大型带槽铸造球铁轧辊的开发

2018-05-08高玉章

铸造设备与工艺 2018年1期

高玉章，张杰

（唐山钢铁集团重机装备有限公司，河北唐山 063000）

大型型钢、轨梁轧机粗轧机架轧辊通常加工有较深的孔型，而且轧制温度高、轧制压力大，要求轧辊具有较高的强度和耐热性。对于通常采用平辊铸造、后开孔型的轧辊，由于开槽比较深，随着轧辊的使用，轧槽底部组织致密性差，石墨由球状向团絮状发展，轧辊在使用中后期往往会出现孔型槽底硬度低，耐磨性差、甚至强度不足产生断辊的情况。而采用带槽铸造轧辊，在孔槽侧壁或槽底都能获得一定深度、均匀化的硬度层，因而有利于提高型材的质量和轧辊的使用寿命。

1 铸造工艺方案的设计

目前国内生产带槽铸造轧辊的方法较多，主要有两半对开式带槽金属型法，活环式组合冷型法，镶槽式带槽金属型法等。对于生产大型带槽铸造轧辊而言，通过综合比较几种方法的激冷条件、工艺的复杂性和制造成本等因素，选用活环式组合冷型法取得了良好的应用效果。以某轧钢厂规格为φ1 350×2 300 BD2轧辊为例，介绍其生产工艺，孔型配辊图如图1所示。

1.1 工装设计

图1 轧辊孔型配辊图

工装设计是生产带槽铸造轧辊的一项重要内容，也是槽辊工艺方案的具体体现，关系到带槽铸造轧辊过程的成败，或轧辊使用性能的优劣。在设计工装时要重点考虑轧辊孔型、金属相变收缩、金属型壁厚对激冷性的影响、拆装是否方便、安全性等诸多因素。由于带槽铸造轧辊，在铸造时通过冷铁的设置把孔型铸出，后期只需表面加工，不需要像普通平辊那样后期进行深度开槽，这样，轧辊槽面和槽底硬度均能保持较高的硬度。

工装设计主要是针对带槽辊辊身部位进行设计，将形成辊槽孔型的冷铁内环与金属型的本体分别单独设计制造，然后进行组装，形成带槽金属型，见图1.根据带槽轧辊的孔型，一般将金属型冷铁内环分割为3～5段，并在每段的背面加工定位槽，以便固定冷铁内环在金属冷型内的轴向位置，见图2.并根据带槽轧辊的槽孔中心距，在金属本体上钻定位孔，装配时，金属型内外二人配合，从下向上安装金属冷铁内环，并用外插销将其固定，见图3.金属型组装完毕后，方可进窑烘烤，因为热装配是很困难的，涂料前需要将金属型内孔刷净，浇注完成后，根据轧辊的大小，间隔一段时间，快速地将冷铁内环的销子撤出，金属内环可自由的移动，使轧辊能顺利进行收缩。

图2 冷型与冷铁组装图

图3 1/3冷铁半环

1.2 冶炼工艺设计

由于大型型钢轧辊直径较大，而辊身较短，浇注作业完成后，辊身中心部位的铁水凝固时间较长，造成球化、孕育衰退，如图4a）所示，石墨球数量减小，晶粒粗大，同时产生了开花状石墨球使槽辊芯部组织恶化，强度降低，影响轧辊正常的使用性能。

图4 轧辊芯部金相 100X

经过研究和试验，可通过三个方面进行改良。一是采用钇基重稀土球化剂，其钇基稀土元素有比镁更强的脱硫和脱氧能力，生产的硫化物、氧化物在高温下比较稳定，因此其抗球化衰退能力强，能得到完整的球状石墨；二是选择强效孕育剂，在以硅铁为基础的孕育剂中含有少量的Ca、Ce、Zr等元素，以提高铁水的孕育效果和防止衰退；三是适当降低铁水浇注温度，提高铸型的冷却速度。图4b）为改良后效果，石墨的圆整度有了显著的提高，同时轧辊HSD硬度比改良前提高5～8.

1.3 热处理工艺设计

球墨铸铁轧辊在铸态下，辊身基体组织中经常存在有牛眼状铁素体，影响轧辊的耐磨性，通常需要对轧辊进行正火处理，目的是使轧辊工作层获得珠光体基体组织，但由于高温正火，使轧辊的辊颈强度降低，在轧钢过程中易发生断辊事故，为了解决这个难题，采用差温热处理的方式，有效避免了正火处理对轧辊辊颈带来的不利影响，而且处理时间比轧辊整体热处理短。处理过程为先将槽辊在普通电炉加热到650℃，然后将轧辊吊运至差温炉快速加热，当辊身温度达到900℃，并保温一段时间，随后进行快速冷却到450℃，最后转入电炉进行回火去应力处理，得到球状石墨+15%～30%渗碳体+珠光体基体组织，如图5所示。