冷轧辊材质及制造技术发展趋势

孙满臣 吉建旭 韩维国 杨 威 刘建军

(1.轧辊复合材料国家重点实验室，河北054025；2.中钢集团邢台机械轧辊有限公司，河北054025；3.邢台轧辊小冷辊有限责任公司，河北054025)

冷轧辊发展是在冷轧行业的拉动和轧辊制造相关技术的推动下前进的。从冷轧行业的需求来看，对增强耐磨性、粗糙度保持性能、抗事故性能以及均匀性等指标的要求越来越高，目的是为了实现自由轧制，轧制高档次板材，降低轧辊辊耗等，在这些要求的拉动下，轧辊制造企业也在不断努力来改进和创新轧辊制造技术，主要表现在材质升级及制造技术两个方面。

1 冷轧辊材质发展趋势

1.1 普通Cr2、Cr3、Cr5材质冷轧辊

二十世纪五六十年代，轧材多为碳素结构钢，强度和硬度都不高，这一时期应用研究最为广泛的是Cr2材质锻钢冷轧辊；七八十年代，轧材合金化程度提高，高强度低合金结构钢所占比例增大，这一时期应用最广泛的是含Cr量2%～3%的Cr-Mo钢和Cr-Mo-V钢，轧辊的强度和硬度明显提高；但是随着轧钢工业的飞速发展对冷轧板的表面质量提出更高的要求，国内在九十年代研制出Cr5型Cr-Ni-Mo-V深淬硬层锻钢冷轧辊，并在此基础上通过调整合金元素，利用V、Nb、Ti等元素变质处理等方法，研制出抗辊印轧辊、高粗糙度保持能力轧辊等具备不同使用性能的系列化产品。轧辊的有效工作层也由最初的10 mm～20 mm逐步增加到30 mm、40 mm、甚至50 mm。

1.2 锻造半高速钢、高速钢材质冷轧辊

目前国内冷轧生产线有300多条，产能近1.2亿吨，但冷轧市场普遍低迷，利润空间不断被压缩，促使各钢铁企业不得不向轧制高端板材方向升级转变。高端板材向高精度、高强度、超薄规格方向发展，使得冷轧轧制技术不断提高，而作为钢板轧制的主要部件，冷轧辊的制作质量和使用性能对冷轧板的质量影响较大。目前Cr5系列主流冷轧辊材质在轧制高端板材时暴露出耐磨性、抗事故性能不足等问题，影响冷轧机生产效率发挥和产品质量提高，急需进一步提高轧辊性能以适应轧机的需要。

锻造半高速钢冷轧辊是在Cr5冷轧辊材质的基础上开发出来的，提高了各种合金元素的含量，碳化物数量也相应增加，从而提高轧辊的耐磨性达到两倍。并且轧辊淬火采用高温回火，大大提高了轧辊的抗事故性。

锻造高速钢冷轧辊是近年来国内外研究开发的热点，高速钢轧辊材料中含有大量的碳化物形成元素铬、钼、钒、钨，能够形成大的MC、Mo2C型碳化物，大大提高了冷轧辊的强度、耐磨性、粗糙度保持性，其使用性能明显优于普通Cr5型材质冷轧辊。

锻造高速钢冷轧辊基于材质本身的固有特性，具有较高的辊身硬度、高耐磨性和适当的韧性；同时，由于高速钢具有二次硬化特性，有很好的抗回火性能。高速钢轧辊表面粗糙度保持能力、抗划伤能力、板型控制能力、抗事故能力明显提高，可以取代镀铬轧辊，特别是在轧制高等级汽车板、高强钢及硅钢方面，降低轧辊消耗60%，提高轧制带材产品的板面质量，并提高轧制效率，成为高端板材轧制的优选方案。

1.3 小结

锻钢冷轧辊合金成分不断增加，Cr2、Cr3、Cr5、锻造半高速钢、高速钢等高合金钢和合金化冷轧辊材质在冷轧辊上的应用是一个趋势。目前，Cr5材质冷轧辊仍会是如今乃至未来几年内现代化板材冷轧机的主导轧辊材质，而具有不同使用特性的改进型Cr5材质冷轧辊的应用比例将不断扩大，以适应不同轧制条件的需要。

可见，冷轧辊材料的发展方向是不断优化Cr5系列化，以改善冷轧辊碳化物基体的组织性能，提高其使用性能，同时发展具有更高综合性能的半高速钢、高速钢作为冷轧辊材料，确保冷轧辊能适应新型轧机和轧制技术发展的需要。

2 冷轧辊制造技术发展趋势

2.1 常规冷轧辊最优成本制造技术

为了满足锻钢冷轧辊各项性能指标的要求，普遍采用炉外精炼+重熔钢+加热锻造+锻后热处理+预备热处理+最终热处理，可见冷轧辊生产工艺流程长，制造工艺复杂，制造成本很高。

通过冷轧辊制造技术的不断研究与应用，目前冷轧辊在出材率、净毛比及制造工艺等方面进行优化，在保证产品质量的基础上，实现了冷轧辊的最优成本制造，以适应销售价格持续下滑的局面。

