高硼合金復合軋輥在棒材生產使用研究分析

蘇旺明

【摘 要】高硼軋輥是一種高硬度性能軋輥，能夠較好的按工藝要求軋制組織生產、提高負公差控制水平、提高綜合成率、提高產能降低軋制成本等指標發揮顯著作用，在小型棒材生產線應用性價比高。

【關鍵詞】高硼軋輥；性能穩定；低顯微組織；硬度高

0.引言

福建三鋼小蕉實業發展有限公司棒材生產線是一條全連續精軋機組4架短應力+2架閉口機架布置的生產線，年設計生產能力30萬噸。該生產線主要生產￠12、￠14為兩切分熱軋（軋后穿水）軋制帶肋螺紋鋼，軋制￠16以上品種規格生產工藝為單槽過鋼。產品為帶肋鋼筋和圓鋼兩個品種。粗軋機組軋輥采用AS60鑄鋼軋輥，中軋機組軋輥均采用鎳鉻鉬球墨無限冷硬鑄鐵、精軋機組貝氏體軋輥。普通軋輥硬度低，耐磨性差，生產中換槽換輥次數多，產品尺寸、表面質量變化快、不穩定，一定程度上影響生產的作業率、成材率，制約著產能的進一步提高。特別是棒材線2013年產能提升之后，表現尤為明顯。為推廣應用新技術、新材料，提升產能，充分發揮該生產線的優勢，2014年與山東XX軋輥有限公司達成合作協議，提供高硼合金復合軋輥，在生產小螺紋鋼￠12兩切分生產試用。

1.工藝流程

生產線主要由推鋼蓄熱式加熱爐、軋線、冷床、精整收集等組成。軋制線有十九架軋機，均分為粗軋、中軋、精軋三部分，其中18架、14架、2號架為立式軋機；K1最大軋制線速度14m/s。

2.在線軋輥使用出現的問題

針對實踐生產中，氏體軋輥在的精軋機組軋槽不耐磨，換槽換輥次數多，產品尺寸、表面質量變化快、不穩定等問題。我們對高硼合金復合軋輥與貝氏體軋輥進行了對比分析，高硼復合軋輥由芯軸與合金工作層兩部分組成，其中芯軸采用貝氏體軋輥，工作層采用高硼合金。在正常使用過程中，合金工作層不發生破裂、竄動、松動等現象，軋輥工作層在使用中無明顯硬度落差，過鋼量基本一致。軋輥結構如下圖1。

2.1高硼合金復合軋輥與貝氏體軋輥化學成分比較、組織比較和性能比較分別見表1-3

高硼合金復合軋輥具有較高的硬度和良好的耐磨性，比普通貝氏體材質軋輥可提高單槽過鋼量，大大減少換輥時間。高硼合金復合軋輥材質膨脹系數大，導熱性能好，較高的熱穩定性，生產過程中軋槽變化小，孔型尺寸的一致性保持時間久，有利于穩定螺紋鋼負公差和表面質量。高硼合金復合軋輥具有良好的淬透性，從輥身表面到工作層內部的硬度幾乎不降，確保軋輥內外有共同的耐磨性，減少軋輥消耗，提高成材率、作業率和產能。

2.2組織分析

圖 a到圖c 為不同硼含量的高硼中碳高速鋼凝固組織。可以看出在鑄態下高硼中碳高速鋼的金相組織由珠光體+少量鐵素體基體、碳硼化合物和一定的類似共晶組織組成，其中大塊碳硼化合物和魚骨狀共晶組織呈連續網狀分布，將基體分隔；珠光體則分布在碳硼化合物之間，其數量與碳含量和其它合金元素的種類與含量有關； 鑄造組織中的少量鐵素體則主要分布在碳硼化合物周圍。由Fe-B相圖富鐵部分的局部可知，只要合金中 B 的加入量超過 0.02%，就會有共晶組織出現，發生L→γ+Fe2B 共晶反應，因此 B 含量在 1.7～2.8%范圍內的 Fe-C-B 合金中必然會有大量共晶組織出現。耐磨鑄造 Fe-C-B 合金鑄造組織為硼化物（Fe2B）和珠光體、鐵素體基體，可判斷圖 1 中的魚骨狀共晶組織即為 Fe2B 相。 通過對圖 1 三組成分的金相組織分析可知：隨著硼含量的增加，Fe2B 相共晶組織增多，并由亞共晶向過共晶變化；碳硼化合物體積分數也明顯增加（表 2） ，碳硼化合物團簇增多，且團簇尺寸增大。從圖 （a）、（b）、（C）還可看出：在高倍顯微鏡下，碳硼化合物團簇基本由 3 種形態組成，即：蜂窩狀、魚骨狀和板塊狀。硬質相的形態是決定該類材料性能非常重要的因素，組織中大量碳硼化合物硬質相的存在雖然以增加材料的硬度，但是它們對基體的分割必將損害材料的韌性，因此如何改善高硼低合金高速中碳硼化合物的形態是以一個很重要的問題。

