半鋼軋輥

合金半鋼軋輥的碳含量通常為1.5%~2.3%，包括 Cr、Ni、Mo、V 等合金元素，一般游離碳化物的質量分數在 6左右%～10%硬度下降小、耐磨性能高、韌性良好、消耗顯著降低，型材和軌梁表面質量顯著提高廣泛用于替代鑄鋼軋輥和普通低合金鑄鐵軋輥，如大斷面型鋼粗軋輥、型鋼軋機初軋和中間軋制機架、熱軋帶鋼連軋機初軋和精軋前級工作輥。

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碳含量小于1.8%半鋼軋輥含有鉻、鎳、鉬等合金元素，其顯微組織為回火索氏體，基體上分布著細晶和棒狀碳化物，硬度范圍為HS35－55之間。隨著碳含量的增加，半鋼軋輥組織中出現越來越多的共晶碳化物。

根據軋輥用途調整半鋼軋輥的碳含量、通過相應的熱處理工藝，控制合金元素的含量以獲得不同的基材、半鋼軋輥組織的碳化物含量和形態，以滿足不同軋機的要求。因此，半鋼軋輥材料已經發展成為適合不同類型軋機使用要求的系列材料。

半鋼輥身工作層中的碳化物含量、形狀分布沿輥身半徑變化不大，其突出表現是軋輥工作層硬度下降很小，適用于大中型深孔鋼廠的軋機機座、對于小方坯連軋機的軋輥，最好采用預開口熱處理工藝生產半鋼軋輥。

半鋼軋輥也廣泛應用于小規模的粗軋棒材和線材；熱軋帶鋼連軋機的四輥粗軋、精軋前架工作輥、小立輥。熱軋中窄帶鋼精軋用支撐輥等。

半鋼軋輥大多采用靜態整體鑄造法生產2002年，我國開發并試制了離心復合半鋼支承輥輥身外層采用半鋼材料，輥身和輥頸采用球墨鑄鐵，成功應用于熱軋中寬帶鋼精軋機。半鋼輥環是通過離心鑄造生產的輥環的外層為高碳半鋼，內層為石墨鋼或球墨鑄鐵在高速旋轉離心機上，將兩種不同材質的鋼和水倒入輥環中進行復合鑄造

半鋼軋輥必須經過高溫擴散退火處理：鉻和碳是形成半鋼軋輥碳化物的重要元素，也是提高軋輥耐磨性的重要元素。然而，由于軋輥的凝固是一個非平衡過程，鋼液固溶體的結晶是一個選擇性結晶過程，半鋼軋輥鑄態組織中存在嚴重的鉻偏析。奧氏體晶界是富鉻區、在富碳區，二次碳化物會在此析出并形成網絡，這將極大地破壞軋輥的組織和性能。因此，為了消除軋輥凝固偏析造成的鉻偏析，需要對半鋼軋輥進行高溫擴散退火處理。

非金屬夾雜物對半鋼軋輥組織的影響：當鋼液中存在大量高熔點非金屬夾雜物時，容易形成偽共晶碳化物核心，凝固時析出的共晶或偽共晶碳化物優先長大，容易形成大塊碳化物巨大的滲碳體容易成為熱裂紋的發生點，起到加速裂紋擴展的作用非金屬夾雜物的存在會降低半鋼軋輥的斷裂韌性值和塑性指數。所以半鋼軋輥一般要求非金屬夾雜物總量控制在0.05%以下。

由于原材料控制不嚴，工藝方案不合理，生產操作不當，管理制度不完善，合金半鋼軋輥會產生諸如氣孔等缺陷、粘砂、渣孔、殘渣、縮孔、縮松、裂紋、硬度不均等各種質量缺陷。

1、鋼水純凈度控制技術

軋制鋼水純控制技術貫穿配料始終、初煉、精煉、在鑄造等環節采用全程夾雜物控制技術，控制內生夾雜物和外來夾雜物，明顯減少夾雜物數量，減少大尺寸夾雜物，改善其在鋼中的分布和形態。采用錳鐵、硅鈣、稀土鎂復合脫氧等氧氣含量減少到（40～60）×10 ，比之前的Al脫氧大大降低。

2、鋼水化學成分控制技術

根據不同用途調整合金半鋼中碳及合金元素含量，優化控制合金窄成分，增加 V V、Ti 元素起到細化晶粒和彌散強化的作用在彌散強化和沉淀強化的共同作用下，達到改善軋輥組織和性能的目的。鋼水采用稀土孕育的方法，使碳化物隔離和球化，增加耐磨性。顯微組織中以不同形式存在的珠光體會影響熱處理引起的組織應力和內應力的形成片狀或針狀珠光體可導致微裂紋的形成，微裂紋可在內應力的促進下擴展并最終導致軋輥開裂粒狀珠光體形成后，熱裂傾向的發生大大減少，軋輥的抗事故能力也得到提高。