2.2 锻造高速钢冷轧辊制造技术

对于锻造高速钢轧辊的生产，国外仅有阿克斯公司号称具有锻造高速钢生产技术，由于锻造高速钢冷轧辊的制造技术难度及使用技术原因，高速钢轧辊的国产化进程比较缓慢。

目前国内我公司通过自主研发成功实现了锻造高速钢的国产化，在高速钢材质的冶炼、精炼以及铸锭工艺研究形成了专有核心技术。在多年锻钢轧辊生产制造技术研究基础上，在锻造变形内裂控制技术、锻造热处理模拟仿真技术、电渣重熔渣系工艺技术、粗糙度磨削技术等方面进行系统攻关研究，形成集高速钢轧辊的材质研究、性能模拟、成型工艺、使用研究为一体的高速钢轧辊制造技术。成功开发出的我国自主知识产权的锻造高速钢轧辊能满足不同客户对高端板材轧制需求。对于促进国内轧辊行业整体技术进步，满足大型钢铁企业轧制高品质冷轧板材，具有重要意义。

2.3 冷轧辊复合制造技术

为了实现自由轧制，轧辊制造厂家一直致力于轧辊材质及制造工艺方面寻求创新与突破，锻造半高速钢、高速钢冷轧辊的研制成功很好地解决了免镀铬这一难题，但整体大型锻造高速钢的制造难度大，生产成本高，为解决这一问题，轧辊成形技术由整体向复合发展，开发各式各样的复合成型技术都体现了力求满足轧辊工作层和辊颈对材料性能的不同要求、力求达到最好的质量和最佳的成本的技术思想。

目前国际上日本日立协和公司拥有锻造旋转电渣重熔复合轧辊制造技术，其主要用于冷轧辊；新日铁等公司具有CPC复合轧辊制造技术，主要用于热轧辊；欧洲轧辊企业也曾进行过电渣复合方面的研究，但是对于电渣复合轧辊制造技术及使用方面资料介绍很少；乌克兰曾进行过电渣液态浇注法(ESSLM)制备复合轧辊的理论研究和试验。

我公司依托“国家轧辊复合材料重点实验室、国家轧辊技术中心、国家轧辊研究所”—3C(Country国家)科研平台与院校合作，在轧辊复合制造技术方面也正在开展“产、学、研、用”一体化的项目研究。

多种冶金复合轧辊的制造技术，用于生产半高速钢、高速钢等冷轧辊，替代整体锻钢轧辊，可充分体现技术、性能和成本优势，是冷轧辊制造技术的主要发展方向。

2.4 精炼冷轧辊制造技术

锻钢冷轧辊是一类技术含量高，生产工艺流程长，制造工艺复杂的高技术含量的产品。尤其是目前普遍采用电渣重熔技术制造锻钢冷轧辊，导致冷轧辊坯的制造成本很高，虽然国内外的一些冷轧辊制造厂家也曾尝试过采用精炼钢制造锻钢冷轧辊，但都没有能够起到替代电渣钢冷轧辊的作用。

据《锻钢冷轧辊辊坯制造技术》介绍宝钢特钢对精炼冷轧辊与电渣重熔冷轧辊的性能进行了全面对比，Cr3及以下精炼冷轧辊的无损检测合格率可达到90%且相对稳定，低倍组织、珠光体球化组织、碳化物及力学性能等检测结果与电渣钢水平相当，但Cr5精炼冷轧辊无损检测合格率较低且不稳定，尤其是精炼冷轧辊的表面波无损检测问题是制约其发展的主要因素。因此还需通过炉外精炼新工艺的发展，继续提高钢水的精炼水平。

2.5 冷轧辊再制造技术

由于冷轧辊辊坯的生产需要冶炼、精炼、电渣重熔、锻造等多台套设备来完成，必须有资金和技术的多重投入和支持，因此国内冷轧辊生产厂家多是以热处理和加工为主，仅有极少数厂家有完整的冷轧辊生产线，其它冷轧辊制造厂家均是从锻造厂家采购辊坯或外购废辊改制。

由于辊坯专业制造厂家匮乏，包括某些较知名的冷轧辊厂家，没有固定的辊坯供货单位，造成采购困难且供货不及时，同时加上废辊回收价格较低，于是采用再制造方法为客户提供改制轧辊，造成冷轧辊市场价格激烈无序竞争，质量参差不齐，直接影响冷轧辊行业的健康发展。

经过对不同类型轧机再制造辊与常规辊上机实轧效果对比，毫米轧制量再制造辊较常规辊降低15%以上，尤其对于事故较多的单机架轧机，再制造辊的事故消耗要高于常规辊35%以上，常规辊使用优势更加明显。

轧辊消耗在轧钢过程中所占成本比例不到百分之一，而正是这不到百分之一的成本，可能会对冷轧板带材质量起到决定性作用。钢厂冷轧带钢质量的稳定和生产效率的提高所带来的经济效益，要大于采购优质轧辊所带来制造成本微增(有可能不增)。

2.6 小结

随着冷轧行业向高端板材发展和冷轧辊行业销售价格持续下滑的双重影响，冷轧辊制造技术正向着高端制造和最优成本制造两个方向发展，其中高速钢冷轧辊的成功研制汇聚了多项高端制造技术的集成；同时最优成本制造已成为轧辊企业赖以生存的必备基础，因此新流程、新技术、新工艺在冷轧辊制造上的应用将是今后的主要发展趋势。