Cr5材质冷轧辊制造与使用维护技术

Cr5材质冷轧辊制造与使用维护技术冷轧辊是直接参与轧制的带钢冷轧机的重要部件，其性能直接影响冷轧板带材质量，特别是高级冷轧板的表面质量以及轧机轧制生产效率。预计到2005年，国内大型钢铁企业冷连轧机数量将由上世纪末的8套增加至16套，加上民营等其他所有制企业已建或拟建的轧机，连轧机总数将达到20套左右。同时，单机可逆可双机可逆冷轧机的数量也在成倍增加。这些新上轧机尤其是连轧机大多采用酸轧联机，选择相关的等板形控制技术，可实现无头轧制及自由规程轧制，具有轧制效率要求高等共同特点，使得轧辊的服役条件更加恶劣，对冷轧辊的使用性能提出了更高的要求。现代化轧机对冷轧辊的主要性能要求有以下五条：一是纯净的冶金质量和均匀的组织，以提高轧辊材料抗疲劳强度；二是良好的抗事故能力，降低出现轧制事故时对轧辊的操作；三是高硬度和高耐磨性，延长轧辊的换辊周期，提高轧制效率；四是足够的淬硬层深度，满足轧辊工作层深度的需求而不必进行轧辊的重淬；五是高而均匀的辊身表面硬度，保证板材的表面质量。Cr5冷轧辊的技术特性Cr5冷轧辊是含铬量5%左右的新材质冷轧辊，通过化学成分的科学匹配和合理的生产工艺，其与传统的Cr2材质和深淬硬Cr3材质相比，具有以下优良的技术特性：一是优化了碳化物的类型和分布。由于主要元素Cr含量发生了变化，提高了Cr/C比，由Cr2、Cr3材质以M3C类型碳化物为主变为了以M7C3类型碳化物为主，碳化物的硬度发生了变化。同时，由于多元合金化的作用，其碳化的颗粒度更细小，分布更弥散，为提高轧辊而磨性和抗事故性提供了组织基础。二是提高了耐磨性。Cr5材质由于合金元素含量的提高，基体固溶量增加，提高了强化效果；同时，碳化物类型发生变化，碳化物硬度提高，因而提高了轧辊的耐磨性。试验室耐磨性试验表明：Cr5材料的耐磨性比Cr2材质提高了两倍，比Cr3材质的耐磨性提高了一倍以上。三是增加了硬层深度。轧辊淬硬层深度的获得，一方面通过合金元素的调整来实现，另一方面，合理科学的热处理工艺是保证轧辊获得深淬硬层的必不可少的手段。通过合理的成分设计和热处理工艺方法，国内邢机Cr5材质冷轧辊可以获得45mm以上深度的淬硬层，可满足国内几乎所有轧辊工作层深度要求，冷轧辊不再需进行二次重淬，避免了轧辊重淬带来的轧辊尺寸精度和形位精度的变化。与Cr2、Cr3材质相比，Cr5材质冷轧辊具有更深的等硬度层，为提高轧制稳定性创造了条件。四是断裂韧性相当。材料的断裂韧性是衡量材料裂纹扩展抗力的指标，通常随着材料合金元素含量的提高，材料的断裂韧性值往往降低。但通过碳化物的形态和分布、基体组织及组织均匀性的合理控制，材料的断裂韧性并未因Cr含量的增加而明显降低。试验表明，Cr5与Cr2材质断裂韧性相当。五是抗事故性提高。Cr5材质轧辊由于基体的固溶强化效果提高了基体强度指标，同时碳化物尺寸减小，分布更加弥散，减轻了对基体的割裂作用，轧辊抗事故性也相应提高。有人进行了粘钢试验统计，结果表明，Cr5冷轧辊平均每次粘钢后产生的裂纹深度比Cr3冷轧辊要减少34.23%。使用结果表明，Cr5轧辊比Cr3轧辊的抗事故能力提高30%左右。Cr5冷轧辊的生产技术介绍Cr5冷轧辊的生产流程，包括钢水冶炼-铸锭-钢锭锻造-锻后热处理-机加工-预备热处理-机加工-最终热处理-精加工等主要工序。一是冶炼工序有关成分的控制问题。大量的研究工作证明，冷轧辊钢的疲劳寿命与钢中非金属夹杂物的总量、大小和形状有关。这些非金属夹杂物的分布、性质和类型决定于冶炼操作、脱氧、钢包精炼、浇注方法及电渣重熔工艺。随着合金含量的提高，合金元素的偏析倾向增大，同时对钢水的洁净度要求更高。