1  前言

　　大型方板坯初軋機是用來軋制板坯和大方坯疫赎，比如寶鋼80年代中期投產(chǎn)的1300mm初軋機芜既，設(shè)計用來軋制120－250×650－1600mm板坯促军，200 ×200mm，225×225mm方坯晕忙。伴隨著連鑄技術(shù)的迅速發(fā)展交鹊，初軋機的發(fā)展和使用，經(jīng)歷了一個從興盛膛画、并存到衰亡的過程酥盼。90年代以前，是初軋機發(fā)展興盛時期癞亩，陸續(xù)建成750mm以上初軋機19臺传等。90年代以后，連鑄比從20%發(fā)展到90年代末的90%以上绪痘，初軋機和連鑄并存鹉奸，初軋機的功能逐漸被取代。90年代末期到現(xiàn)在钱雷，國內(nèi)連鑄比一直保持在90%以上骂铁，初軋板坯被連鑄所取代，在軋制產(chǎn)品上罩抗，初軋機起到一種補充作用拉庵，有的廠家，初軋機處于閑置狀態(tài)套蒂。

　　在合金鋼棒線材連軋生產(chǎn)中钞支，初軋機仍然具有獨特的優(yōu)勢。初軋機軋制合金鋼的方坯操刀，提供給5機架棒線材連軋機組烁挟，生產(chǎn)不同規(guī)格的合金棒材婴洼。

　　初軋機生產(chǎn)的特點是，一是以鋼錠為原料撼嗓，軋制溫度高柬采，鋼錠變形量大，導致開坯時軋輥承受大的熱沖擊静稻，容易造成輥身表面或孔槽底部產(chǎn)生大量的熱裂紋警没。二是壓下量大匕冠，軋制扭矩大胚僧，大型方板坯軋制道次壓下量達到80-100mm，軋制壓力達到2000-4000噸逾族，最大軋制扭矩達到650-910噸米渡厦。三是方坯初軋機軋制負荷小，斷輥不是主要問題床斜，要求有較好的耐磨性以提高其軋制量审鸿。據(jù)此，對于大型方板坯初軋　機好侈，提出其技術(shù)要求為超茎，輥身抗拉強度不小于 600MPa，硬度42-48HS瞻聪，輥頸抗拉強度不小于392MPa标霎。

2  初軋輥材質(zhì)選擇

　　根據(jù)初軋輥的使用要求，軋輥材質(zhì)一般有兩種選擇椎崎，一種是合金鑄鋼或鍛鋼铡说，一種是合金球墨鑄鐵。合金鑄鋼或鍛鋼的材質(zhì)有50CrNiMo或70CrMnMo 等缰犁，經(jīng)過正火處理淳地，金相組織是索氏體，具有較高的強度和一定的塑性和沖擊韌性帅容，在初軋機的使用上獲得滿意的效果颇象。具有七十年代水平寶鋼1300mm方板坯初軋機，其2號軋機使用的是合金球墨鑄鐵軋輥并徘。由于合金球鐵軋輥具有良好的導熱性和抗熱疲勞的能力遣钳，在該機架使用中獲得了良好的使用效果。軋輥國產(chǎn)化的研制中饮亏，如何選擇軋輥的化學成分和熱處理工藝是面臨的主要問題耍贾。

　　分析了合金元素對于合金球鐵組織和性能的影響。

　　碳和硅是主要的石墨化元素路幸，硅的存在促使鐵素體的量增加荐开。由于球墨鑄鐵凝固過冷傾向大付翁，易產(chǎn)生白口組織，要求具有較高的碳當量晃听。碳當量過高有產(chǎn)生石墨漂浮和石墨粗大的傾向百侧。取碳當量為4.0-4.3%為宜。

　　磷在大直徑軋輥的生產(chǎn)中呛米，是要嚴格控制的元素惕仪。在鑄鐵凝固過程中磷的分配系數(shù)是0.2，共晶轉(zhuǎn)變完成后洒已，殘留液相中的磷含量相當高界贮，生成二元磷共晶(Fe3P+Y)或三元磷共晶(Y+Fe3C+Fe3P)。磷共晶分布在共晶團晶界上受贫，呈多角形驾萄，性質(zhì)硬而脆，容易造成應(yīng)力集中浴蝉，降低了球鐵的強度亥戒、塑性和韌性。所以對于直徑達ψ1350mm的初軋輥來說冗腐，磷含量應(yīng)控制在0.05%以下率偏。

