鑄鋼軋輥

靜止(常規(guī)法)鑄造的鑄鋼軋輥廣泛使用組合式立澆的鑄型，具體如圖《鑄鋼扎輥的鑄型》所示。輥身部分用金屬型或襯砂(10～30mm)金屬型。用金屬型澆注的鑄鋼軋輥外層組織細密。金屬型內(nèi)表面涂以耐火涂料，輥頸和冒口鑄型部分采用高強度干砂型。軋輥的傳動端置于下砂型部分。帶槽鑄鋼軋輥還常采用沿縱向分型的鑄型澆注。目前多數(shù)大型鑄鋼軋輥通過切線澆口底注法鑄造。澆注時鋼水在鑄型中旋轉(zhuǎn)上升，使夾雜物集中到軋輥芯部并排除到冒口頂部。順序凝固是保證軋輥芯部和輥頸無縮孔和疏松的必要條件。為此，保溫冒口和電弧加熱冒口技術(shù)已廣泛用于鑄鋼軋輥制造。頂注法澆注軋輥時，用浸入式的澆注管和保護渣來保證軋輥表面質(zhì)量。頂注法有利于順序凝固和提高鑄造收得率。

沖洗法、液面恒定底漏法是當前復合鑄鋼廣為應用的鑄造法。20世紀80年代中期，聯(lián)邦德國掌握了用立式離心技術(shù)生產(chǎn)復合鑄鋼支承輥技術(shù)。

鑄鋼軋輥經(jīng)過相應的熱處理，可以達到調(diào)整軋輥外層和芯部及輥頸的組織、硬度、強度、韌性以及改善殘余應力分布的目的。常用的熱處理制度包括：退火，擴散退火，球化退火，淬火，正火和回火。熱處理制度的選擇隨軋輥要求而異。采用特殊工藝處理型鋼軋輥，來控制其軋槽表面的殘余應力，可延緩熱裂紋生成和擴展，從而減少斷輥率。

隨碳含量的增加鑄鋼軋輥可分別為亞共析、共析或過共析組織，其硬度相應逐次提高，但韌性和抗熱裂紋性明顯地逐次降低。共析成分的鑄鋼軋輥強度和韌性的綜合性能較好，在中國獲得廣泛的應用。合金元素可進一步改善鑄鋼軋輥的性能，常用的合金元素為鉻、鉬、鎳、釩、鈮等。共析成分的普通合金鑄鋼軋輥大多數(shù)用于軋制負荷和熱負荷較大的大型初軋、開坯、粗軋機架以及鋼板、冷熱帶鋼軋機的支承輥。過共析普通合金鑄鋼軋輥多用于軋制負荷較小的型鋼粗軋和中軋機架。中國常用的鑄鋼軋輥成分和性能見表。

鑄鋼軋輥制造成本比鍛鋼軋輥低廉。熱處理制度相同時，鑄鋼軋輥的耐磨性比同成分鍛鋼軋輥的耐磨性好，但韌性低。用復合法鑄造可顯著改善鑄鋼支承輥芯部和輥頸強韌性。鑄鋼軋輥的生產(chǎn)包括冶煉、鑄造、熱處理、機械加工及檢測等工序。

優(yōu)質(zhì)金屬和非金屬原料、冶煉過程的嚴格控制以及鋼中硫、磷等有害元素、氣體和夾雜的低含量是保證鑄鋼軋輥冶金質(zhì)量的關(guān)鍵。軋輥鑄鋼通常采用堿性電弧爐冶煉。原材料條件好時也有用酸性電爐或感應電爐冶煉的。隨對冶金質(zhì)量的進一步提高，爐外精煉、真空處理、變質(zhì)處理以及電渣技術(shù)等冶金新技術(shù)在鑄鋼軋輥生產(chǎn)中獲得越來越多的應用。

堿性電弧爐煉鋼按冶煉工藝分為一次冶煉工藝和二次冶煉工藝。凡是煉鋼過程的基本任務均是在爐內(nèi)完成的，稱為一次冶煉工藝，或一次煉鋼法；而爐內(nèi)只完成熔化任務或少量氧化任務，其余冶煉任務在爐外精煉設(shè)施中完成的稱為二次冶煉工藝或二次煉鋼法。

