高碳半钢轧辊的制造及应用前景
2004-04-07 00:00 来源： 我的钢铁
随着我国轧钢技术的进步及“八五”、“九五”期间引进的国外先进的钢坯连轧机、型钢连轧机和H型钢连轧机的投产，轧钢厂对轧辊制造厂提出了型钢轧辊多层次、多品种的要求，以适应不同轧机、不同机架、不同轧制工艺、不同使用条件、轧制不同规格钢材的需求，从而达到延长换辊周期、降低综合辊耗、提高轧机作业率、提高产量和轧材质量的目的。
高碳半钢轧辊正是用于钢坯连轧机、大型型钢轧机、中小型型钢精轧、轧边机及H型钢万能轧机的一种特殊材质轧辊。
应当关注的基本技术问题
高碳半钢轧辊一般是指碳含量大于1.8%的半钢，其硬度范围约HS45至65。根据不同的使用要求和轧辊规格及残余应力允许范围，通过对碳及合金元素Ni、Cr、Mo、V等的适当调整和采用不同的热处理工艺，可得到一定的合理的组织和性能。根椐要求，其可以制做成静态铸造轧辊、离心铸造复合辊套；目前，随着国内H型钢万能轧机和连轧机的迅速发展，H型钢所用的石墨钢、半钢和高碳半钢复合辊套必将有较大的需求。
随着含碳量的增加，半钢轧辊的铸造组织有越来越多的共晶碳化物，而二次的细网状、针状的碳化物反而越来越少。因此，共晶碳化物的形态、数量、分布越来越成为影响其性能的主要因素。为了保证其高耐磨性，精轧机使用的高碳半钢轧辊和辊套的工作层内保持有较大量的共晶碳化物是必不可少的。因此，问题的关键是作为第二相的共晶碳化物的形态、大小及分布。而共晶碳化物是在高碳半钢轧辊金属液态非平衡凝固时与其相邻的奥氏体共晶生成的；：非平衡凝固时的凝固速度及生核率是影响共晶碳化物形态、大小及分布的主要因素。因此，高碳半钢轧辊一般应采用金属型铸造，以获得较快的冷却速度。另外，其也可采用金属型配合钢水稀土及其它变质处理和高温热处理方法，以获得不连续的碳化物颗粒。
采用离心铸造法生产高碳半钢复合辊套是生产H型钢辊套的通用方法。一般内层采用石墨钢或球铁进行复合，这样可以解决烘装辊套时和使用时的开裂问题。用离心法生产的高碳半钢不但工作层致密，而且通过金属液结晶时的相对流动，不断打碎枝晶，使枝晶细小，可以获得更多的结晶核心，从而可在较深层内得到较细小、分布均匀、不连续的共晶碳化物，使高碳半钢脆性较高的弱点得到改善。
有关合金元囊的影响
高碳半钢轧辊的共晶碳化物形态、数量还与其加入合金元素的种类、数量有一定的关系。Ni作为一种细化珠光体元素在高碳半钢中一般不单独加入，并已证明：Ni对高碳半钢的强度没有多少贡献。Ni通常与Cr、Mo等合金元素一起加入，主要是为了细化基体，其一般加入量为0-2％。这是由于Ni的加入量过高以后，会使碳在先共晶奥氏体和共晶奥氏体的熔解度下降，在一定条件下可使碳化物总量增加，且易析出网状碳化物。
高碳半钢轧辊中加入Cr主要是为了提高轧辊基体的硬度。Cr提高硬度的作用要比Ni强，Cr的加入量一般为0至3％并配合适量的Mo同时加入，这样可得到大于60HS的表面硬度。
高碳半钢轧辊材质较脆，强度也较低。制造大尺寸整体轧辊时，不宜追求过高的硬度，否则由于过快的冷却速度导致过大的应力并造成轧辊的开裂。如果要求较高的硬度，可以制成复合轧辊或复合辊套，以降低应力级别和减少开裂。
如果为了提高高碳半钢轧辊的耐磨性，可以加入少量的合金元素V，以形成钒的碳化物。这样做，尽管硬度不高，但是耐磨性却能有较大的改善。
高碳半钢轧辊的应用
