芯轴的间隙中，渣液形成渣池，它的热量将芯轴表面预热。然后再浇入外层高速钢水，可连续浇入，也可按预先设定的程序浇入。钢水将熔渣上浮，同时在通过渣池时被渣精炼。钢液与已经预热的芯轴表面熔合，并因结晶器的冷却而凝固，形成复合层。借助移动装置不断由结晶器中拉出已经凝固的部分，同时上部钢水不断注入，直至达到预定的复合辊长度为止。

3 高速钢轧辊工艺改进分析

3.1 热处理中辊芯强度下降问题的改进

为了能够使高速钢轧辊外层材料的耐磨性能得到有效提升与改善，关键在于提高高速钢轧辊制造过程中的淬火温度。在现阶段的技术条件下，对于复合高速钢轧辊而言，其辊芯材料主要选为高强度合金球墨球铁。受到材料的限制性因素影响，若高速钢轧辊的淬火温度选择在1250℃以上，则辊芯组织显著粗大，甚至出现局部熔化现象，使辊芯强度显著降低，轧辊使用中易出现断辊现象，影响轧机设备的正常运行。国外已开发成功了高速钢轧辊的亚温热处理工艺，但未对工艺作详细报道。我们应立足于国内，尽快开发高速钢轧辊的热处理工艺，新工艺应该在取消高温淬火，保证辊芯具有高强度的前提下，简便易行，能耗低，污染少。表面感应淬火工艺具有操作方便，对辊芯强度影响小等特点，在铸造高速钢复合轧辊中应用将是可行的。为保证淬硬层深度，建议采用双感应器应淬火工艺。

3.2 辊芯与外层结合强度问题的改进

在采取传统离心方式制造复合高速钢轧辊的过程当中，大多选择球铁作为高速钢轧辊的辊芯材料，其往往具有析出石墨的特点。由于外层材料高速钢当中含有一定的特殊元素，此类元素可能造成铸铁出现白口化的问题，因此，在外层与高速钢轧辊辊芯发生直接接触的部位，石墨化恶化问题非常严重，在碳化物持续析出的情况之下，结合部位的脆性水平明显提升，可能导致复合高速钢轧辊外层在使用过程中发生剥落。除此以外，在使用铸钢作为高速钢轧辊辊芯材料的条件下，由于其具有较高的速度以及延伸率特点，决定了其熔点较高速钢更高，在浇注环节中容易与已经凝固的外层高速钢内表面发生融合反应，导致铸造缺陷的产生，影响结合部的强度。针对此问题，在高速钢轧辊的制造工艺实施过程中，可以在辊芯材料与高速钢材料之间增加中间层（优先选择石墨钢作为中间层），改善辊芯界面与高速钢界面的结合状态，并达到提高复合高速钢轧辊结合强度的目的。

3.3 铸造裂纹问题的改进

结合相关的实践工作经验来看，在对高速钢轧辊进行铸造的过程中，由于合金元素的含量较大且类型较多，因此可能对高速钢的导热性产生影响，在铸造冷却的过程中发生不均匀的问题，并在一定程度上增加了高速钢轧辊的残余应力水平。除此以外，合金元素在高速钢轧辊凝固过程当中容易发生偏析的问题，高速钢材料中相变的不同时性更加明显，相变应力有明显提升趋势。以上因素影响下，导致高速钢轧辊制造期间出现较为明显的裂纹倾向。为了避免裂纹的形成对高速钢轧辊的整体性能产生不良影响，就需要在制造工艺中对钢液进行及时的变质处理，例如，可以选择隔热层与耐火层相结合的双层涂料，也可在浇注中对离心机的转数进行合理调节，从而尽量减轻并消除高速钢轧辊的铸造裂纹。

4 结束语

为了适应现代化轧机以及生产高质量钢材对轧钢工艺方面提出的严格要求，国内外的冶金工作者都将高速钢轧辊工艺技术的研制与改进作为了最主要的工作内容之一。文章即从这一角度入手，分析了高速钢轧辊的主要优势，对当前高速钢轧辊的主要制造工艺方案进行了研究，最后就在制造过程中发现的问题以及工艺改进的主要手段加以了说明，望引起重视。

参考文献

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