二次冶煉工藝能夠做到大幅度的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗，是電爐煉鋼的發(fā)展方向，但需要增加設(shè)備；而一次冶煉工藝是當前電爐煉鋼中廣為采用的一種工藝，它又分為氧化法、不氧化法和返回吹氧法。

1．氧化法

氧化法冶煉過程中既有氧化期，又有還原期。因氧化法原料來源廣泛，是電弧爐常用的生產(chǎn)方法。

2．不氧化法

不氧化法是指用返回廢鋼作爐料，冶煉過程中沒有氧化期，主要過程是重熔，爐料熔清后經(jīng)過還原、調(diào)整成分和溫度后即可出鋼。因無氧化期，不氧化法對原料的成分、清潔干燥、含磷量等要求甚嚴，但卻能充分地回收原料中的合金元素。

3．返回吹氧法

返回吹氧法以返回廢鋼作爐料，為了提高鋼的質(zhì)量，需吹氧脫碳，強化熔池沸騰、升溫、去氣、去夾雜并保證對大量合金元素的回收。它與氧化法的最大不同在于，氧化法的金屬爐料為普通碳素廢鋼，而返回吹氧法的金屬料是返回廢鋼，含有較多的合金元素，因此，原料來源受到限制。

為保證軋輥質(zhì)量滿足要求，軋輥在制造及使用中常進行多種檢驗，主要包括：軋輥外形檢驗，化學成分檢驗，常溫及高溫力學性能檢驗，熱物理性能檢驗，金相檢驗，殘余應力檢驗和無損探傷等。

軋輥外形檢驗 包括加工尺寸檢驗和外觀質(zhì)量檢驗。成品軋輥各部位的加工尺寸偏差應符合圖紙要求。外觀質(zhì)量主要指輥身工作面上一般不允許有肉眼可見的裂紋、砂眼、氣孔和夾渣等缺陷，表面粗糙度應符合圖紙要求。軋輥外形檢驗是軋輥常規(guī)檢驗項目之一。

化學成分檢驗 主要采用化學分析法和光譜分析法進行。傳統(tǒng)化學分析法使用分析天平、量瓶、試管和滴定管等來完成。可對包括氣體、夾雜物在內(nèi)的各種元素進行分析。特點是分析結(jié)果準確可靠，但耗時長，故常用此法分析標樣和裁定爭議。直讀式光譜儀分析法能精確測定除氣體外的常規(guī)所需的所有元素，但對含游離石墨的軋輥材料應將其分析試樣制成白口材料。直讀式光譜分析受到取樣技術(shù)、標準化程序及質(zhì)量、工作條件和光譜儀的設(shè)計等因素的影響，而傳統(tǒng)化學分析對這些外界因素的影響不敏感，因此它可用作判定光譜分析精度的標準?；瘜W成分檢驗是判定軋輥材質(zhì)優(yōu)劣的主要判據(jù)之一，每支成品軋輥均應附有化學成分分析單。

力學性能檢驗 分為常溫和高溫力學性能檢驗，檢驗項目包括：硬度、強韌性，耐磨性，高溫硬度，熱疲勞和高溫強韌性。其中軋輥硬度和抗拉強度是軋輥的常規(guī)檢驗項目。

軋輥的強韌性檢驗可由多種試驗方法來完成，它包括拉伸試驗、壓縮試驗、彎曲試驗、沖擊試驗、疲勞試驗和斷裂韌性試驗。拉伸試驗是最常用的試驗方法，成品軋輥要求從下輥頸取樣，其抗拉強度值作為軋輥出廠時的判定指標之一。

耐磨性檢驗是衡量軋輥材料優(yōu)劣的重要檢驗之一。由于試驗室內(nèi)進行的磨損試驗很難重現(xiàn)軋輥的工作條件，故通常是在軋輥實際使用后測量軋輥的外形輪廓來判定軋輥耐磨性的好壞。試驗室內(nèi)的磨損試驗對評估軋輥材料耐磨性的分級是有價值的。

