浅析冷轧辊坯中的带状碳化物

浅析冷轧辊坯中的带状碳化物

苏俊奇　孟焕紫　徐以青　葛永胜

(邢台轧辊股份有限公司锻压分厂,河北054025)

摘　要　从理论上分析了冷轧辊坯各生产工序与带状碳化物的关系,并指出与实际生产中存在的差异。以此为依据提出了在辊坯成型前预留锻比加一次高温扩散的控制方案。

关键词　冷轧辊　带状碳化物　偏析　高温扩散

E ssen tial Study on the R ibbon T yp e Carb ide

in the Co ld Ro ll B lank

Su Junq i　M eng Huanz i　Xu Y iq i ng　Ge Y ongsheng

Abstract　T he relati on sh i p betw een each of the p roducti on p rocesses of the co ld ro ll b lank and the rib2 bon type carb ide have been theo retically analyzed in th is article.T he differences du ring the actual p roducti on has been pu t fo rw ard as w ell.A cco rding to th is situati on,one con tro l p rocess w h ich is to p repare the fo rg2 ing rati o befo re the ro ll fo rm ing and p lu s one ti m e of h igh temperatu re diffu si on.

Key W ords　R ibbon T ype Carb ide,Co ld Ro ll,Segregati on,H igh T emperatu re D iffu si on.

带状碳化物是冷轧辊坯重要检测项目之一,它对冷轧辊的使用性能有较大影响。资料介绍:带状碳化物级别过高不仅增加冷轧工作辊淬火时的开裂倾向,而且还降低轧辊的接触疲劳性能和热冲击抗力,它是导致冷轧辊辊身表面粗化的重要原因,并因此影响轧辊的使用寿命[1]。

然而,对于冷轧辊带状碳化物的成因及钢锭的加工工序控制方式,至今尚有分歧。以下是我们经过多年实际生产总结出的经验。

1　关于带状碳化物的形成原因

学术上有两种说法:第一种说法认为它是钢锭中的碳化物(主要是液析碳化物)在锻造时被打碎,由于钢锭的变形不均匀导致这些破碎的碳化物沿变形方向呈带状分布,结果在辊坯中就形成了带状碳化物[1]。另一种说法则认为它是从奥氏体中沿偏析带析出的二次碳化物[3]。

但是不管那种说法,都一致认为它是由钢锭的碳、铬等元素的偏析所造成的缺陷。更有资料[1]认为:当偏析小时,只出现带状碳化物,而偏析程度严重时,则同时出现带状碳化物和液析碳化物。

钢锭中的偏析(即化学成分的不均匀性),是钢锭中常见的缺陷之一。对于冷轧辊用钢来说,由于含碳量较高,合金元素种类较多,其中碳、铬元素含量的增加则更容易引起较大的偏析。

为了解带状碳化物的形成原因及消除办法,我厂的技术人员统计了公司从1999年12月至2002年7月间的所有精炼钢锭和从2000年5月至2002年7月间的所有电渣重熔钢锭生产辊坯发生带状碳化物的情况。

统计显示:用钢包精炼钢锭生产冷轧辊坯产生带状碳化物的几率为10%,而用电渣重熔钢锭生产冷轧辊坯产生带状碳化物的几率为3%。

从以上数据可以看出,这两种冶炼凝固方式发生带状碳化物的几率有较大差距。

这与两种钢锭的不同特点有密切关系。

在采用精炼和普通铸造方法(模铸)的钢锭中,钢液凝固速度较慢,由于元素选份结晶的缘故,合金尤其是铬元素的偏析指数(即从不同部位测得的金属元素的最高浓度与最低浓度之比)最大可达1.8以上,随着材质中铬含量及其他金属元素的增加,必然使钢锭中产生更大的偏析。

但是对于电渣重熔钢锭,由于其独特的冶炼凝固特点(特别是强制冷却),金属凝固迅速,使其金属纯净度和偏析情况要远远好于采用精炼

2004年第2期(总104期)