高碳半钢轧辊用于大中型型钢轧机和钢坯连轧机的精轧机架，主要是代替传统的无定界冷硬球铁轧辊和半冷硬球铁轧辊。与这两种轧辊相比，高碳半钢轧辊的最大特点就在于沿辊身半径方向硬度降落小，且作为高温耐磨相的碳化物量几乎没有变化。虽然高碳半钢轧辊的表面硬度可能比无定界冷硬球铁低，但是由于其工作层几乎不变的碳化物量，这样就保持了轧钢时孔型各部的均匀磨损。而非均匀磨损是型钢精轧机轧辊的主要失效方式。因此，高碳半钢轧辊特别适用于开孔型较深的型钢及钢坯轧机精轧机架。
高碳半钢轧辊的金相组织是在细珠光体或加少量贝氏体的机体上镶有大量的共晶碳化物，且没有石墨。其抗热裂性一般不如球铁轧辊，但由于其用于精轧机架，使用温度较低，一般都能发挥其耐磨性良好的特点。如果使用时发现孔型表面热裂严重，就要在轧钢时使孔型表面的轧钢部位充分水冷。主要是应在钢材出口处提高轧辊的冷却水量，这样降低辊温的作用要显著地多，从而才能充分发挥高碳半钢轧辊耐磨性好的特点。国外有的厂家使高碳半钢组织中产生少量石墨，也起到一定的抗热裂作用，称之为轻石墨钢(1ight graphitcsteel)。
制造高碳半钢轧辊和其他轧辊—样，应将材质设、工艺设计和使用条件相结合。根据图纸技术条件及轧辊使用的实际情况，包括轧辊规格、孔型深浅、水冷情况、受力条件、主要失效形式、所在机架、，轧制工艺和钢材品种等等来确定其组织和性能。为了达到这一组织和性能，应根据全面综合分析和金属学的基本原理，编制合理的工艺文件。开孔型后进行最终热处理的轧辊有助于轧辊耐磨性的提高。
高碳半钢轧辊及辊套可以根据不同使用条件、技术要求及可承受的应力情况，采用不同的热处理工艺．例如消除应力退火、正火+回火、球化退火+淬火+回火、均匀化退火+球化退火、正火+回火等等。
目前，邢机公司在国内率先开发了高碳半钢轧辊系列产品，包括中小型型钢精轧机轧辊、钢坯连轧精轧机轧辊、大型型钢精轧机轧辊、H型钢万能轧机复合辊套等产品。随着我国大中型H型钢连轧机的发展，进一步解决其万能轧机所用各种规格和品种的高碳半钢离心复合辊套的生产和使用方面的技术问题，将成为今后国内相关单位的重要研究课题，加强这方面的前期研究工作已成为当务之急。
高碳半钢轧辊正是用于钢坯连轧机、大型型钢轧机、中小型型钢精轧、轧边机及H型钢万能轧机的一种特殊材质轧辊。
应当关注的基本技术问题
高碳半钢轧辊一般是指碳含量大于1.8%的半钢，其硬度范围约HS45至65。根据不同的使用要求和轧辊规格及残余应力允许范围，通过对碳及合金元素Ni、Cr、Mo、V等的适当调整和采用不同的热处理工艺，可得到一定的合理的组织和性能。根椐要求，其可以制做成静态铸造轧辊、离心铸造复合辊套；目前，随着国内H型钢万能轧机和连轧机的迅速发展，H型钢所用的石墨钢、半钢和高碳半钢复合辊套必将有较大的需求。
随着含碳量的增加，半钢轧辊的铸造组织有越来越多的共晶碳化物，而二次的细网状、针状的碳化物反而越来越少。因此，共晶碳化物的形态、数量、分布越来越成为影响其性能的主要因素。为了保证其高耐磨性，精轧机使用的高碳半钢轧辊和辊套的工作层内保持有较大量的共晶碳化物是必不可少的。因此，问题的关键是作为第二相的共晶碳化物的形态、大小及分布。而共晶碳化物是在高碳半钢轧辊金属液态非平衡凝固时与其相邻的奥氏体共晶生成的；：非平衡凝固时的凝固速度及生核率是影响共晶碳化物形态、大小及分布的主要因素。因此，高碳半钢轧辊一般应采用金属型铸造，以获得较快的冷却速度。另外，其也可采用金属型配合钢水稀土及其它变质处理和高温热处理方法，以获得不连续的碳化物颗粒。
