| 鑄造高速鋼軋輥應(yīng)用于軋鋼生產(chǎn)始于1988年,當(dāng)時(shí)用在日本一家?guī)т摕徇B軋機(jī)上。隨后美國(guó)和歐洲也開始引入鑄造高速鋼軋輥制造技術(shù)。鑄造高速鋼軋輥?zhàn)畛跤糜趲т摕徇B軋機(jī)精軋機(jī)前段代替高鉻鑄鐵軋輥,后來(lái)精軋后段和粗軋段、鋼管軋機(jī)和線材、棒材及冷軋帶鋼軋機(jī)上也開始使用鑄造高速鋼軋輥,并獲得了滿意的效果。由于高速鋼軋輥具有極高的耐磨性、較強(qiáng)的控制氧化膜的能力、良好的表面質(zhì)量、較高的抗熱裂性能、可延長(zhǎng)軋制周期等一系列優(yōu)點(diǎn),國(guó)外軋輥專家預(yù)測(cè)在未來(lái)10年內(nèi),必將取代高鉻鑄鐵軋輥。 日本新日鐵公司用CPC法生產(chǎn)的鑄造高速鋼復(fù)合軋輥具有很高的耐磨性,使用鑄造高速鋼軋輥后,單位毫米過(guò)鋼量明顯提高,換輥次數(shù)顯著減少,軋輥研磨量減少。軋機(jī)生產(chǎn)能力提高,燃料和動(dòng)力消耗降低,有助于降低軋鋼成本和提高帶鋼質(zhì)量。主要原因是高速鋼軋輥主要含有MC和M6C等高硬度碳化物,再加上高速鋼軋輥的基體組織是由穩(wěn)定、高硬度的馬氏體構(gòu)成以及良好的淬硬、淬透性,使得高速鋼軋輥的硬度降明顯小于其它軋輥,這些特性可保證軋輥在整個(gè)工作期間都具有良好的耐磨性。 為了提高鋼管軋機(jī)生產(chǎn)效率和降低軋輥輥耗,在鋼管軋機(jī)上采用高速鋼軋輥也是相當(dāng)成功的。高速鋼軋輥具有優(yōu)異的耐磨性和抗表面桔皮狀缺陷,使用壽命比傳統(tǒng)材質(zhì)軋輥提高6-10倍,而且無(wú)粘鋼現(xiàn)象發(fā)生。加拿大Dofasco公司自1993年試用鑄造高速鋼軋輥以來(lái),比例不斷提高,目前F2、F3和F4機(jī)架上已全部采用鑄造高速鋼軋輥,使用高速鋼軋輥后,軋輥消耗明顯減少,軋機(jī)作業(yè)率明顯提高,F(xiàn)4機(jī)架的平均過(guò)鋼量從1992年6月的360 t/h提高到1994年11月的490 t/h,帶鋼表面質(zhì)量提高了20%。日本日立公司生產(chǎn)的半高速鋼復(fù)合軋輥也在軋機(jī)上取得了良好的使用效果,與常規(guī)的含5.0 wt.%Cr和含10.0 wt.%Cr的整體鍛鋼軋輥相比,半高速鋼軋輥的磨損少,疲勞層淺,因而軋輥消耗顯著減少,生產(chǎn)相同數(shù)量的冷軋帶鋼,軋輥消耗量?jī)H為5.0 wt.%Cr鋼的21%。南非Vanderbijlpark廠的2050熱軋機(jī)上使用比利時(shí)Marichal Ketin公司開發(fā)出的新型HSS7高速鋼軋輥,每毫米軋鋼量提高到12000 t,而普通高鉻鑄鐵軋輥僅為5000 t。使用高速鋼軋輥后,熱軋帶鋼表面質(zhì)量大大改進(jìn),因氧化鐵皮致使帶鋼質(zhì)量降級(jí)的問(wèn)題減少了2/3,使用高速鋼軋輥具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。 寶鋼2050熱帶粗軋機(jī)采用半高速鋼軋輥,抗熱裂性、耐磨性兼優(yōu),使用壽命是原高鉻鑄鐵軋輥的2倍以上,在精軋前架使用,耐磨性是高鉻鑄鐵輥的3倍,并有效地克服了斑帶缺陷,可軋制高表面質(zhì)量帶材,延長(zhǎng)換輥周期,提高軋機(jī)生產(chǎn)作業(yè)率。高速鋼軋輥在1580PC軋機(jī)粗軋及精軋前段使用,也具有良好的效果。