3高速钢轧辊的应用

　　铸造高速钢轧辊应用于轧钢生产始于1988年，当时用在日本一家带钢热连轧机上。随后美国和欧洲也开始引入铸造高速钢轧辊制造技术。铸造高速钢轧辊最初用于带钢热连轧机精轧机前段代替高铬铸铁轧辊，后来精轧后段和粗轧段、钢管轧机和线材、棒材及冷轧带钢轧机上也开始使用铸造高速钢轧辊，并获得了满意的效果。由于高速钢轧辊具有极高的耐磨性、较强的控制氧化膜的能力、良好的表面质量、较高的抗热裂性能、可延长轧制周期等一系列优点，国外轧辊专家预测在未来10年内，必将取代高铬铸铁轧辊。

　　日本新日铁公司用CPC法生产的铸造高速钢复合轧辊具有很高的耐磨性，使用铸造高速钢轧辊后，单位毫米过钢量明显提高，换辊次数显著减少，轧辊研磨量减少。轧机生产能力提高，燃料和动力消耗降低，有助于降低轧钢成本和提高带钢质量。主要原因是高速钢轧辊主要含有MC和M6C等高硬度碳化物，再加上高速钢轧辊的基体组织是由稳定、高硬度的马氏体构成以及良好的淬硬、淬透性，使得高速钢轧辊的硬度降明显小于其它轧辊，这些特性可保证轧辊在整个工作期间都具有良好的耐磨性。

　　为了提高钢管轧机生产效率和降低轧辊辊耗，在钢管轧机上采用高速钢轧辊也是相当成功的。高速钢轧辊具有优异的耐磨性和抗表面桔皮状缺陷，使用寿命比传统材质轧辊提高6-10倍，而且无粘钢现象发生。加拿大Dofasco公司自1993年试用铸造高速钢轧辊以来，比例不断提高，目前F2、F3和F4机架上已全部采用铸造高速钢轧辊，使用高速钢轧辊后，轧辊消耗明显减少，轧机作业率明显提高，F4机架的平均过钢量从1992年6月的360 t/h提高到1994年11月的490 t/h，带钢表面质量提高了20%。日本日立公司生产的半高速钢复合轧辊也在轧机上取得了良好的使用效果，与常规的含5.0 wt.%Cr和含10.0 wt.%Cr的整体锻钢轧辊相比，半高速钢轧辊的磨损少，疲劳层浅，因而轧辊消耗显著减少，生产相同数量的冷轧带钢，轧辊消耗量仅为5.0 wt.%Cr钢的21%。南非Vanderbijlpark厂的2050热轧机上使用比利时Marichal Ketin公司开发出的新型HSS7高速钢轧辊，每毫米轧钢量提高到12000 t，而普通高铬铸铁轧辊仅为5000 t。使用高速钢轧辊后，热轧带钢表面质量大大改进，因氧化铁皮致使带钢质量降级的问题减少了2/3，使用高速钢轧辊具有很好的经济效益。