采用离心铸造法生产高碳半钢复合辊套是生产H型钢辊套的通用方法。一般内层采用石墨钢或球铁进行复合，这样可以解决烘装辊套时和使用时的开裂问题。用离心法生产的高碳半钢不但工作层致密，而且通过金属液结晶时的相对流动，不断打碎枝晶，使枝晶细小，可以获得更多的结晶核心，从而可在较深层内得到较细小、分布均匀、不连续的共晶碳化物，使高碳半钢脆性较高的弱点得到改善。
有关合金元囊的影响
高碳半钢轧辊的共晶碳化物形态、数量还与其加入合金元素的种类、数量有一定的关系。Ni作为一种细化珠光体元素在高碳半钢中一般不单独加入，并已证明：Ni对高碳半钢的强度没有多少贡献。Ni通常与Cr、Mo等合金元素一起加入，主要是为了细化基体，其一般加入量为0-2％。这是由于Ni的加入量过高以后，会使碳在先共晶奥氏体和共晶奥氏体的熔解度下降，在一定条件下可使碳化物总量增加，且易析出网状碳化物。
高碳半钢轧辊中加入Cr主要是为了提高轧辊基体的硬度。Cr提高硬度的作用要比Ni强，Cr的加入量一般为0至3％并配合适量的Mo同时加入，这样可得到大于60HS的表面硬度。
高碳半钢轧辊材质较脆，强度也较低。制造大尺寸整体轧辊时，不宜追求过高的硬度，否则由于过快的冷却速度导致过大的应力并造成轧辊的开裂。如果要求较高的硬度，可以制成复合轧辊或复合辊套，以降低应力级别和减少开裂。
如果为了提高高碳半钢轧辊的耐磨性，可以加入少量的合金元素V，以形成钒的碳化物。这样做，尽管硬度不高，但是耐磨性却能有较大的改善。
高碳半钢轧辊的应用
高碳半钢轧辊用于大中型型钢轧机和钢坯连轧机的精轧机架，主要是代替传统的无定界冷硬球铁轧辊和半冷硬球铁轧辊。与这两种轧辊相比，高碳半钢轧辊的最大特点就在于沿辊身半径方向硬度降落小，且作为高温耐磨相的碳化物量几乎没有变化。虽然高碳半钢轧辊的表面硬度可能比无定界冷硬球铁低，但是由于其工作层几乎不变的碳化物量，这样就保持了轧钢时孔型各部的均匀磨损。而非均匀磨损是型钢精轧机轧辊的主要失效方式。因此，高碳半钢轧辊特别适用于开孔型较深的型钢及钢坯轧机精轧机架。
高碳半钢轧辊的金相组织是在细珠光体或加少量贝氏体的机体上镶有大量的共晶碳化物，且没有石墨。其抗热裂性一般不如球铁轧辊，但由于其用于精轧机架，使用温度较低，一般都能发挥其耐磨性良好的特点。如果使用时发现孔型表面热裂严重，就要在轧钢时使孔型表面的轧钢部位充分水冷。主要是应在钢材出口处提高轧辊的冷却水量，这样降低辊温的作用要显著地多，从而才能充分发挥高碳半钢轧辊耐磨性好的特点。国外有的厂家使高碳半钢组织中产生少量石墨，也起到一定的抗热裂作用，称之为轻石墨钢(1ight graphitcsteel)。
制造高碳半钢轧辊和其他轧辊—样，应将材质设、工艺设计和使用条件相结合。根据图纸技术条件及轧辊使用的实际情况，包括轧辊规格、孔型深浅、水冷情况、受力条件、主要失效形式、所在机架、，轧制工艺和钢材品种等等来确定其组织和性能。为了达到这一组织和性能，应根据全面综合分析和金属学的基本原理，编制合理的工艺文件。开孔型后进行最终热处理的轧辊有助于轧辊耐磨性的提高。
高碳半钢轧辊及辊套可以根据不同使用条件、技术要求及可承受的应力情况，采用不同的热处理工艺．例如消除应力退火、正火+回火、球化退火+淬火+回火、均匀化退火+球化退火、正火+回火等等。
目前，邢机公司在国内率先开发了高碳半钢轧辊系列产品，包括中小型型钢精轧机轧辊、钢坯连轧精轧机轧辊、大型型钢精轧机轧辊、H型钢万能轧机复合辊套等产品。随着我国大中型H型钢连轧机的发展，进一步解决其万能轧机所用各种规格和品种的高碳半钢离心复合辊套的生产和使用方面的技术问题，将成为今后国内相关单位的重要研究课题，加强这方面的前期研究工作已成为当务之急。