邯鋼將高速鋼軋輥用于CSP生產(chǎn)線的F2、F3機(jī)架,有時(shí)也用于F1機(jī)架,主要軋制SS400、SPHC、SPA2H等鋼種,對(duì)應(yīng)厚度范圍分別為:1.8-6 mm、1.5-3 mm、3-6 mm。統(tǒng)計(jì)其毫米軋制量分別為10500 t,7800 t,8200 t,平均毫米軋制量達(dá)到8900 t,是普通高鉻鐵軋輥的2-3倍,產(chǎn)品表面質(zhì)量明顯提高;軋輥每周期可在機(jī)連續(xù)使用2-3次、減少軋輥磨削1.6次,減少磨削損失0.4 mm,正常情況下每根軋輥減少軋輥消耗25 mm左右。鋼鐵研究總院選用高碳高速鋼做工作層,用合金球墨鑄鐵做輥芯,采用離心鑄造方法制造的高速鋼復(fù)合軋輥,具有工作層硬度高、輥身硬度均勻等特點(diǎn),用于熱軋窄帶鋼軋機(jī)的綜合壽命比高合金鑄鐵軋輥提高10.5倍。福建三鋼(集團(tuán))有限責(zé)任公司高速線材廠于1998年6月開始試用國(guó)產(chǎn)高速鋼輥環(huán),從1998年底陸續(xù)替代硬質(zhì)合金輥環(huán)。雖然高速鋼輥環(huán)硬度(HRC 65)和耐磨性都不如硬質(zhì)合金輥環(huán),但耐熱裂性比硬質(zhì)合金輥環(huán)好得多,其單槽軋制量可達(dá)6500 t左右,比硬質(zhì)合金輥環(huán)高近一倍,一對(duì)高速鋼輥環(huán)與一對(duì)硬質(zhì)合金輥環(huán)的總軋制量大致相同,用高速鋼輥環(huán)取代硬質(zhì)合金輥環(huán)的效益很明顯。此外,由于高速鋼輥環(huán)單槽軋制量高,可減少換輥換槽時(shí)間,提高作業(yè)率;單件重量又比硬質(zhì)合金輥環(huán)低得多,可減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度;輥環(huán)的重修只需在普通車床上加工即可,降低了加工費(fèi)用。珠鋼自投產(chǎn)以來(lái),CSP線熱軋機(jī)組前段機(jī)架一直使用高Cr軋輥。隨著市場(chǎng)對(duì)薄規(guī)格熱軋板需求的激增和質(zhì)量要求的提高,高Cr軋輥的應(yīng)用逐漸顯現(xiàn)出與生產(chǎn)的不協(xié)調(diào),影響高比例薄規(guī)格熱軋板的生產(chǎn)和帶鋼表面質(zhì)量等。目前,高速鋼軋輥已經(jīng)廣泛應(yīng)用于精軋機(jī)組前段機(jī)架,并取得了以下成效:(a) 減少換輥次數(shù),提高生產(chǎn)效率。前段機(jī)架應(yīng)用高速鋼軋輥,換輥周期2倍于高Cr軋輥,3倍于F4-F6軋輥,從而減少了換輥次數(shù),提高了生產(chǎn)效率,促進(jìn)了高比例薄規(guī)格熱軋板的生產(chǎn)。(b) 降低了軋輥的使用成本。由高速鋼軋輥與高Cr軋輥每磨削一次的每毫米軋制噸位和軋制公里數(shù)的比較可知,高速鋼軋輥每磨削一次的軋制噸位約為高Cr軋輥的5倍,高速鋼軋輥的使用降低了軋輥的應(yīng)用成本。(c) 改善帶鋼表面質(zhì)量。對(duì)比高Cr軋輥,高速鋼軋輥具有更高的耐磨性,較好地改善了帶鋼的表面質(zhì)量。應(yīng)用高速鋼軋輥前后集裝箱板帶鋼的表面麻點(diǎn)狀況得到了較好的改善。 另外,高速鋼軋輥因散熱性較差,在軋輥上容易形成溫度差,降低軋輥使用壽命,必須加強(qiáng)軋輥的冷卻能力,使輥面溫度保持在65℃以下。另外高速鋼本身韌性低,耐事故能力低,適用于設(shè)備狀況穩(wěn)定的熱軋機(jī),且在軋機(jī)工作中,若發(fā)現(xiàn)異常,需隨時(shí)停機(jī)檢驗(yàn),以免發(fā)生嚴(yán)重的斷輥事故。