高速钢轧辊在唐钢棒材生产中的应用

孟维杰，张 帅，王永璐，张 晨，李宏伟

河钢集团唐钢公司负责的河钢乐亭棒材生产项目在当前的发展中主要有两条生产线，分别为，普棒生产线和高棒生产线，年产量120万吨，在这两种生产线中，可以实现免加热直接轧制、热装轧制以及冷装轧制三种钢轧辊生产模式。在普棒生产线上，主要生产

规 格 为Φ18mm～Φ50mm的 带 肋 钢 筋 以 及Φ18mm～Φ50mm的圆钢，机时产量大概为每小时200t，在普棒生产线上生产的主要钢种为普通热轧钢筋、细晶粒热轧钢筋、余热处理钢筋、预应力混凝土钢筋（精轧螺纹），铸坯规格为165mm×165mm×10000～12000mm，生产的普棒捆重大概为2900kg～ 3909kg。

在高棒生产线上同样为年产量120万吨，主要生产规格为Φ10mm～Φ22mm的带肋钢筋，机时产量大概为每小时200t，在高棒生产线上生产的主要钢种为普通热轧钢筋、细晶粒热轧钢筋、余热处理钢筋，铸坯规格为165mm×165mm×10000～12000mm，生产的高棒捆重大概为2900kg～3909kg。在两类生产线上主要以生产带肋钢筋为主，其产量主要占生产年产量的90%以上，在生产的品种中，小规格品种主要采用切分轧制技术，但在此过程中，成品机架对轧辊的硬度以及韧性有着特殊的要求，在预切分以及切分控轧制时轧件会发生严重的不均匀变形，所以，先相比于以往的球墨铸铁轧辊其具有良好的耐磨性以及热稳定性，生产出的钢材性能甚至更好。

对于成品轧辊，在生产过程中单槽轧制量一般只有100t/槽～400t/槽，这就是说在生产过程中大约每生产1000t的棒材就需要更换3次～4次轧槽，并且在日常的生产轧制过程中轧槽会进行不断的磨损，产品尺寸就会产生一定的波动，就会导致累计换辊或者换槽的时间较长，轧机在生产过程中需要频繁调整，有可能造成生产事故，最终造成生产线生产效率低下，成材率等技术指标不断降低，生产的产品尺寸精度也无法达到相应标准，生产成本反而增加。所以在现代的轧钢生产过程中，使用高速钢轧辊是提高唐钢棒材生产线生产效率的重要手段。在当前的轧辊生产中，具备高性能的轧辊主要有离心铸造高速钢复合、锻造高速钢辊环组合辊、进口碳化钨环组合辊以及国产碳化钨辊环组合辊。

1 高速钢轧辊的简介及特点

在现代钢材轧辊的生产过程中，高速钢轧辊之所以能够被广泛应用推广，是因为高速钢轧辊与传统的冷硬铸铁轧辊或者高铬铸铁轧辊相比，硬度较强，耐磨性较好，抗裂纹以及表面剥落性能较好，而且高速钢在生产过程中能够有效减少换辊换槽的次数。

1.1 高速钢轧辊定义

高速钢简单来说就是在高速切削的过程中能够保持较好硬度性能的钢材，在普通工具钢的生产过程中，若适当提高其中的碳、钒含量就能够获得硬度以及耐磨性能较好的铸造高速钢轧辊。和普通的工具钢相比，高速钢中的碳元素以及其他碳化物合金元素的含量通常高于15%，而普通的工-钢则低于15%。高速钢轧辊的一些性能相较于高铬铸铁以及高镍铬钼轧辊来说，其硬度通常能达到80HSC～90HSC左右相较于另外两种材料的70HSC～90HSC以及75HSC～85HSC有了些许的提升，但是其抗拉强度以及抗压强度则是有着显著的提升，高速钢的抗压强度能达到700～900MP而高铬铸铁以及高镍铬钼则分别为650MP～800MP、400MP～600MP，三种材料的抗压强度分别为2500MP～3200MP、1700MP～2200MP、1900MP～2500MP。高速钢的断裂性能相较于其他两种材料也有着一定程度的提升，其耐磨性能尤为突出，高速钢的耐磨性能够为高铬镍铁的2倍～3倍，为高镍铬钼的4倍左右，高速钢的各方面性能相对来说都较好。

