鍛鋼軋輥

鋼錠經(jīng)鍛造加工生產(chǎn)的軋輥。鍛造能將鋼錠內(nèi)部的疏松、縮孔等冶金缺陷鍛合，將粗大的鑄造組織破碎從而獲得組織致密、成分均勻的高質(zhì)量軋輥。鍛鋼軋輥比同類(lèi)鑄造軋輥有更好的強(qiáng)韌性、表面硬度均勻性和抗疲勞性能。(表1)為適應(yīng)不同軋機(jī)和軋制條件的具體要求，可在軋輥用鋼中加入不同合金元素，提高軋輥使用性能。

鍛鋼軋輥(forged steel roll)

鋼錠經(jīng)鍛造加工生產(chǎn)的軋輥。鍛造能將鋼錠內(nèi)部的疏松、縮孔等冶金缺陷鍛合，將粗大的鑄造組織破碎從而獲得組織致密、成分均勻的高質(zhì)量軋輥。鍛鋼軋輥比同類(lèi)鑄造軋輥有更好的強(qiáng)韌性、表面硬度均勻性和抗疲勞性能。(表1)為適應(yīng)不同軋機(jī)和軋制條件的具體要求，可在軋輥用鋼中加入不同合金元素，提高軋輥使用性能。一定含量的碳和合金元素對(duì)鍛鋼輥組織和性能有如下不同的作用：碳能增加軋輥硬度和強(qiáng)度，降低塑性，提高耐磨性；錳能增加淬透性和強(qiáng)度；硅起脫氧作用并提高強(qiáng)度；鉻能增加淬透性和強(qiáng)度，提高耐磨性；鉬能增加淬透性、強(qiáng)度和熱硬度；釩能控制鋼的晶粒度，增加強(qiáng)度。常用鍛鋼熱軋輥和支承輥的主要化學(xué)成分見(jiàn)表2。

鍛鋼軋輥的生產(chǎn)過(guò)程包括冶煉、鑄錠、鍛造、鍛后熱處理、粗加工、最終熱處理、精加工等主要工序。生產(chǎn)鍛造軋輥所選用的設(shè)備以及工藝參數(shù)的選擇和控制必須保證滿足成品軋輥對(duì)化學(xué)成分、力學(xué)性能、組織、冶金質(zhì)量、尺寸公差、內(nèi)應(yīng)力分布以及表面狀態(tài)等的要求。

冶煉 20世紀(jì)50年代以前，鍛鋼軋輥用鋼基本上采用堿性平爐或堿性電爐冶煉。質(zhì)量要求高者，則用酸性平爐冶煉。自20世紀(jì)50年代起，真空技術(shù)逐漸應(yīng)用于煉鋼，電爐、平爐或轉(zhuǎn)爐冶煉的鋼水，經(jīng)真空處理和真空澆注后，生產(chǎn)出含氫量低、夾雜少的鋼，用于生產(chǎn)要求較高的冷軋工作輥和支承輥。自60年代起，鋼包精煉爐也開(kāi)始用于軋輥鋼的冶煉。電爐、平爐或轉(zhuǎn)爐提供的低磷、化學(xué)成分接近成品鋼的粗煉鋼水，在精煉爐中脫硫，微調(diào)成分，經(jīng)真空處理后排除氫、氮、脫氧和排除夾雜，可獲得較純凈的鋼水。鑄錠在氬氣保護(hù)下或在真空下澆注。

鋼包精煉爐為生產(chǎn)質(zhì)量高、噸位大的支承輥創(chuàng)造了條件。與此同時(shí)，真空白耗和電渣重熔鋼也由于其潔凈度高、偏析小和結(jié)晶細(xì)密，開(kāi)始用來(lái)制造軋制高碳鋼、合金鋼、金屬箔材用的高硬度工作輥。無(wú)論采用何種冶煉方式，對(duì)原料和輔助材料的要求均很?chē)?yán)格。冶煉時(shí)選用硫、磷以及其他雜質(zhì)含量低的優(yōu)質(zhì)生鐵和廢鋼。對(duì)造渣材料如石灰和螢石、鐵礦石以及各種鐵合金、脫氧劑、增碳劑等除了有嚴(yán)格的質(zhì)量規(guī)定外，使用前還要徹底干燥，以防氣體和夾雜帶入鋼水中。冶煉須在爐體良好的情況下進(jìn)行。冶煉好并且成分合格的鋼水一般在高出液相線溫度80～120℃下出鋼。若采用真空處理或澆鑄，出鋼溫度要相應(yīng)提高，以補(bǔ)償這些工序帶來(lái)的溫度損失。出鋼、真空處理和澆注所用的出鋼槽、鋼水包、中間罐以及鋼錠模、澆道、冒口等均經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的檢查，以避免鋼水在出鋼、處理和澆注過(guò)程中帶入夾雜。軋輥鋼錠的澆注可分為上注和下注。與上注法相比，采用下注法澆注的鋼錠表面質(zhì)量要好。但下注法對(duì)澆道耐火材料的要求嚴(yán)格。重量20t以下的錠型已開(kāi)始采用下注法澆注，而國(guó)際上已擴(kuò)大至120t。為了保證鋼錠的內(nèi)在的和表面的質(zhì)量，應(yīng)控制鋼的澆注溫度和澆注速度，而注溫和注速則取決于鋼錠的尺寸和澆注方法，且隨鋼水澆入錠中位置而改變。采用保溫冒口或向冒口中加入保溫劑或發(fā)熱劑能保證鋼錠的補(bǔ)縮。