使用高速鋼軋輥時(shí),因?yàn)楣ぷ鬏佊捕雀撸鄬?duì)支撐輥也需由原來(lái)的鑄鋼改成鍛鋼。高速鋼的研磨性質(zhì)與傳統(tǒng)軋輥相差很多,軋輥研磨車間的設(shè)備、研磨材料及管理作業(yè)都應(yīng)進(jìn)行改進(jìn),才能發(fā)揮高速鋼軋輥的特殊性能。此外,及早發(fā)現(xiàn)高速鋼軋輥使用中出現(xiàn)的裂紋和防止裂紋擴(kuò)展亦是一項(xiàng)主要的工作。由于高速鋼軋輥壓縮殘余應(yīng)力比普通軋輥大,產(chǎn)生了裂紋也不易發(fā)現(xiàn),需要在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)已下機(jī)架的軋輥進(jìn)行在線渦流探傷、超聲探傷或磁粉探傷,并將發(fā)現(xiàn)的裂紋及時(shí)修磨干凈。 4我國(guó)需要盡快解決的關(guān)鍵技術(shù) 高速鋼軋輥具有優(yōu)異的性能,目前國(guó)外主要采用離心鑄造法、CPC法、ESR法制造,而HIP法和OSPREY法仍在完善和發(fā)展中。由于CPC法制造軋輥裝備復(fù)雜,我國(guó)仍無(wú)法生產(chǎn),而ESR法制造軋輥能耗高,僅適合于制造冷軋輥,用離心鑄造方法生產(chǎn)軋輥裝備簡(jiǎn)單,工藝穩(wěn)定,效率高,是制造高速鋼軋輥的重要方法。但離心鑄造高速鋼軋輥中的關(guān)鍵技術(shù)國(guó)內(nèi)仍未完全解決,從國(guó)外引進(jìn)高速鋼軋輥價(jià)格高,因此國(guó)內(nèi)高速鋼軋輥的推廣應(yīng)用進(jìn)展緩慢,與我國(guó)世界第一鋼材生產(chǎn)大國(guó)的地位不符。為了推動(dòng)高速鋼軋輥在我國(guó)的應(yīng)用,盡快解決高速鋼軋輥制造中的關(guān)鍵技術(shù)是非常有意義的。 1)高速鋼軋輥成分偏析 國(guó)外研究指出,高速鋼中加Nb去W減Mo生產(chǎn)軋輥,偏析問(wèn)題基本解決。但高速鋼去W減Mo后,紅硬性明顯下降,高速鋼軋輥耐磨性降低。此外,我國(guó)W、Mo資源十分豐富,其中W資源占世界總儲(chǔ)量的50%以上,如何利用我國(guó)豐富的W、Mo資源,用普通離心鑄造方法,開發(fā)出高W、Mo含量、無(wú)偏析、高耐磨的高速鋼軋輥是首要問(wèn)題。解決辦法是在離心力場(chǎng)中加入電磁場(chǎng),在鑄造工藝中采用提高凝固冷卻速度等措施,有望徹底消除偏析,提高高速鋼軋輥質(zhì)量。 2)高速鋼軋輥鑄造裂紋 鑄造高速鋼軋輥中含有較多的合金元素,合金元素的加入會(huì)降低鋼的導(dǎo)熱性,加大軋輥冷卻時(shí)的不均勻性,增加軋輥的殘余應(yīng)力;同時(shí),在凝固過(guò)程中由于合金元素的偏析,將會(huì)加大高速鋼相變的不同時(shí)性,增加了相變應(yīng)力。相變應(yīng)力和殘余應(yīng)力的疊加,使得高速鋼軋輥在離心力場(chǎng)作用下表現(xiàn)出較大的裂紋傾向。通過(guò)變質(zhì)處理凈化鋼液和改善組織,提高高速鋼高溫塑性,可防止高速鋼軋輥鑄造開裂。此外選擇合適的離心鑄造工藝參數(shù)對(duì)防止高速鋼軋輥開裂也是非常有意的。 3)高速鋼軋輥高溫?zé)崽幚頃r(shí)內(nèi)層強(qiáng)度明顯下降 從提高高速鋼復(fù)合軋輥外層材料耐磨性角度出發(fā),希望提高淬火溫度。