3、軋輥外觀質量控制技術

1）縮孔、縮（疏）松

滾子產品的特殊結構大截面和長軸向決定了在鑄造過程中不可避免地會產生縮孔、疏松等鑄造缺陷。大型半鋼軋輥冒口端易出現縮孔，縮松（疏）下輥頸易出現疏松，輥身工作面內有縮孔疏松缺陷，影響軋輥質量。鑄造工藝設計采取了下輥頸砂型≤30 mm，輥身冷型掛砂 12 mm~15 mm，冒口砂型≥603356mm 3356mm等工藝措施；精確控制澆注溫度，一般在液相線以上335650℃ ~ 60℃；嚴格控制冷模溫度，一般為335680℃ ~ 100℃；用高溫鋼水點澆冒口的時間一般在 30 min 以內，溫度超過 80℃~100℃的液相線，在冒口上表面以下4003356mm處開始點澆冒口，點澆時間在3356  min 3356以上，當點滿時，加入335mm的加熱劑/t，蓋保溫罩；引用自主研發的電加熱專利技術，采用合理的電加熱工藝，使冒口補縮通道保持暢通；利用凝固模擬技術設計的冒口尺寸滿足補縮要求，保證體積收縮所需的鋼水。

采取上述工藝措施可以減緩縮孔、縮（疏）松缺陷的產生。

2）夾渣、夾砂

用專用砂輪打磨冷模內表面，清除冷模及其他砂箱內表面的污垢，并保證表面無粘合劑。砂型采用緩慢升溫至 400℃的干燥工藝。合箱前，所有接頭都要磨平，吸出內腔、在管道內傾倒雜物時，應嚴格檢查空腔的質量如有損壞，可修復晾干后再使用冷模內壁不允許有裂紋和脫漆。切線內澆道用于將雜質集中在軋輥中心，有利于雜質的浮動澆口杯以穩定和封閉的階梯方式設計。

3）裂紋、斷輥

鑄件有熱裂紋和冷裂紋熱裂紋通常是由工藝引起的如果軸向收縮受阻，容易造成熱裂紋。軋輥能自由收縮變形，自下而上應有良好的定向凝固；模型盡可能接近最終輥型，表面良好的柱狀晶組織能在最終輥中表現出良好的耐磨性。必須嚴格執行澆筑工藝參數，并及時撤離嵌縫支撐體。Ni、Mn、Mo 等元素增加了白點的敏感性，容易產生裂紋，所以要控制好入爐原料的干燥。熱處理中產生裂紋的原因：熱處理和高溫擴散退火后，下輥頸端輥身13處出現橫向裂紋，裂紋出現在熱處理高溫擴散退火階段，溫度范圍為680 ~ 133，356，040℃。

在冷卻和加熱的過程中主要有兩種應力，即熱應力和組織應力。在熱處理的加熱階段，表面熱膨脹產生軸向和徑向的拉應力，在相對較低的溫度下產生壓應力從爐內滾筒裝料位置和溫度分布來看，爐內上部溫度高，下部溫度低結合裂紋位置的氧化程度分析，軋輥長時間高溫燒損，必然加大上下溫度梯度，可能在軋輥結構中引起內應力，形成微裂紋，并逐漸發展為裂紋。

輥結構在軸向上較長，并且具有大的橫截面半鋼軋輥的導熱系數只有 453356鋼的一半，導熱性能差；鑄造時，冒口端溫度高，下端溫度低客觀上存在上下溫度梯度，其軸向拉應力遠大于切向和徑向應力，可能造成輥身橫向裂紋；吹風冷卻時，風機風量小，吹風位置調整不當，使空氣鞋套的輥體表面不完整，輥體局部膨脹或收縮不一致，也可能造成輥體橫向裂紋；在加工過程中，肩部的倒角較小或徑向擴大。采用熱開箱，嚴格控制升溫速率，特別是680℃后，升溫速率盡可能緩慢升高，680℃保溫時間延長至 163356 h，升溫速率修改為小于等于 100℃。在加熱保溫階段，根據爐內溫度變化及時調節和控制溫度；輥體上表面覆蓋硅酸鋁纖維氈進行保護；調整風機的高度，使其與輥體中心線對齊，或轉移到噴霧混合器進行旋轉吹風。