鍛造 鋼錠在模中冷卻到600℃以上脫膜直接裝入高溫爐加熱稱為熱裝。熱裝時(shí)加熱到鍛造溫度的加熱速度可不受限制。冷鋼錠的加熱制度需按專用規(guī)范進(jìn)行。鋼錠的鍛造過(guò)程視鋼錠的尺寸和材質(zhì)可分別在水壓機(jī)、油壓機(jī)或自由鍛錘上進(jìn)行。鋼錠鍛壓成帶粗加工余量的成品毛坯。整個(gè)鍛壓過(guò)程必須保持在獲得軋輥鋼再結(jié)晶過(guò)程和晶粒細(xì)化的溫度范圍內(nèi)，并保證足夠的塑性并防止產(chǎn)生鍛造裂紋。對(duì)各類(lèi)軋輥的始鍛和終鍛溫度均有嚴(yán)格的規(guī)定。

鍛造由壓鉗把、倒棱、鐓粗、拔坯壓實(shí)、精鍛等基本工序組成。鍛造輥套時(shí)，尚有沖孔、擴(kuò)孔等工序。鍛造比是反映鍛件質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，熱軋輥的鍛造比一般不小于2.5；冷軋輥不小于3；支承輥不小于2。借助于冶煉和鍛造技術(shù)的改進(jìn)，鍛造比可適當(dāng)降低，如用電渣重熔鋼生產(chǎn)冷軋輥選用鍛造比為2。鋼錠的冒口應(yīng)有足夠的切除量，以便去除鋼錠的縮孔和偏析。通常熱軋輥的鍛件鋼錠利用率為55%～62%；冷軋輥及支承輥為55%～60%。軋輥鋼錠鐓粗后，依軋輥的種類(lèi)、重量及尺寸大小選用不同鍛造法進(jìn)行拔坯壓實(shí)工序。寬砧大壓下量鍛造法(KD法)適用于高、中及低塑性，大、中型冷、熱軋工作輥及支承輥；寬平砧強(qiáng)壓下鍛造法(wHF法)和去除中心部位拉應(yīng)力鍛造法(FM法)適用于高、中塑性大型及特大型支承輥；中心壓實(shí)法同WHF法或FM法可配合使用。各種鍛造方法的參數(shù)列于表3。軋輥鍛件的典型鍛造工藝列于表4。鍛鋼軋輥多是整鍛的，也有鑲套的和組合的。最大的整鍛和鑲套的支承輥直徑已達(dá)2400～2500mm，輥身長(zhǎng)5000～5500mm，重250t。隨著軋制速度的日益提高和控制軋制技術(shù)的推廣應(yīng)用，要求鍛鋼軋輥朝著進(jìn)一步提高強(qiáng)韌性方向發(fā)展。

熱處理 鍛鋼軋輥根據(jù)材質(zhì)和用途的不同，進(jìn)行不同的熱處理。

(1)中碳鋼(0.35%～0.65%C)軋輥一般經(jīng)正火回火或調(diào)質(zhì)處理后用作熱軋的初軋輥、粗軋輥和支承輥。在正火回火狀態(tài)下抗拉強(qiáng)度500～800MPa，在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下為800～1100MPa，硬度約255～325HB。鐵素體不耐磨，而且其含量越高，軋輥在軋制過(guò)程中粘連程度也越大。因此熱軋輥的含碳量規(guī)定不小于0.45%。合金元素含量應(yīng)根據(jù)軋輥直徑大小和強(qiáng)度要求確定，從而保證足夠的強(qiáng)韌性。直徑大的支承輥還可以使用差溫?zé)崽幚?支承輥熱處理))，處理后的輥身硬度可達(dá)HS80。

(2)高碳鋼(0.7%～1.0%C)軋輥可經(jīng)正火回火處理或調(diào)質(zhì)處理后用作支承輥。當(dāng)支承輥輥身硬度要求很高時(shí)則需用淬火回火處理，淬火回火后的硬度可達(dá)70~80HS，淬硬層深度小于50mm。淬火至高硬度的鍛鋼輥用作板帶鋼冷軋工作輥、中間輥、平整輥和有色金屬(鋁、銅、鋅)冷軋輥。