2.3結論

（1）在試驗的成分范圍內，高硼高速鋼的凝固組織由珠光體+少量鐵素體基體、碳硼化合物和Fe2B 相共晶組織組成。

（2）共晶 Fe2B 相和碳硼化合物在組織中呈連續網狀分布，均隨硼含量的增加而增多。共晶 Fe2B相為魚骨狀組織，碳硼化合物基本由蜂窩狀、魚骨狀和板塊狀 3 種形態組成。

（3）在碳和其它合金成分相似時，隨著硼含量的增加，硬質相體積分數增加，材料的硬度提高，而韌性下降。

（4）在鋼中加入一定量的硼以代替 W、Mo 等昂貴的合金元素，在組織中生成高硬度的碳硼化合物，可顯著提高材料硬。

3.高硼鋼軋輥加工

高硼鋼軋輥的切削加工性能差， 軋輥車床在車削過程中要選擇合理的切削用量， 促進高性能軋輥的正常加工。切削用量包含三個方面： 切削速度、切削深度、進給量。

3.1切削速度確定

切削速度在切削用量中是影響軋輥加工的最重要因素。直接影響機床的震動及壽命、刀具的使用及壽命、軋輥加工精度狀況等等。切削速度在實際軋輥加工中表現為主軸轉速的選擇，過快則影響加工精度及刀具壽命，過慢則影響切削力及加工效率。對于?380*1578高硼鋼軋輥加工時軋輥車床主軸轉速選擇5～6r/min，軋輥切削面的線速度適中， 且加工效能與刀具壽命保持在合理的范圍內。

3.2切削深度確定

切削深度是影響切削力的決定性因素，同時影響機床的加工精度。粗車軋輥時選擇較大的切削深度， 數值控制在3～3.5mm，以大切削深度提高加工效率，精加工軋輥時重點因素為加工精度，數值控制在0. 2～0.5mm，以達到軋輥孔型標示的形狀及位置誤差。

3.3進給量的確定

進給量主要影響加工效率及加工表面質量，對切削力有一定的影響。進給量過大，加工效率高，但表面質量差；進給量小，加工效率低，但表面質量好。根據刀具的性能及軋輥孔型要求精度范圍，選擇進給量在0.2～0.3mm之間，平衡軋輥加工效率及表面質量之間的關系。

4.高速鋼軋輥冷卻條件及要求

由于高速鋼高溫時對裂紋的敏感性很強，因此無論如何控制水壓、水量及噴嘴角度，最終的冷卻效果以輥面溫度為準，通常在軋機停軋20～30min時，輥面溫度不超過55℃為宜。理想的冷卻系統應當是噴嘴呈環形分布，并能向軋槽噴射出持續、充足水流。在這些噴嘴中，靠近出口導衛處應為主噴嘴，從主噴嘴噴出的水量為整個軋槽上總水量的30%，噴射角為20°～30°。主噴嘴的作用是一定要保證將冷卻水迅速噴到軋槽中剛剛脫離軋件的部位上。水壓控制在0.6～1.1MPa，每槽水量不低于500L/min，水流不能散射。冷卻水需進行沉淀，盡可能降低固體粒子的含量。盡管每套軋機的軋輥水冷裝置、冷卻方式、冷卻水量、水壓及噴嘴角度都有較大的差別，但是降低軋輥輥面溫度，保持均勻溫度分布的軋輥冷卻，確保輥面的冷卻效果，對于提高軋輥的使用壽命和改善軋材表面質量都是至關重要的。在冷卻方式和水壓相近的情況下，增加軋輥的冷卻水量對降低軋輥溫度、減少輥面熱裂紋具有顯著的效果。

5.高速鋼軋輥的維護和保養

由于高速鋼材料脆性大、抗事故能力差，因此要加強管理，確保軋機正常運轉，減少因軋制事故而對軋輥造成的損壞。當出現卡鋼或堆鋼時，應迅速將上輥抬起，并對軋輥繼續冷卻，當軋件溫度降低后，方可停水處置；如因意外事故而使高硼合金軋輥在無水冷卻條件下，運行了一段時間，此時必須將軋輥卸下，讓其緩慢冷卻，重新修磨后再投入使用。

6.結束語

通過實踐應用軋制小棒材螺紋鋼使用高硼軋輥，鐵型穩定、軋槽磨損小、成品精度提高、成品負公差容易控制、節省了大量換輥換槽時間、有效提高生產作業效率；K3使用高硼軋輥比原使用貝氏體軋輥換槽一班一換，提升到5個班換；K1槽過鋼量由原來使用貝氏體軋輥單槽過鋼量160噸提升到單槽過鋼量達370噸，因此從使用高硼軋輥生產大大提高生產作業率，降低軋輥消耗，有效減少精軋機組的生產工藝故障，對生產小規格鋼材生產線使用高硼軋輥在節能降耗，提升產量、質量和效益將發揮重大作用。 [科]

【參考文獻】

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