型钢轧辊制造方法及提高其耐磨性的对策

刘宝存

（唐钢重机装备有限公司，河北唐山 063306）

型钢轧辊制造方法不断进步，由铸造平辊开槽到将轧槽直接铸出，使轧辊性能得到大幅提高，带槽铸造轧辊使得整个轧槽的冷硬层和硬度趋向一致，因而，其耐磨性比相同材料的平辊开槽轧辊提高2～3倍。由于铸造带槽轧辊的耐磨性大幅度提高，明显地提高了钢材的表面质量和产量，取得了十分可喜的经济效益。随着国家大型建设工程日益增加，大型钢产品需求也不断增长，轧制大型钢钢材的生产线需要大规格、大吨位、高性能轧辊，但对于大型钢使用的轧辊，由于其轧槽深，常规铸造方法生产带槽轧辊，使用时表现出硬度落差大，使用寿命低。

1 型钢轧辊制造方法与硬度落差的关系

目前国内外制造型钢轧辊的方法主要有两种。一是常法铸造平辊开槽法，另一种是将轧槽直接铸造出来，俗称带槽铸造法。

轧辊属于厚壁铸件，浇注温度高，金属量大，热量高，冷却速度慢。当金属液注入到轧辊冷型后，受散热和热传导影响，从辊身表面到中心冷却速度逐渐减慢，不同的冷却速度将获得不同的组织，致使其组织和性能沿断面均发生较大变化，使得轧辊表面硬度高组织细密，沿辊身断面形成硬度落差。

轧辊硬度落差是指辊身硬度从辊面至中心每10 mm硬度下降的数值。一般以每10 mm硬度下降数值为硬度落差单位。

常法铸造平辊开槽法生产的型钢轧辊，由于轧槽是在铸造后用机加工方法制作，由于辊身存在硬度落差，使得轧辊槽顶与槽底硬度不均匀性较大，如图1所示。故适合制作轧槽不深的中小型钢轧辊。

图1 常法平面开槽法轧辊的硬度落差

对于大型钢轧辊，由于其轧槽深，一般用带槽铸造法制作。其轧槽是直接铸出，其制作冷型有带外冷铁式、活环式和带槽冷型三种。可根据轧辊材质、直径、辊身长度等选用不同的制作工艺。

由于轧槽是铸造时近形铸出，使轧槽内表面与冷型（或冷铁、冷环）直接接触，提高了轧槽内冷却速度，使轧槽内组织得到细化，从而降低了轧槽内硬度落差，使轧槽内硬度不均匀度得到有效控制，如图2所示。型的蓄热系数成正比。λ-铸型热导率；C-铸型热容量；γ-铸型材料的比重。各种铸型的热物理参数见表1.

图2 带槽铸造法轧辊的辊身硬度落差

可以看出，常法平面开槽轧辊的硬度落差比铸造带槽轧辊高出1.3倍。

2 型钢轧辊的制造方法与轧辊耐磨性的关系

铸造轧辊多采用铸型，铸型的蓄热能力决定着轧辊在其内的冷却速度，同样材质金属液浇注到轧辊铸型内，金属液的冷却速度决定了轧辊的组织，冷却速度慢形成耐磨性差的灰口组织，达到一定冷却速度时形成耐磨性好的白口组织，铸型冷却速度对激冷厚度影响如图3所示。铸型的冷却速度与铸

表1 各种铸型的热物理参数

由表1可看出，各种铸型蓄热系数相差较大，金属型蓄热系数是各种铸型中最大的，也是冷却速度最大的，采用金属型为轧辊获得耐磨性组织提供了保障。金属型冷却速度快，使轧辊表层形成耐磨性优良激冷层。

由于受金属型激冷作用的影响，常法铸造平辊开槽法生产的轧辊，辊身激冷层在加工轧槽时大部分被去除，使辊身轧槽内激冷层厚度不均匀，造成轧槽内靠近表层硬度高，轧槽底部硬度低，槽内形成硬度落差使轧辊耐磨性降低。因此，平辊开槽方法制造的轧辊主要应用在开槽不深的中小型钢轧机上。

带槽铸造法生产的轧辊，由于轧槽是铸造时近形铸出，使轧槽内激冷层厚度较为均匀，加工后轧槽表层与槽底硬度接近，槽内硬度落差很小从而轧辊耐磨性比平辊开槽法制造的轧辊提高1.5倍。因此，带槽铸造方法制造的轧辊广泛应用在大中型钢轧机上。

图3 金属型冷却速度对激冷层厚度的影响

3 提高型钢轧辊耐磨性对策

提高型钢轧辊耐磨性，可以采用提高模型冷却速度的方法，国内有资料介绍采用石墨模型可以增加轧辊冷却速度，但这一制造方法受制造成本高等影响基本没有推广使用。作者提出如下建议：

1）对于带槽铸造型钢轧辊制造方法，如何增加镶嵌金属内环的冷却速度很关键，作者尝试了在镶嵌金属内环中增加循环水冷却，以提高内环的冷却效果收到了较好的效果。

2）对于平辊开槽法制造型钢轧辊，可采用轧辊开槽后进行热处理，可达到减少轧辊硬度落差，增加轧辊耐磨性目的。

参考文献：

［1］ 文铁铮，郭玉珍.轧辊制造技术新论［M］.石家庄：河北科学技术出版社，2014.

［2］ 李济玉.带槽轧辊的制造方法对其使用寿命的影响［J］.铸造技术，2004（3）：214-216.