　　宝钢2050热带粗轧机采用半高速钢轧辊，抗热裂性、耐磨性兼优，使用寿命是原高铬铸铁轧辊的2倍以上，在精轧前架使用，耐磨性是高铬铸铁辊的3倍，并有效地克服了斑带缺陷，可轧制高表面质量带材，延长换辊周期，提高轧机生产作业率。高速钢轧辊在1580PC轧机粗轧及精轧前段使用，也具有良好的效果。邯钢将高速钢轧辊用于CSP生产线的F2、F3机架，有时也用于F1机架，主要轧制SS400、SPHC、SPA2H等钢种，对应厚度范围分别为：1.8-6 mm、1.5-3 mm、3-6 mm。统计其毫米轧制量分别为10500 t，7800 t，8200 t，平均毫米轧制量达到8900 t，是普通高铬铁轧辊的2-3倍，产品表面质量明显提高;轧辊每周期可在机连续使用2-3次、减少轧辊磨削1.6次，减少磨削损失0.4 mm，正常情况下每根轧辊减少轧辊消耗25 mm左右。钢铁研究总院选用高碳高速钢做工作层，用合金球墨铸铁做辊芯，采用离心铸造方法制造的高速钢复合轧辊，具有工作层硬度高、辊身硬度均匀等特点，用于热轧窄带钢轧机的综合寿命比高合金铸铁轧辊提高10.5倍。福建三钢(集团)有限责任公司高速线材厂于1998年6月开始试用国产高速钢辊环，从1998年底陆续替代硬质合金辊环。虽然高速钢辊环硬度(HRC 65)和耐磨性都不如硬质合金辊环，但耐热裂性比硬质合金辊环好得多，其单槽轧制量可达6500 t左右，比硬质合金辊环高近一倍，一对高速钢辊环与一对硬质合金辊环的总轧制量大致相同，用高速钢辊环取代硬质合金辊环的效益很明显。此外，由于高速钢辊环单槽轧制量高，可减少换辊换槽时间，提高作业率;单件重量又比硬质合金辊环低得多，可减轻工人的劳动强度;辊环的重修只需在普通车床上加工即可，降低了加工费用。珠钢自投产以来，CSP线热轧机组前段机架一直使用高Cr轧辊。随着市场对薄规格热轧板需求的激增和质量要求的提高，高Cr轧辊的应用逐渐显现出与生产的不协调，影响高比例薄规格热轧板的生产和带钢表面质量等。目前，高速钢轧辊已经广泛应用于精轧机组前段机架，并取得了以下成效：(a) 减少换辊次数，提高生产效率。前段机架应用高速钢轧辊，换辊周期2倍于高Cr轧辊，3倍于F4-F6轧辊，从而减少了换辊次数，提高了生产效率，促进了高比例薄规格热轧板的生产。(b) 降低了轧辊的使用成本。由高速钢轧辊与高Cr轧辊每磨削一次的每毫米轧制吨位和轧制公里数的比较可知，高速钢轧辊每磨削一次的轧制吨位约为高Cr轧辊的5倍，高速钢轧辊的使用降低了轧辊的应用成本。(c) 改善带钢表面质量。对比高Cr轧辊，高速钢轧辊具有更高的耐磨性，较好地改善了带钢的表面质量。应用高速钢轧辊前后集装箱板带钢的表面麻点状况得到了较好的改善。

　　另外，高速钢轧辊因散热性较差，在轧辊上容易形成温度差，降低轧辊使用寿命，必须加强轧辊的冷却能力，使辊面温度保持在65℃以下。另外高速钢本身韧性低，耐事故能力低，适用于设备状况稳定的热轧机，且在轧机工作中，若发现异常，需随时停机检验，以免发生严重的断辊事故。使用高速钢轧辊时，因为工作辊硬度高，相对支撑辊也需由原来的铸钢改成锻钢。高速钢的研磨性质与传统轧辊相差很多，轧辊研磨车间的设备、研磨材料及管理作业都应进行改进，才能发挥高速钢轧辊的特殊性能。此外，及早发现高速钢轧辊使用中出现的裂纹和防止裂纹扩展亦是一项主要的工作。由于高速钢轧辊压缩残余应力比普通轧辊大，产生了裂纹也不易发现，需要在现场对已下机架的轧辊进行在线涡流探伤、超声探伤或磁粉探伤，并将发现的裂纹及时修磨干净。

　　4我国需要尽快解决的关键技术

　　高速钢轧辊具有优异的性能，目前国外主要采用离心铸造法、CPC法、ESR法制造，而HIP法和OSPREY法仍在完善和发展中。由于CPC法制造轧辊装备复杂，我国仍无法生产，而ESR法制造轧辊能耗高，仅适合于制造冷轧辊，用离心铸造方法生产轧辊装备简单，工艺稳定，效率高，是制造高速钢轧辊的重要方法。但离心铸造高速钢轧辊中的关键技术国内仍未完全解决，从国外引进高速钢轧辊价格高，因此国内高速钢轧辊的推广应用进展缓慢，与我国世界第一钢材生产大国的地位不符。为了推动高速钢轧辊在我国的应用，尽快解决高速钢轧辊制造中的关键技术是非常有意义的。