　　硫嚴重影響石墨球化，控制在0.03%以下蚊患。

　　錳有利于減少硫的有害作用浙于，并且少量的錳有利于穩(wěn)定和細化珠光體，但高含量的錳溶入奧氏體和碳化物中查库，使白口化傾向加大路媚。

　　鉻是強碳化物形成元素，合金球鐵軋輥中樊销，鉻含量超過0.2%整慎，就會出現(xiàn)游離碳化物，并使軋輥硬度升高围苫。溶入基體中的鉻裤园、錳起到強化基體的作用。因此為了使球鐵獲得良好的強度和塑性剂府，鉻拧揽、錳元素一般控制在較低的范圍。

　　鎳是非碳化物形成元素腺占，凝固后存在于鐵素體和奧氏體中淤袜，起到穩(wěn)定奧氏體和細化珠光體的作用，提高了軋輥的強度和塑性衰伯。對于珠光體組織的合金球鐵蜻赃，鎳含量大多控制在1.5-2.5%的范圍椰严。

　　鉬是強烈促進珠光體組織形成的元素，并且細化珠光體組織钥币，大量的鉬由于偏析傾向加劇荡偶，在晶界上形成高硬度和穩(wěn)定的含鉬碳化物的可能增加，將降低球鐵的塑性嘁老。一般控制在0.8%以下烧乙。

　　基于以上分析，球墨鑄鐵初軋輥的化學成分設(shè)計如表1所示醉镇。

　　球墨鑄鐵蝶閥

　　對于球墨鑄鐵生產(chǎn)來說辱窘，由于化學成分的不同，鑄造工藝的不同窒汤，其鑄態(tài)組織是完全不同的蜂镇，可以呈現(xiàn)出不同的性能指標。熱處理的目的杉硅，就是在于根據(jù)軋輥的技術(shù)要求和使用條件及原始鑄態(tài)組織情況，用合適的熱處理方法來調(diào)整基體組織和內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)深怕，以使軋輥達到最佳的技術(shù)性能指標和使用效果杏死。

　　生產(chǎn)實踐上，采用電弧爐冶煉捆交，控制鐵水中的P,S含量淑翼，采用爐內(nèi)噴粉增碳，爐后孕育球化處理及隨澆孕育的工藝措施品追，鑄造工藝上輥身部位采用噴涂料金屬冷型玄括。得到的鑄態(tài)組織是均勻細小的球狀石墨，基體組織是表2中的第3種類型肉瓦，即珠光體+10-35%的牛眼狀鐵素體和少量的碳化物遭京，檢測硬度38-40HS。

合金球墨鑄鐵軋輥

3  合金球墨鑄鐵初軋輥熱處理工藝研究

3.1熱處理工藝方案和試驗方法選擇

　　合金球鐵初軋輥鑄造組織中泞莉，石墨細小均勻哪雕，但存在大量的牛眼狀鐵素體，導致總體硬度偏低鲫趁。如果采用消除應(yīng)力退火的熱處理工藝(600—650℃)斯嚎，將不能有效改善鐵素體的分布，提高軋輥的強度挨厚，硬度返雷，特別是軋輥的疲勞強度。牛眼狀鐵素體的存在弓席，可以使球鐵具有良好的塑性和承受沖擊載荷的能力阎员，對于軋輥的使用來說现碰，合金球鐵初軋輥經(jīng)受彎曲疲勞過程，在熱應(yīng)力作用下轻江，在輥身表面產(chǎn)生細小的熱裂紋现辑，并且在疲勞載荷作用下會迅速擴展，有時形成環(huán)裂而導致輥身斷裂挤帕。所以提高輥身基體組織的疲勞強度是重要的扳耘。具有牛眼狀鐵素體組織的球墨鑄鐵，疲勞裂紋較多的在鐵素體基體中擴展贤泥，從而減小了裂紋擴展抗力液茧，降低了疲勞強度 [3。為此练缴，對于熱處理工藝的選擇缚庐，在考慮現(xiàn)有工藝裝備的基礎(chǔ)上，采用噴霧淬火和高溫回火的工藝霎挟，其目的是減少或消除牛眼狀鐵素體窝剖，增加珠光體的含量，提高基體組織的強度和硬度酥夭，使軋輥達到技術(shù)條件所規(guī)定的強度和硬度要求赐纱。

