钢管连轧机轧辊的制造

钢管连轧机轧辊的制造

提要：介绍了钢管连轧机辊的制造过程，论述对其化学成份的选择、球化

孕育处理及热处理工艺制定等技术关键。

关键词钢管连轧机轧辊研制

１前言

钢管连轧机组，由于轧制时压下量大、芯棒限动、速度可控、轧制扭矩变化大等因素极易造成轧辊的损耗和失效，毛管表面的氧化铁皮也加速了轧辊的磨损，连轧管机的轧制特点是轧制力、轧制扭矩均很大，目前有二辊及三辊连轧，因此研究连轧机用高质量的轧辊具有十分重要的意义。

2连轧辊的制造方式

连轧辊的制造方式主要有三种，第一种是传统的常法铸造，第二种是离心复合铸造，第三种是工作层与轴组合而成。下面对三种制造方式做一个简述。

2.1连轧机辊的常法铸造

连轧机辊的常法铸造，是一种传统的铸造方式，其优点是一次成型，缺点是由于是厚大轧辊，工作层要求不能保证，轧辊消耗量较大。

2.1.1工艺流程见图1

图1 连轧机辊工艺流程

2.1.2难点体现在以下几点：

2.1.2.1由于轧制钢管直径大，轧辊工作层厚度要求高，属于典型厚大断面球铁，在如此厚的断面上，既要得到组织致密球化良好的基体组织，又要保证硬度均匀，在球化处理及工艺控制上难度较大。

2.1.2.2由于承受轧制力大，轧辊制造既要满足辊颈有较高的抗拉强度和韧性以承受较大冲击力，又要满足辊身有较好的耐磨性较少的硬度梯度满足轧制需要，在化学成份的选择及熔炼浇注工艺的确定等方面难度较大。

2.1.2.3由于针状球铁材质合金含量较高，而且连轧机辊辊身、辊颈直径尺寸相差悬殊等原因，连轧机轧辊铸态时有较大的残余应力，因此制定合理的热处理工艺对消除残余铸造应力，控制残余奥氏体量，获得最佳组织形态和性能匹配至关重要。

研制过程中采取的主要工艺措施

2.1.

3.1工装模具设计

由于连轧机辊辊身与辊颈尺寸相差较大，而且工作层厚度也较大，因此在设计工装模具时，着重考虑了以下几方面：⑴金属型

图2 铸型装配示意图

厚度要确保对辊身保持一定的激冷度。⑵为确保轧辊组织和硬度，直接铸出孔型，一方面保证了孔型表面硬度和在较厚工作层内保持较小的硬度梯度，另一方面也减少了孔型加工余量。⑶在考虑孔型直接铸出的过程中要精确计算轧辊各部位，特别是孔型部位凝固时的缩尺，以免孔型活块阻碍收缩形成裂纹等缺陷。铸型装配见图2。

2.1.

3.2化学成份的选择与控制

由于连轧机辊的特殊使用要求，一般要求工作层为贝氏体

组

织，而在铸态下获得针状贝氏体球铁，可采取两种措施：合金化或改变轧辊的冷却条件。由于轧辊生产均采用金属型铸造，要改变其冷却条件在工艺操作上难以实现，故较为现实和有效的措施就是合金化。而轧辊中原需含Ni、Cr、Mo等元素为实施合金化得到贝氏体组织创造了很好的原始条件。合金化的作用主要表现在一方面是改变奥氏体转变曲线，使珠光体转变区明显右移，形成宽度较大的贝氏体转变区；另一方面可强化基体从而提高性能1。因此选择合适的化学成分是获得针状贝氏体组织的主要途径。

采用无芯工频或中频感应电炉熔炼铁水，按化学成份要求进行配料称重熔炼，用直读光谱仪分析化学成份，在熔炼过程中严格控制C、Si、Mn、Ni、Cr、Mo的含量，为在铸态获得稳定的针状贝氏体组织创造了良好的条件。

2.1.

3.3铁水熔炼及球化孕育处理

铸造生产针状球铁连轧机辊，球化孕育处理是其中一道关键工序，因为球化孕育的好坏，直接影响轧辊的硬度、强度、韧性。球化孕育良好的轧辊晶粒细、组织致密、强度高、硬度落差小。为此，采用压力加镁法球化处理，同时辅以少量的稀土镁冲入法处理，一方面强化了球化效果，同时少量的稀土则起到消除针孔、去硫磷、除夹杂的作用。在孕育处理方面采取包底与表面二次孕育工艺，确保了孕育效果。

2.1.

3.4制定合理的热处理工艺

由于针状球铁连轧机辊的外型尺寸的特殊性和较高的合金含量，因此轧辊具有更大的残余铸造内应力，同时冷却速度的不均

匀性，组织中具有一定量的残余奥氏体存在，加之轧辊之间硬度的不一致，因此必须进行热处理，主要目的是：⑴消除因合金含量高在铸造凝固过程中产生的残余应力。⑵稳定和控制轧辊中的残余奥氏体量，获得最佳组织和性能匹配。⑶适当调整轧辊硬度，确保轧辊之间硬度的一致性，经过试验研究，经过500℃~550℃退火，60%~70%的残余奥氏体将被分解为铁素体和碳化物，断裂韧性和冲击韧性将略有提高。

2.2 连轧机辊的离心复合铸造

连轧机辊的离心复合铸造，就是工作层利用离心铸造而成，达到工作层组织致密，硬度均匀，以提高轧辊的耐磨性能。其优点是工作层与辊颈脱离铸造，工作层的成份调节具有较大的自由空间。可尽量提高轧辊的耐磨性。

2.2.1 工艺流程(见图3)

图3 卧式离心铸造连轧机辊工工艺流程图

2.2.2连轧机辊的离心复合铸造的难点及解决措施

其工艺难点主要在于工作层与辊颈结合的间隔时间较难控制,如采用立式离心机铸造，难度较少，如用卧式，需要重新配模，较难控制，结合不良引起的废品较多。卧式离心复合铸造铸型装备图见图4

我们采用红外测温仪监控铁水温度，尽可能降低内外层铁水的间隔时间，确保内外层结合良好，降低废品率。

正是由于离心复合铸造的优势，我们对连轧辊工作层的材质做了不少开发工作。对宝钢140机组连轧机组1、2机架采用铌球墨铸铁复合轧辊，取得了成功，单次修磨量由原来的常法铸造轧辊的4～6mm降低为现在2～4mm/次，过管量大幅增加，得到了用

户的好品。

、底箱2、辊模及端盖3、上辊颈砂

箱4、浇口杯

图4卧式离心复合铸造铸型装备示意图

2.3 组合式连轧机辊

工作层采用离心复合铸造，轴采用锻钢或其它材质，通过机械组合的方式，形成完整的连轧机辊。目前新建或技改的钢管公司都在向这方向发展，一方面能满足轧辊的耐磨性要求，同时轴能重复使用可以节约不少成本。

参考文献

1魏秉庆等，贝氏体球墨铸铁，北京：机械工业出版社，2001。2文铁铮等，冶金轧辊技术特性概论，河北：河北科学技术出版社1995。