機(jī)加工 軋輥的粗加工在軋輥車(chē)床上完成。為了保證尺寸精度，廣泛使用數(shù)控機(jī)床加工最終熱處理前還要進(jìn)行超聲波探傷。軋輥中心孔的加工與否取決于軋機(jī)設(shè)計(jì)、淬火要求、檢驗(yàn)結(jié)果等一系列因素。最終熱處理后毛坯精加工成規(guī)定尺寸、表面精度和粗糙度的成品軋輥。精加工包括車(chē)、鉆、銑、磨等工序。成品軋輥經(jīng)過(guò)硬度、尺寸、組織、性能等一系列檢查后提供使用。

國(guó)內(nèi)曾經(jīng)使用過(guò)鍛鋼軋輥和無(wú)限冷硬鑄鐵軋輥，除普通冷硬鑄鐵外，還有低鎳鉻鉬、中鎳鉻鉬、高鎳鉻鉬鑄鐵材料，高檔次的冷硬鑄鐵材料為高鎳鉻鉬冷硬鑄鐵。這類(lèi)材質(zhì)軋輥的缺點(diǎn)是硬度低，耐磨性不好。后來(lái)采用了球墨復(fù)合鑄鐵軋輥，相對(duì)而言，使用壽命提高了幾倍，至今仍在使用。國(guó)外則一般采用半鋼和高硬度特殊半鋼材質(zhì)，對(duì)克服表面粗糙和抗磨損都很有效。

為了提高熱軋輥的表面耐磨性，熱軋輥的材料不斷地得到改進(jìn)，其基本的發(fā)展過(guò)程是從冷硬鑄鐵到高鉻鑄鐵到半高速鋼和高速鋼。

高鉻鑄鐵軋輥的化學(xué)成分為：2.0%～4.0%C，10%～30%Cr，0.15%～1.6%Ni，0.3%～2.9%Mo。其本質(zhì)是一種高耐磨性的高合金白口鐵，鉻含量一般在10%～15%，其碳化物主要是M7C3型，與白口鑄鐵的連續(xù)的M8C型碳化物不同，它不但具有良好的耐磨性，還有較高的硬度(HV可達(dá)1800)，基體為奧氏體、馬氏體，因而其硬度和韌性結(jié)合較好。實(shí)際的軋制生產(chǎn)表明，高鉻鑄鐵軋輥有較好的抗熱裂性能，原因是軋輥表面生成一層致密且有韌性的鉻的氧化膜，能減少熱裂紋的數(shù)量和深度。因此，高鉻鑄鐵輥在20世紀(jì)80年代被非常廣泛用于精軋前架。高鉻鑄鐵復(fù)合軋輥已廣泛用作熱軋帶(鋼)連軋機(jī)，粗軋和精軋前段工作輥、寬中厚板；粗軋和精軋工作輥及小型型鋼和棒材軋機(jī)精軋輥等。

高鉻鑄鐵軋輥的熱處理有兩種形式，一是低于臨界轉(zhuǎn)變溫度的亞臨界熱處理，另一種是高于臨界點(diǎn)A3的高溫?zé)崽幚?。高鉻軋輥表面材料的珠光體基體，希望具有極細(xì)的片間距，并在基體上有大量彌散分布的二次碳化物，要求有盡量低的殘余奧氏體和殘余應(yīng)力，所以一般選用后一種形式的熱處理，具體為正火加回火。

高速鋼作為熱軋輥材料的應(yīng)用在1988年始于日本，20世紀(jì)90年代初期美國(guó)和歐洲也進(jìn)行了研制，我國(guó)在20世紀(jì)90年代后期開(kāi)始研制和使用高速鋼軋輥。一般高速鋼的成分為1%～2%C，0%～5%Co，0%～5%Nb，3%～10%Cr，2%～7%Mo，2%～7%V，1%～5%W。因?yàn)閾碛写罅靠尚纬蓮?qiáng)碳化物的合金元素如W和V，其最終的顯微組織含有大約10%～15%具有極高硬度和高溫穩(wěn)定性的碳化物，所以在高溫下工作能保持較高的強(qiáng)度和硬度。其工作層硬度高，可達(dá)到80～85HS，具有較好的耐磨性和抗熱裂性，軋輥表面沒(méi)有出現(xiàn)熱裂紋，一般沒(méi)有剝落現(xiàn)象。

近年來(lái)國(guó)外在熱軋薄板粗軋機(jī)架采用半高速鋼軋輥也獲成功，其耐磨性是高鉻鋼軋輥的2倍，且咬入性能和抗熱疲勞性能好，因而成為熱軋薄板粗軋機(jī)架和線棒材中軋機(jī)架軋輥的理想選擇，半高速鋼的化學(xué)成分范圍為：1.5%～2.5%C，0.5%～1.5%Si，0.4%～1.0%Mn，1.0%～6.0%Cr，0.1%～4.0%Mo，0.1%～3.0%V，0.1%～4.0%W。2100433B