【2017年整理】适用于棒材轧机高速钢轧辊的研制.doc

适用于棒材轧机高速钢轧辊的研制 李荣光 张伟 郑建柱 席波涛 温超 （轧辊信息网交流论文，唐山钢铁集团轧辊有限责任公司，河北 唐山 063100） 摘要：针对棒材轧机的轧制特性，通过化学成份的合理调配，运用特殊的变质处理及热处理工艺技术，研制出特别适合棒材轧机预切分、成品前、成品架使用的高速钢复合轧辊。唐钢棒线厂使用结果表明：正常轧制状态下，成品架轧辊从初始上机到自然报废的整个轧制周期内不会出现槽孔掉肉及裂纹缺陷的比率超过80%，而且轧制￠12带肋钢筋单槽一次过钢量稳定在610吨以上。 关键词：高速钢轧辊；棒材轧机；辊槽缺陷；适应性高速钢轧辊； 使用效果 1.前言： 轧辊制造技术的发展始终伴随着轧钢和轧制技术的进步而发展。二十世纪八十年代末为适应现代化热宽带钢轧机对轧材尺寸、表面精度和轧材性能、规格的更高要求，日本率先研发成功高速钢复合轧辊。时至今日，高速钢轧辊已广泛使用于热带连轧机的精轧FW1-4机架，并有逐渐向精轧FW5-7机架扩展的趋势。然而，高速钢轧辊在连续棒线轧机上的应用尚处于初始阶段。据不完全统计，棒材轧机成品架使用高速钢轧辊时，在服役期基本上由于槽肩掉肉、槽内裂纹而提前报废，它成为高速钢轧辊不能普及推广的主要原因。随着小规格带肋钢筋多切分轧制、无头轧制技术的推广应用，棒材轧机生产能力成倍增加，为进一步满足钢筋生产过程中负偏差轧制及钢材表面质量的稳定性，延长軋制周期，非常有必要进行高速钢轧辊与棒材軋机的适应性研究，促进高速钢轧辊在棒材轧机上的推广应用。 2.常规高速钢轧辊的性能特点 高速钢轧辊作为二十世纪九十年代初研发成功并应用于热带轧制领域的新材质，具有优良的耐磨损性能，毫米轧制量较传统材质轧辊成倍提高。经过十几年的发展，虽然国外知名轧辊企业已将高速钢材质系列化，推出满足轧机个性化需求的抗剥落型、抗热裂型、抗磨损型轧辊，但不同类型轧辊的制造工艺仍是基于带钢热轧过程中轧辊辊身应力分布、温度场、变形、氧化膜形成与保持特性等实验数据得出的，而棒材轧机与带钢轧机在轧制特性方面有本质区别。因此研制适合棒材轧机的高速钢轧辊，必须深入了解棒材轧辊的使用特性。表1为适用于热带钢轧制的高速钢轧辊的成份、组织和性能。 表1.常规高速钢轧辊化学成份、组织和性能 化学成份 硬度HS 显微组织 C Cr Mo V W Co 80-90 MC M2C M6C+回火马氏体 碳化物含量13-20% 1.5-2.4 3.0-8.0 2.0-8.0 2.0-10.0 2.0-10.0 ＜10 力学性能 　 抗拉强度/Mpa 700-1100 抗压强度/Mpa 2500-3200 断裂强度/Mpa 1200 断裂韧度/Mpa·M1/2 25-28 3.棒材轧机成品架轧辊轧制特性 众所周知，热带精轧前架使用高速钢工作辊，轧制过程中辊身与带钢接触部位形成一层8-14um的致密氧化膜，氧化膜形成和保持是轧辊稳定軋制的基础。氧化膜承受金属带流动而产生的压应力和剪切应力，大大提高了轧辊的耐磨损性能。总而言之，适用于热连轧精轧机架的高速钢应具有如下特性：①形成和保持致密氧化膜特性 ②融合良好的结合层质量。 我们认为，高速钢轧辊在棒材轧机上的使用，特别是使用于成品机架，不能形成致密的氧化膜，成品架轧辊槽内肋筋及商标刻字破坏了辊槽内表面的完整性，扁钢在槽内流动时对槽肩、槽底的机械和热冲击使上次轧制初始形成的细微氧化膜迅速破解，重新裸露出金属表面。钢筋在槽内流动过程就是氧化膜一次次形成又迅速脱落的过程。 成品槽槽肩、槽侧、槽底承受金属流动形成的应力状态见图1 图1 辊槽各部位应力状态示意图 其中S、S1、S2、受力方向与钢筋流动方向相反 由图1可以看出，槽内不同部位受力状态各不相同，由于辊槽内表面得不到稳定致密氧化膜的保护，再加上肋筋及商标刻字的割裂作用，使其在承受钢筋冲击时容易出现槽肩掉块，槽底裂纹及掉肉缺陷。图2为成品孔缺陷照片。 图2轧辊成品孔缺陷照片 按照断裂力学常识，在弹塑性条件下，当应力场强度因子增大到某一临界值裂纹便失稳扩展而导致材料断裂，这个临界或失稳扩展的应力场强度因子亦即断裂韧度，它反映了材料抵抗裂纹失稳扩展即抵抗脆断的能力。 带肋钢筋的轧制过程类似具有尖锐裂纹的金属材料在循环热应力和机械应力作用下裂纹失稳、扩展的过程。因此，高速钢轧辊工艺制定应从提高材料的耐冷热疲劳及提高材料断裂韧度K1C方面入手。 4.适合棒材轧机高速钢轧辊成份选择： 高速钢是由大量W、Mo、Cr、V、Co等合金元素组成的高合金钢。表1给出了常规高速钢轧辊的成份、组织与机械性能。我们认为，材料的抗冷热疲劳能力主要取决于共晶碳化