1.2 高速钢轧辊特点

①高速钢轧辊具有较好的硬度以及耐磨性正是因为其在制造的过程中除了碳元素含量较高外，钒、铬、钨等合金元素的含量同样较高，在铸造过程中形成的MC和M2C促使其耐磨性以及硬度都较好。②高速钢轧辊的热稳定性能较为突出，在轧辊制造的过程中，较高的表面温度并不会使轧辊的表面硬度发生改变。③在轧辊使用的过程中，如果具有较好的冷却条件，会在轧辊表面形成一层薄而至密的氧化膜，而且氧化膜的分布较为均匀，能够长时间的保存，在很大程度上提高高速钢轧辊的耐磨性。④高速钢轧辊虽说具有良好的耐磨性能，但是其抗事故能力相对较差，要使用过程中，要提升其使用效果的话就要营造良好的使用条件，还可以对轧辊进行一定的维护保养。

2 各架次轧机对轧辊的性能要求

2.1 轧辊的主要性能

在轧辊的生产过程中，体现轧辊性能的主要指标为轧辊中心的芯部强度以及轧辊工作层的耐性以及耐磨性。在轧辊材质选择过程中，除了轧辊生产的经济性以及生产过程中换辊换槽的周期需要考虑外，更重要的是要来考虑轧机架次的轧型差别、轧件的变形特点以及轧件的精度等问题，在生产的过程中根据轧辊的主要性能特点合理选择轧辊。

2.2 粗轧机组轧辊性能要求

在棒材的生产过程中，粗轧机组主要是在高温状态下缩减轧辊的断面，在工作过程中轧制力度较大，速度较低，对于轧辊的性能通常从强度以及抗热裂性两个方面考虑。在当运行过程中，粗轧机组通常有6架高刚度短应力线轧机分为两组，第1架、3架、5架轧机为水平轧机为一组，第2架、4架、6架轧机为立式轧机为另一组。在轧制的过程中，对于一般的钢种或者轧制之前正常的开轧温度一般选用离心铸造的普通球墨铁轧辊。

2.3 中轧机组轧辊性能要求

较常用的中轧机组通常采用椭圆-圆孔型系统，中轧机组的主要功能为在轧制的过程中承担轧件的延伸并且为精轧机组提供较为精确的钢材。中轧机组在轧制的过程中轧制力度并没有粗轧机组的力度大，孔型磨损也较为均匀。通常在机组中有8架轧机，8架高刚度短应力线轧机分为3组，第一组为7号、9号、11号、13号轧机为水平轧机，第二组为8号、10号轧机为立式轧机，第三组为12和14号轧机各包含一个水平机列和立式机列，在这8架轧机中，7架～12架为一种规格的轧机。13架、14架又为另一种规格的轧机。一般来说，中轧机组通常为离心铸造普通球墨铁轧辊或者中镍铬合金球墨铁轧辊，而为了保证机组在运行的过程中各项尺寸的稳定，13架、14架也可以使用高速钢复合辊。

2.4 精轧机组轧辊性能要求

在轧制的过程中，精轧机组相对来说孔型较多，孔形形状相对比较复杂，变形分配也不均匀。在轧制的过程中，精轧机组轧制速度通常较高，轧制力度的变化也较大，轧辊的性能要求同样以耐磨性和韧性为主，同时也要兼顾轧辊的强度。精轧机组通常有4架轧机，同样为高刚度短应力线轧机，第15号、17号轧机为水平轧机，第16和18号轧机为平立转换型式。在轧制的过程中，对于简单断面的延伸孔型，使用较多的为高镍铬合金球墨铁轧辊，也可以使用高速钢复合辊。对于生产线生产较多的带肋钢筋，其成品前孔通常使用性能更好的高速钢复合辊。其次在带肋钢筋轧制的过程中，其成品口由于横肋的影响，在使用过程中容易产生微裂纹的现象，所以在重车时要将以较大的重车量车掉所有的横肋，在考虑经济成本的因素下，同样使用自身性能优越，经济性较好的高速钢轧辊。切分轧制也是一项非常重要的工作，在切分轧制的过程中，由于轧件会存在严重的不均匀变形情况，所以切分孔在此过程中若是使用普通的轧辊磨损会非常快，会加快换辊的速度，在实际应用中往往选用耐磨性能以及韧性较好的高速钢复合辊或者碳化钨组合辊。切分孔由于切分楔的原因，在轧制的过程中对轧辊的要求往往较高，耐磨性和韧性是必备的两个要素，此外，还需要具有较高性能的抗热裂性。结合其他钢厂在相关方面的实验数据分析表明，高速钢复合辊和碳化钨组合辊虽然韧性以及耐磨性能较好，但是并没有良好的抗热裂性，在使用的过程中很容易发生切分楔掉落的情况，而高镍铬合金球墨铁轧辊是最为适合的轧辊类型。