和普通铸造方式的钢锭,这已经被广大技术人员所公认。

我们曾经做过实验,在采用两种不同冶炼方法的钢锭生产的两支的辊坯上各取一片并分别在两个试片上各取8个点做带状碳化物的级别测试,结果见表1。

表1　带状碳化物级别

试样12345678

精炼辊坯电渣辊坯2.0

2.5

1.5

1.0

2.5

2.0

2.0

2.0

2.0

1.0

2.0

1.0

2.0

1.0

3.0

2.5

可以看出,各点的级别并不完全一样,甚至差别较大。而在一个截面上产生如此差异,也能说明带状碳化物级别与钢锭的原始组织有着密切的关系。此外,统计显示,有近30%的超标辊坯与冶炼炉次有关,且同一支钢锭上的辊坯带状碳化物呈明显的规律分布,如表2所示。

表2　辊坯带状碳化物分布规律

碳化物级别

锭尾端中部冒口端

5-214(1#锭) 5-214(2#锭) 5-214(3#锭) 5-214(4#锭)2.0

2.5

1.0

1.0

2.0

3.0

1.5

1.5

2.5

3.5

2.0

2.5

因此我们认为带状碳化物的发生首先与钢锭的原始组织偏析有关。

然而,如何通过控制钢锭后工序,即加热、锻造等来消除、减小带状碳化物,目前技术认识上有较大的分歧。

2　关于加热对带状碳化物的影响

一般认为:带状碳化物应在加热钢锭工序解决,即通过高温扩散,加长钢锭在锻造温度下的保温时间来达到消除、熔化碳化物和成分均匀化的目的。

理论认为:加热到1150～1200℃时莱氏体共晶区域开始熔化,成分元素的扩散速度大大加快,各种碳化物开始消除或级别降低,只要给予足够的时间和温度,消除碳化物和成分均匀化的目的就能达到。

这种观点得到了实验室实验结果的支持,并且也有厂家实际应用。

但也有个别资料[2]提出不同的理论:对于大直径钢锭进行高温扩散的意义与作用不大。因为高温扩散对大钢锭内部组织实际能起多大作用,无法进行定性的验证。并且高温扩散耗费能源巨大,设备折旧严重,生产效率低下,因此不提倡对大直径钢锭进行高温扩散。

为了了解高温扩散对带状碳化物的影响,我们首先对超标辊坯采用高温扩散进行挽救,并对钢锭加热时间做了统计。

(1)高温扩散试验

首先对超标试样在实验室的小电炉中做了不同温度下不同保温时间的高温扩散实验。

实验发现:消除带状碳化物的较佳温度约为1050℃。温度过低碳化物熔解太慢,过高则容易产生过热等缺陷。通过实验证实,经1050℃扩散后再经过正火回火处理,材质的力学性能不会降低,我们曾经在同一片上分别取4个样进行实验,结果见表3。

表3　高温扩散后材质力学性能

Ρs,M PaΡb,M Pa∆,%Ω,◊A K,J

扩散前

扩散后

955

968

1020

1010

18

21

43

38

45

48

考虑到水压机加热炉的温差比实验室要大,因而在实际生产中我们选用了1100℃的扩散温度。

经过对102支辊坯的扩散处理,有96支超标辊坯一次扩散成功(占总数的94%)。其结果是令人满意的。

(2)钢锭加热时间

加热时间(无论是单火次的还是总火次)的长短与带状碳化物的发生与级别并无对应关系。以8.5t精炼钢锭为例,没有发生带状碳化物的平均总加热时间为15h,单火次平均时间为7h。而发生带状碳化物的钢锭短的加热时间分别为14h和8h,而最长的时间达30h和24h。以34301生产号为例,5-247的8.5t钢锭单火次加热时间最长达到了24h,依然整炉辊坯带状碳化物超标。

即使同样的加热时间,同样的锭型,辊坯的带状碳化物级别也不一样。

大型铸锻件