但復(fù)合高速鋼軋輥的輥芯材料通常選用灰鑄鐵、球鐵,若高速鋼軋輥的淬火溫度選擇在1150℃以上,則內(nèi)層組織顯著粗大,甚至出現(xiàn)局部熔化現(xiàn)象,使內(nèi)層強(qiáng)度顯著降低,影響軋輥的使用。國(guó)外已開發(fā)了高速鋼軋輥差溫?zé)崽幚砉に嚕咚黉撥堓伈顪責(zé)崽幚磉^(guò)程中,由于內(nèi)應(yīng)力太大,易出現(xiàn)裂紋。預(yù)計(jì)采用表面感應(yīng)熱處理技術(shù)有望解決上述問(wèn)題。 4)高速鋼軋輥熱處理裂紋 高速鋼軋輥熱處理冷卻過(guò)程中,采用空冷或風(fēng)冷,軋輥硬度低,軋輥耐磨性差,采用油冷,由于冷卻過(guò)快,易開裂。在改善高速鋼高溫塑性的基礎(chǔ)上,開發(fā)新型淬火冷卻介質(zhì)和淬火裝備,既保證高速鋼的淬透性,又不出現(xiàn)淬火裂紋。 5)高速鋼軋輥復(fù)合層結(jié)合不良 影響高速鋼復(fù)合軋輥復(fù)合層結(jié)合質(zhì)量的因素主要有兩種金屬液的澆注溫度和澆注間隔時(shí)間,此外,助熔劑對(duì)復(fù)合層質(zhì)量也影響較大。其中兩種金屬澆注的間隔時(shí)間是決定高速鋼復(fù)合軋輥復(fù)合層結(jié)合強(qiáng)度高低的關(guān)鍵因素。間隔時(shí)間太短,則可能發(fā)生內(nèi)外兩層金屬相混,其結(jié)果是復(fù)合軋輥的耐磨性和機(jī)械強(qiáng)度降低;間隔時(shí)間太長(zhǎng),內(nèi)外層結(jié)合強(qiáng)度降低,使軋輥在脫模、冷卻、機(jī)械加工、熱處理和使用過(guò)程中發(fā)生內(nèi)外層分離。同時(shí)由于高速鋼液體容易氧化,形成堅(jiān)固的氧化膜。若不加助熔劑,這些氧化膜將部分殘留在軋輥內(nèi)外層結(jié)合處,在結(jié)合處易產(chǎn)生氣孔和夾渣等鑄造缺陷,影響結(jié)合強(qiáng)度。普通軋輥生產(chǎn)中常采用的玻璃渣助熔劑,生產(chǎn)低合金軋輥時(shí)是可行的,但生產(chǎn)高速鋼軋輥效果不好。研制密度小、易熔融的助熔劑,它既有防止金屬液氧化的作用,而且使金屬液保持還原性,促進(jìn)金屬液在澆注前混進(jìn)的氧化膜得到還原,從而提高復(fù)合層質(zhì)量。 6)高速鋼軋輥過(guò)高的熱裂紋敏感性 高速鋼軋輥的鑄態(tài)組織粗大,共晶碳化物中還有部分魚骨狀碳化物存在,熱疲勞抗力低,熱裂紋敏感性很大,使用中由于裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致軋輥剝落甚至斷裂是限制耐磨性難以充分發(fā)揮的重要原因。采用變質(zhì)處理措施,選擇合適的變質(zhì)劑和變質(zhì)處理工藝,改善基體組織和共晶碳化物的形態(tài)和分布,提高熱疲勞抗力,提高高速鋼軋輥耐磨性。 7)建立預(yù)測(cè)高速鋼軋輥鑄造質(zhì)量的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型 目前,制造高速鋼的工藝參數(shù)主要憑經(jīng)驗(yàn)確定,工藝穩(wěn)定性差,軋輥性能波動(dòng)大。通過(guò)建立預(yù)測(cè)高速鋼軋輥鑄造質(zhì)量的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,用于指導(dǎo)生產(chǎn),可穩(wěn)定高速鋼軋輥質(zhì)量。 8)加強(qiáng)高速鋼使用特性研究 高速鋼的磨削制度、探傷制度和冷卻方法仍需繼續(xù)進(jìn)行深入研究,以發(fā)揮高速鋼的優(yōu)良性能。 |