3 棒材轧机高速钢复合轧辊的应用效果

在唐钢带肋钢筋的切分工艺中，不同规格的唐钢使用不同的切分工艺，在普棒的生产线上，Φ18mm～Φ25mm的棒材生产均采用双切分工艺，在高棒的生产线上通常Φ12mm～Φ22mm的棒材生产同样能够也采用双切分工艺其余规格的唐钢带肋钢筋通常采用单线轧制，各规格棒材产品的机时产量基本相均衡，在生产过程中与连铸生产的匹配科学合理，在生产流程上热送热装的的生产工艺发挥了极大的作用，但是在生产的过程中，由于普通铸铁轧辊在各架次的应用较广，所以造成成品机架、预切分以及切分工艺中轧槽更换的次数较为频繁，在很大程度上制约着唐钢生产线轧制的连续稳定性。

唐钢棒材在生产过程中，曾用离心铸造的高速钢复合轧辊，分别在Φ20mm、Φ18mm、Φ16mm等带肋钢筋成品、成品前、预切分、切分孔进行多次实验，应用效果表现如下：带肋钢筋成品辊与其比较，单槽轧制量大概为300t～1000t左右，是贝氏体球铁轧辊的4倍～5倍，轧材表面并没有热裂现象，但是带肋钢筋成品辊的轧辊重车量与贝氏体球铁轧辊的轧辊重车量相差不大，带肋钢筋成品前辊与带肋钢筋预且分辊的应用效果相比于贝氏体球铁轧辊同样也是成倍增加，但是带肋钢筋切分辊在试验的过程中却发生切分楔大量脱落的现象，其应用效果还不如贝氏体球铁轧辊。在带肋钢筋的生产过程中，采用高速钢轧辊能够工作的厚度大概为420mm～470mm，重车量大概为4mm左右，而贝氏体球铁轧辊通常的工作厚度大概为420mm～470mm，与高速钢轧辊的工作厚度相同，但是其重车量确为8mm～10mm，在棒材生产轧制的过程中，高速钢轧辊的使用吨位却为贝氏体球铁轧辊的2倍～3倍。所以综合分析，无论在普棒还是在高棒的生产过程中，采用高速钢轧辊都是最为合适的。

在唐钢棒材生产过程中，凸底椭圆的棒材孔形较为常见，这种形状的孔行最大的优点就是非常稳定，轧体在经过成品孔型的过程中不容易出现扭钢的现象，但也有一定的缺点，在孔型的变换过程中，由于孔型的变化较大，产生得应力同样较大，难免就会加剧轧槽的磨损，若采用贝氏体球铁轧辊，更换轧辊的频率会大大提升，从而造成不必要的停机，浪费大量的时间。采用高速钢复合轧辊能有效减少换辊的频率，节约大量的生产时间。

唐钢棒材的生产若是采用贝氏体球铁轧辊将会因为轧槽磨损较快，成材偏差控制不稳定，时间利用率较低，造成成材率偏低，而采用高速钢轧辊，不同规格的棒材在生产过程中其负差率都几乎能够提高1%～2%左右，同样都为Φ25mm的轧制规格的贝式体球铁轧辊的成材率为100.8，而高速钢复合轧辊的成材率则能够达到102.2左右。

4 棒材轧机应用高速钢复合轧辊存在的问题及改进

4.1 存在的问题

在唐钢棒材生产的多次实践中，高速钢复合辊在使用过程中出现了一些问题。首先就是轧辊本身的问题，轧辊本身硬度的把握是非常关键的环节，在棒材生产的过程中，若轧辊本身的硬度较高，加工的难度也会随提高，在轧制的过程中个很容易产生裂纹或者掉块的现象，若是轧辊的硬度较低，则不能很好发挥轧辊在生产过程中的优势。在多次生产实践中，最终发现高速钢轧辊最为合适的硬度为HRC80-82。其次，在高速钢轧辊轧制的过程中，要保证冷却水的充足，冷却水的水压也要在规定的合理范围内，从而防止棒材在生产的过程中出现激冷激热的现象，避免在轧制的过程中出现堆钢现象，还要注意在棒材生产缠辊的过程中，切不可关掉冷却水，否则很容易因为温度的迅速变化导致轧辊表面组织发生变化。此外，在高速钢复合辊的轧制过程中，轧辊的重车量不应该太小，在实际生产过程中要与车削球墨铁辊重车量相当。在高速钢轧辊轧制的过程中，若出现烧轧机轴承的现象，要迅速停止轧制更换轧辊，在轧制的过程中高速钢轧辊的轴承亲和力较强，在轧制的过程中若烧轴承现象严重，轧辊内圈与辊轴很容易烧死，最终导致轧辊破损甚至报废。