　　采用的實驗方法是，在鑄態(tài)輥身端部切取試樣熬北，利用箱式高溫電阻爐在不同溫度加熱對試樣進行奧氏體化疙描，觀察金相組織并檢測硬度，來確定最佳奧氏體化溫度讶隐。在確定的奧氏體化溫度下起胰，對試樣加熱，并空冷巫延，制成回火用原始試樣效五，利用箱式中溫電阻爐進行最佳回火溫度的試驗，觀察金相組織并檢測硬度烈评。

3.2奧氏體化溫度的確定

　　從表3和表4的試驗結(jié)果可以看出火俄，880℃以上奧氏體化加熱，鐵素體已全部溶解该捎，920℃或大于920℃加熱娇歹，奧氏體晶粒粗大，穩(wěn)定性增加枝扭，導致冷卻后殘余奧氏體增多劣屑，試樣硬度下降。為此，把奧氏體化溫度確定為880—900℃是比較合適的涮凡。

3.3回火溫度的確定

　　為了確定最佳回火溫度拓币，將一組試樣加熱到900℃，保溫40分鐘肤侍，開爐門冷卻到450℃以下琳宽，在不同溫度下進行回火試驗，觀察金相組織并檢測硬度弄业，結(jié)果如表5泛邮。

　　從表5可以看出，580℃回火貝氏體量減少辈净，600℃回火硬度下降盯质。考慮到軋輥在實際加熱爐中回火時間較長和溫度控制精度的實際情況概而，將軋輥的回火溫度確定為540-580℃呼巷。

合金球鐵軋輥

4  Φ1350mm初軋輥的制造工藝和性能

　　寶鋼1300mm初軋機2號軋機軋輥規(guī)格為Φ1350x3100mm，采用合金球鐵(成分如表1)制造赎瑰，確定熱處理工藝如下：880-920℃加熱王悍，保溫42小時，噴霧冷卻20分鐘乡范，吹風冷卻2-4小時配名，540-580℃回火，保溫時間42小時晋辆，爐冷。

　　在工藝操作上宇整，關(guān)鍵是嚴格控制噴霧冷卻和吹風冷卻的冷卻速度和終冷溫度瓶佳。噴霧冷卻速度太高或者終冷溫度太低，很容易由于熱應(yīng)力或組織應(yīng)力導致表面拉應(yīng)力過大而使軋輥表面出現(xiàn)裂紋鳞青，冷卻速度小則不利于貝氏體組織的轉(zhuǎn)變霸饲。要求控制噴霧冷卻速度，使軋輥工作層范圍的溫度下降到300-450℃键先，并保持一定時間置芋，在吹風冷卻的條件下，完成貝氏體轉(zhuǎn)變牺道。

　　采用以上熱處理工藝栋湃，批量生產(chǎn)了φ1350 mm合金球鐵初軋輥。在軋輥輥身端部切環(huán)颈顽，觀察金相組織為球狀石墨和回火索氏體和不大于5％的碳化物铲桑，硬度 HB300-330，比鑄態(tài)硬度提高40-50HB。檢測軋輥其他機械性能掺薪，并與國外某廠家的φ1360 mm軋輥比較胸胚，結(jié)果如表6所示。

　　由表6可以看出啤邑，自產(chǎn)φ1350 mm合金球鐵初軋輥經(jīng)過噴霧淬火和高溫回火后機械性能指標完全達到了技術(shù)條件所規(guī)定的要求垫嚣。與進口同種規(guī)格的合金球鐵比較，抗拉強度和伸長率有明顯的改善津函，特別是沖擊韌性指標提高較大肖粮。這種良好的綜合力學性能對提高初軋輥使用中的抗事故能力有很大的益處。

5  結(jié)論

　　大型合金球鐵初軋輥球散，采用球化良好的鑄態(tài)組織尿赚，經(jīng)過噴霧淬火和高溫回火，可以獲得良好的綜合機械性能蕉堰。

　　熱處理工藝為880-920℃加熱凌净，噴霧淬火加吹風續(xù)冷，540-580℃回火屋讶。

輥身工作層金相組織為球狀石墨加回火索氏體和少量碳化物冰寻，抗拉強度大于700MPa，硬度42-48HS皿渗。完全滿足初軋輥的技術(shù)要求和使用要求斩芭。

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