因此，钢的洁净度和组织成分的均匀性对冷轧辊钢的性能是至关重要的。冶炼过程除控制钢的化学成分外，更重要的是控制钢的洁净度，同时降低合金元素的偏析程度。就钢水的冶炼方式来讲，各生产厂家不尽相同，大体有以下几种：电炉冶炼+钢包精炼，电炉冶炼+电渣重熔，电炉冶炼+钢包精炼+电渣重熔。国内邢机公司采用电炉冶炼+LF/VD精炼（含真空除气）+电渣重熔的冶炼工艺，合金元素的偏析程度降低，夹杂物含量符合日本JISG0555标准。二是锻造及锻后热处理工艺。锻造工序是整个Cr5冷轧辊制造过程中承上启下的重要环节。一方面，它通过辊坯的锻造成形过程消除铸态组织粗大的枝晶，细化晶粒，焊合钢锭内部疏松、气泡、微裂纹等宏观缺陷；另一方面，由于Cr5材质合金含量更高，成分和组织偏析程度相对更为严重，碳化物尤其是液析碳化物量大。锻造是减轻偏析、均匀组织和成分以及锻合钢锭内部缺陷的重要工序。对于锻造而言，更为重要的是通过锻造加热及变形工艺的合理制定，充分溶解、破碎、改善碳化物在钢中的分布，降低偏析程度，均匀组织，提高材料的使用性能并为后续的热处理工序奠定良好的基础。锻后热处理的主要目的是细化因锻造高温加热而造成的粗大晶粒，防止白点的产生，通常采用正火+等温球化+扩氢退火工艺，得到碳化颗粒细小、组织均匀的点球状珠光体。这样，在最终淬火时才能得到合乎要求的碳化物。如果此时得到的碳化物大小不均，在以后的热处理过程中将很难予以纠正。三是预备热处理工艺。预备热处理的主要目的是为了调整组织，获得粒状索氏体组织和分布均匀的颗粒状碳化物，提高轧辊综合性能，为最终热处理做好组织准备，以此提高冷轧辊的最终淬火性能，同时根据需要调整轧辊辊颈硬度。检测表明，在相同高温回火条件下，Cr5材质组织良好，强度、塑性和韧性常规机械性能检测的指标明显高于Cr2材质。四是最终热处理工艺。Cr5材质冷轧辊由于合金含量较高，淬火后的残余奥氏体量较大，为提高轧辊组织稳定性，必须通过深冷处理来促进残余奥氏体的转变，以使成品轧辊残奥量控制在10%左右。最终热处理通常包括感应加热淬火、冷处理、回火三个工艺环节。处理后轧辊基体组织通常为隐晶马氏体级为主加少量弥散分布的碳化物。感应加热目前主要有两种方式，即整体感应加热和渐进式感应加热。由于汽车进式感应加热可通过移动进度和感应数量的合理配置来调整轧辊的淬硬层深度，且所需电源功率较小，因而成为国内外冷轧辊最终热处理加热所采取的主流方式。Cr5材质冷轧辊使用维护技术Cr5材质冷轧辊技术特性的充分发挥，需要良好的使用维护方法和手段作为支撑，对轧辊的使用者提出了更高要求，主要应做好以下几方面的工作：一是根据轧机特点及轧材材质、规格制定合理的轧辊股役周期。根据轧辊轧制量、制定合理的磨削规范，包括砂轮的选择、进刀量及磨削量的控制。二是赋予轧辊人性化的管理。股役后的轧辊应有充分的休息以消除股役疲劳，使轧辊能够劳逸结合，这就要求轧辊有合理的股役节奏和合理的备辊数量。三是对下机轧辊要进行必要的检测。可选择采用涡流探伤、表面波探伤或磁粉探伤、着色探伤、硬度等检测方法对磨削前后的轧辊进行检测。必要时，可以几种方法同时采用，确保轧曙表面无残存裂纹、皮下无疲劳裂纹、无明显疲劳硬化区、轧辊表面硬度均匀，防止轧辊带缺陷上机。四是对于事故轧辊要进行探伤。要通过涡流、表面波探伤等方面确定裂纹位置，并通过切槽的方法确定表面缺陷深度，同时要保证将缺陷去除干净，并磨去缺陷影响层。要检查硬度与正常区域相比是否有异常，消除热影响区后才可上机。有关程序如下：选择缺陷最严重部位进行磨削切槽，直到到除缺陷为止，以此确定最大缺陷的深度；逐层磨削其它部位，直至磨平轧辊；检查确认缺陷已被去除；磨削事故热影响层，热影响层的确定原则是要保证辊面硬度恢复正常。