高硼高速钢组合轧辊在螺纹钢生产线的应用研究技术总结

高硼高速钢合金组合轧辊在螺纹钢生产中的应用研究

目录

1前言 (1)

2应用研究原理 (2)

2.1原理综述 (2)

2.2 高硼高速钢合金组合辊与高镍铬球铁辊的性能比较 (4)

2.2.1两种轧辊在材料性能上的差异分析 (4)

2.2.2两种轧辊在机械性能上的比较 (5)

3试用方案 (5)

3.1轧辊组合结构方案 (5)

3.2试验品种架次及目标选择 (6)

3.3轧辊孔型冷却方案 (6)

4试验结果及分析 (7)

4.1试用轧辊单孔单次过钢量结果及分析 (7)

4.2试用高硼高速钢合金组合辊后节约时间 (8)

4.3成本分析 (8)

5经济效益分析 (9)

5.1降低吨钢轧辊消耗创造经济效益 (9)

5.2减少事故时间、换孔时间创造经济效益 (9)

5.3减少中间轧废创造经济效益 (9)

5.4年节约轧辊费用 (10)

5.5 成本费用 (10)

5.6全年创造经济效益 (10)

6存在的问题及下一步的打算 (10)

7结论 (10)

1前言

轧辊是冶金行业最大的消耗件，轧辊消耗成本约为轧钢生产成本的5%-10%，直接关系到钢铁生产企业的生产效率、产品质量与生产成本。目前使用的轧辊大部分为美国在上世纪30年代开发的高镍铬钼无限冷硬铸铁轧辊，工作层使用完毕后便整体报废。采用辊套式轧辊结构，使轧辊的60%左右可以循环使用，同时轧辊的工作外层采用高合金材料并进行适当的热处理，从而达到理想的使用效果，大幅度提高轧辊使用寿命，降低生产成本。辊套轧辊是冶金行业与轧辊生产企业长期研究的课题，如何提高其安全性与稳定性及选用合适的结构与材料是解决问题的关键所在。轧钢分以往采用的就是传统的铸铁轧辊，其中精轧机组采用离心铸造高镍铬针状贝氏体球墨铸铁轧辊（以下简称高镍铬球铁辊），其成品轧辊的单槽过钢量根据轧制规格和工艺条件不同，一般只有300--500t／槽，尤其是采用切分工艺轧制时，因预切分、切分孔型压下负荷大且切分楔子较尖锐，磨损、损坏情况更加严重，单槽过钢量更少。这就意味着一个班产量800t左右就要更换2--3次轧槽，造成的换辊、换槽次数多、时间长，换辊换槽后轧机调整频繁，产品尺寸波动大，易引发质量事故及生产工艺事故，从而导致整个生产线的作业率下降、成材率指标差等问题，成为当前制约产能发挥和指标优化的一个重要因素。针对这种情况，厂成立了课题组，研究如何改变轧辊材质，提高轧辊孔型的使用寿命，解决上述问题。

经了解，目前国内为了大幅度提高轧辊使用寿命,已经研究出来投入使用的轧辊材质主要有:

（1）碳化钨合金辊环。碳化钨合金辊环研究最早、也最成熟，虽然很耐磨，硬度高，但是脆性大，不适宜具有较大冲击负荷的棒材轧制，通常用于高速线材的轧制。

（2）钢基硬质合金组合轧辊(以下简称为：ACS轧辊)。针对切分轧制螺纹钢筋切分及预切分机架定型设计,切分孔具有冲击负荷极大、热应力大的特点，所以，该产品具有耐磨性性好，磨损均匀、抗冲击韧性好、耐热疲劳性能好等优点,它的单槽过钢量是铸铁轧辊的10-15倍以上,在轧制过程中，能很好控制切分料型。

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（3）高硼高速钢合金组合辊采用双金属复合挤压浇注工艺、组织致密、具有较高的红韧性、耐磨性和抗冲击性，使用中不易产生麻面、掉肉等现象、过钢量相对较高，其脆性指标要好于碳化钨，耐磨程度较前述两种材质要差一些，但是其投资成本远低于前两种材质。

在上一年度，进行了钢基硬质合金组合轧辊应用研究，取得了较好效果，使用寿命提高14倍，但是由于轧辊价格太高，备件库存占用资金较大，基于整体生产经营需要，不能使备件库存资金过高，因此，课题组确定选择高硼高速钢合金组合辊,在螺纹钢生中进行应用，以期达到既能够提高轧辊使用寿命又使轧辊库存资金占用不大的目的。

2应用研究原理

2.1原理综述

热轧棒材线生产中，轧辊是将高温下的轧件进行塑性变形的工具，其直接与高温轧件接触，需要克服轧制压力、轧件咬入瞬间的冲击负荷、高温条件下轧件热量传递到轧辊导致温升硬度降低磨损加快而要尽可能长时间保持孔型外形尺寸符合设计要求等困难。

通常要保证这些性能要求，就是要靠调整轧辊化学成分及加工工艺，以使轧辊的硬度高、强度高、且具有一定的塑性，同时在使用过程中尽可能地利用合理的冷却方式，减少轧件温度向轧辊的传递，减小轧辊温升，保证其硬度变化较小，耐磨性能稳定。高硼高速钢合金组合辊的制造方法及工艺路线，见图1。

图1 高硼高速钢合金组合轧辊的制造方法及工艺路线

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2.2 高硼高速钢合金组合辊与高镍铬球铁辊的性能比较

2.2.1两种轧辊在材料性能上的差异分析

两种轧辊的低倍组织见图2和图3。

图2 高硼高速钢合金低倍金相组织×100 图3高镍铬球墨铸铁低倍金相组织×100由图2和图3可以看出:高镍铬球墨铸铁由Fe

3

C、基体及石墨构成，高硼高速钢合金由细密的合金碳化物及基体构成。

高镍铬球墨铸铁由大量的Fe

3C构成，而Fe

3

C硬度不高且成骨架型分布，用

于轧辊材料表现为耐磨性不够，同时由于Fe

3

C呈骨架型分布割裂基体，造成轧钢时易发生掉块现象。

高硼高速钢合金由大量合金碳化物构成，具有较高的含碳量，同时含有大量的W、Mo、V、Cr、Co、B等合金元素，合金含量占40%左右。

碳：碳是获得高硬度耐磨碳化物颗粒增强相所必须的元素，同时部分碳固溶于基体，改善基体的淬透性和淬硬性。碳的加入量与碳化物形成元素铬、钼、钨和钒等元素有关。

硼：硼在钢中溶解度低，与晶体缺陷（位错、晶界、空位……）有强烈的相互作用，且易于O、C、S等形成夹杂物或析出相，目的是进一步改善机体的淬透性及提高钢的高温强度，强化晶界的作用。由于硼推迟了铁素体的生核过程(但并不影响奥氏体或铁素体基体的热力学性能，也就是说硼可以降低铁素体的生核速率，但并不影响其长大速率以及珠光体和马氏体的形成速度)，这样就推迟了γ→α＋β的相变，使钢的S曲线向右平移，而提高钢的淬透性。同时，由于硼在铁中较小的固溶度，且由于硼、铁原子直径比为0.7，显著大于形成间隙固溶体的上限尺寸0.59，又显著小于形成置换固溶体的下限尺寸0.86，因此不论硼原