　　1)高速钢轧辊成分偏析

　　国外研究指出，高速钢中加Nb去W减Mo生产轧辊，偏析问题基本解决。但高速钢去W减Mo后，红硬性明显下降，高速钢轧辊耐磨性降低。此外，我国W、Mo资源十分丰富，其中W资源占世界总储量的50%以上，如何利用我国丰富的W、Mo资源，用普通离心铸造方法，开发出高W、Mo含量、无偏析、高耐磨的高速钢轧辊是首要问题。解决办法是在离心力场中加入电磁场，在铸造工艺中采用提高凝固冷却速度等措施，有望彻底消除偏析，提高高速钢轧辊质量。

　　2)高速钢轧辊铸造裂纹

　　铸造高速钢轧辊中含有较多的合金元素，合金元素的加入会降低钢的导热性，加大轧辊冷却时的不均匀性，增加轧辊的残余应力;同时，在凝固过程中由于合金元素的偏析，将会加大高速钢相变的不同时性，增加了相变应力。相变应力和残余应力的叠加，使得高速钢轧辊在离心力场作用下表现出较大的裂纹倾向。通过变质处理净化钢液和改善组织，提高高速钢高温塑性，可防止高速钢轧辊铸造开裂。此外选择合适的离心铸造工艺参数对防止高速钢轧辊开裂也是非常有意的。

　　3)高速钢轧辊高温热处理时内层强度明显下降

　　从提高高速钢复合轧辊外层材料耐磨性角度出发，希望提高淬火温度。但复合高速钢轧辊的辊芯材料通常选用灰铸铁、球铁，若高速钢轧辊的淬火温度选择在1150℃以上，则内层组织显著粗大，甚至出现局部熔化现象，使内层强度显著降低，影响轧辊的使用。国外已开发了高速钢轧辊差温热处理工艺，但高速钢轧辊差温热处理过程中，由于内应力太大，易出现裂纹。预计采用表面感应热处理技术有望解决上述问题。

　　4)高速钢轧辊热处理裂纹

　　高速钢轧辊热处理冷却过程中，采用空冷或风冷，轧辊硬度低，轧辊耐磨性差，采用油冷，由于冷却过快，易开裂。在改善高速钢高温塑性的基础上，开发新型淬火冷却介质和淬火装备，既保证高速钢的淬透性，又不出现淬火裂纹。

　　5)高速钢轧辊复合层结合不良

　　影响高速钢复合轧辊复合层结合质量的因素主要有两种金属液的浇注温度和浇注间隔时间，此外，助熔剂对复合层质量也影响较大。其中两种金属浇注的间隔时间是决定高速钢复合轧辊复合层结合强度高低的关键因素。间隔时间太短，则可能发生内外两层金属相混，其结果是复合轧辊的耐磨性和机械强度降低;间隔时间太长，内外层结合强度降低，使轧辊在脱模、冷却、机械加工、热处理和使用过程中发生内外层分离。同时由于高速钢液体容易氧化，形成坚固的氧化膜。若不加助熔剂，这些氧化膜将部分残留在轧辊内外层结合处，在结合处易产生气孔和夹渣等铸造缺陷，影响结合强度。普通轧辊生产中常采用的玻璃渣助熔剂，生产低合金轧辊时是可行的，但生产高速钢轧辊效果不好。研制密度小、易熔融的助熔剂，它既有防止金属液氧化的作用，而且使金属液保持还原性，促进金属液在浇注前混进的氧化膜得到还原，从而提高复合层质量。

　　6)高速钢轧辊过高的热裂纹敏感性

　　高速钢轧辊的铸态组织粗大，共晶碳化物中还有部分鱼骨状碳化物存在，热疲劳抗力低，热裂纹敏感性很大，使用中由于裂纹扩展导致轧辊剥落甚至断裂是限制耐磨性难以充分发挥的重要原因。采用变质处理措施，选择合适的变质剂和变质处理工艺，改善基体组织和共晶碳化物的形态和分布，提高热疲劳抗力，提高高速钢轧辊耐磨性。

　　7)建立预测高速钢轧辊铸造质量的人工神经网络模型

　　目前，制造高速钢的工艺参数主要凭经验确定，工艺稳定性差，轧辊性能波动大。通过建立预测高速钢轧辊铸造质量的人工神经网络模型，用于指导生产，可稳定高速钢轧辊质量。

　　8)加强高速钢使用特性研究

　　高速钢的磨削制度、探伤制度和冷却方法仍需继续进行深入研究，以发挥高速钢的优良性能。