4.2 改进措施

在唐钢棒材生产线上，切分规格较多的棒材生产线，在生产的过程中若是某个轧槽在生产过程中出现问题会很容易导致整组的轧槽报废，在很大程度上影响着高速钢轧辊的实际利用率。因此在实际生产的过程中，要不断加大对高速钢轧辊的维护保养，加大对高速钢轧辊制造技术的创新研究，不断提升高速钢轧辊的性能。还要不断改善唐钢棒材生产过程中的生产工艺，优化棒材生产的操作过程。其次，在高速钢轧辊的轧制过程中，要采取科学合理的冷却措施，在轧制的过程中，轧制温度相对较高，高速钢轧辊的膨胀现象会随着温度的升高而不断加重，轧辊表面的受热不均匀还会造成辊面氧化膜的掉落，同时还会在一定程度上影响轧制的精度。所以在棒材生产的过程中，控制好轧辊表面的温度能够提高轧制的质量，有效改善高速钢轧辊在轧制过程中出现的问题。

4.3 高速钢轧辊在棒材生产中的维护保养

高速钢轧辊是唐钢棒材生产中的关键，要在棒材的生产中保持高速钢轧辊良好的使用状态以及维持其较长的使用寿命最为关键的地方就是轧辊在使用过程中的维护保养工作。在唐钢棒材的实际生产过程中，运用先进的管理手段进行棒材生产管理以及轧辊的轧制使用管理是非常关键的。高速钢轧辊由于其自身材料以及制造工艺的原因，脆性较大，在轧制的过程中对事故的抵抗能力较差，所以在轧制的过程中要密切注意，防止烧轴承或者高速堆钢现象的发生，避免对高速钢轧辊产生严重的破坏。在实际生产过程中，若是在轧槽相应位置发生卡钢事故，要迅速停水，并及时让轧辊与钢料分离，尽可能避免高速钢轧辊与轧制材料的长时间接触，让轧辊在空气中缓慢冷却。在相应事故处理完成后，重新起车开始轧制之前，注意必须更换掉轧槽，恢复冷却水时要注意避免其冲到事故槽上，避免轧制槽表面裂纹的产生。

5 高速钢轧辊的加工刀具的选择及棒材生产的执行标准

高速钢轧辊的使用性能较好，而且相比于普通的铸铁轧辊，使用寿命远远大于普通铸铁轧辊的使用寿命，但是高速钢轧辊的加工却难度较大，技术人员在多次实践与研究下，在YG6A与陶瓷刀之间找到了更为合适的刀具材料，兼顾了二者的优点，在一定程度上提升了刀具的硬度与韧性。此外，还对一系列加工工艺进行了改进，降低了高速钢轧辊在轧制过程中的消耗，不断提升高速钢轧辊的使用率。

对于高速钢轧辊生产的棒材，在唐钢当前的发展中，严格按照热轧带肋钢筋产品执行标准为GB/T 1499.2-2018，2018年11月1日开始实施。在生产的棒材中，钢筋按定尺交货时的长度允许偏差调整为0mm～50mm。对于棒材的弯曲度，在原来“总弯曲度不大于钢筋总长度的0.4%”的基础上，增加了“每米弯曲度不大于4mm”的要求。对于直径为6mm～12mm的棒材，实际重量与理论重量允许的偏差为±6.0%，而对于直径为14mm～20mm的棒材，实际重量与理论重量允许的偏差为±5.0%，对于直径相对较大的22mm～50mm的棒材，实际重量与理论重量允许的偏差为±4.0%。

6 小结

经过长时间的实践与不断地改善提升，在当前的发展中，唐钢已经逐渐掌握了高速钢轧辊的使用特性。在长时间使用改进的过程中，高速钢轧辊已经逐渐替代其他材料轧辊用于唐钢棒材的生产。高速钢轧辊在不断改进完善下，其轧制性能已经有了很大的提升，较好的耐磨性以及较长的使用寿命使得唐钢棒材在生产过程中具有较高的产量，棒材的生产质量也能够得到有效的保证，为唐钢棒材的生产不断提升其经济效益。