因為多數(shù)軋輥是在高溫下使用的，故常在試驗室內(nèi)模擬軋輥的實際使用溫度對軋輥材料進行高溫硬度、熱疲勞性和高溫強韌性檢驗。

熱物理性能檢驗 包括熱擴散性、比熱容、熱傳導性和熱膨脹性檢驗，它是軋輥的非常規(guī)檢驗項目，其目的是為提高軋輥質(zhì)量及合理使用軋輥。

金相檢驗 是指通過肉眼、低倍放大、光學或電子顯微鏡、衍射或X射線等手段觀察和確定軋輥材料的結(jié)構(gòu)和組織。因為軋輥材料的顯微組織和結(jié)構(gòu)影響到其使用性能，所以金相檢驗作為一種判定軋輥性能和軋輥質(zhì)量的方法以及索賠調(diào)查的失效分析方法之一。金相檢驗包括斷口組織和表面組織的顯微觀察。斷口檢驗能夠把斷口的組織結(jié)構(gòu)特點和引起斷裂的過程建立起一定關(guān)系。表面組織檢驗是將材料表面研磨拋光后，進行石墨、碳化物、夾雜物的數(shù)量、形態(tài)和分布的測定以及基體組織類型、殘余奧氏體數(shù)量、晶粒度等內(nèi)容的測定。

由于軋輥材料硬度高，不易切割，從軋輥實物上取金相試片成本較高，操作時常采用便攜式金相顯微鏡架在軋輥實物上進行金相檢驗，但其放大倍數(shù)受限。

殘余應力檢驗 軋輥內(nèi)部殘余應力的分布狀態(tài)和大小嚴重影響軋輥的使用壽命，因而殘余應力檢驗越來越受到人們的重視。軋輥的殘余應力常采用3種試驗方法測量，即機械方法、X射線衍射法和磁致彈性法。機械方法具有損壞性，它是通過測量輥身切片或鏜孔時所釋放出的應變來完成的。X射線衍射法是一種無損檢驗方法，它通過測量晶格間距的變化，按照衍射原理計算出應力，這種方法限于測量鍛鋼軋輥的殘余應力。磁致彈性法是根據(jù)磁致彈性的相互反應原理，采用傳感器檢測磁噪聲的幅度，并以磁致彈性系數(shù)來表達。被檢測軋輥的表面必須干凈，無銹無油，不能過分粗糙。磁致彈性法是一種相對新的殘余應力無損檢驗方法。2100433B

合金鑄鋼軋輥的性能特點是強度高、韌性好，具有很好的咬人性、抗熱裂性和抗沖擊能力。

合金鑄鋼軋輥的材質(zhì)有降低碳含量、提高合金化程度的趨勢，井采用多種微合金化技術(shù)，同時進一步提高冶金質(zhì)量，使合金鑄鋼軋輥能夠更好的滿足不同軋機的使用需要。

高鉻鑄鋼復合軋輥碳含量為0.7%~1.4%，鉻含量為8%~16%，同時含有鉬鎳和適量釩等合金元素，硬度范圍控制在HS65~80。

高鉻鑄鋼軋輥鉻含量雖然低于高鉻鑄鐵軋輥，但其碳含量也低，實際的Cr/C比要高于高鉻鑄鐵軋輥，因而高鉻鑄鋼軋輥中碳化物主要是M7C3 型，基體組織控制為馬氏體 碳化物。

由于高鉻鑄鋼具有比高鉻鑄鐵材質(zhì)更加富鉻的基體組織，在特定的熱處理過程中，基體上吸儲彌散的二次合金碳化物，使用過程中輥面形成附著力強且致密的氧化膜，因此高鉻鑄鋼軋輥表現(xiàn)出了優(yōu)良的耐磨性能。

高鉻鑄鋼復合軋輥芯部大多采用球墨鑄鐵，具有較高的韌性和抗沖擊能力，基體組織控制為珠光體 牛眼鐵素體 少量碳化物 球狀石墨。

合金鑄鋼軋輥進行球化退火熱處理，主要是為了改善軋輥的切削性能，提高切削效率并為后續(xù)的淬火處理做好相應的組織準備。球化退火處理使組織中的碳化物由片狀轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙?，亦即在鐵素體的基體上均勻地分布著球狀或粒狀碳化物，成為球狀珠光體組織。