高速鋼軋輥在唐鋼棒材生產中的應用

孟維杰，張 帥，王永璐，張 晨，李宏偉

河鋼集團唐鋼公司負責的河鋼樂亭棒材生產項目在當前的發展中主要有兩條生產線，分別為，普棒生產線和高棒生產線，年產量120萬噸，在這兩種生產線中，可以實現免加熱直接軋制、熱裝軋制以及冷裝軋制三種鋼軋輥生產模式。在普棒生產線上，主要生產

規 格 為Φ18mm～Φ50mm的 帶 肋 鋼 筋 以 及Φ18mm～Φ50mm的圓鋼，機時產量大概為每小時200t，在普棒生產線上生產的主要鋼種為普通熱軋鋼筋、細晶粒熱軋鋼筋、余熱處理鋼筋、預應力混凝土鋼筋（精軋螺紋），鑄坯規格為165mm×165mm×10000～12000mm，生產的普棒捆重大概為2900kg～ 3909kg。

在高棒生產線上同樣為年產量120萬噸，主要生產規格為Φ10mm～Φ22mm的帶肋鋼筋，機時產量大概為每小時200t，在高棒生產線上生產的主要鋼種為普通熱軋鋼筋、細晶粒熱軋鋼筋、余熱處理鋼筋，鑄坯規格為165mm×165mm×10000～12000mm，生產的高棒捆重大概為2900kg～3909kg。在兩類生產線上主要以生產帶肋鋼筋為主，其產量主要占生產年產量的90%以上，在生產的品種中，小規格品種主要采用切分軋制技術，但在此過程中，成品機架對軋輥的硬度以及韌性有著特殊的要求，在預切分以及切分控軋制時軋件會發生嚴重的不均勻變形，所以，先相比于以往的球墨鑄鐵軋輥其具有良好的耐磨性以及熱穩定性，生產出的鋼材性能甚至更好。

對于成品軋輥，在生產過程中單槽軋制量一般只有100t/槽～400t/槽，這就是說在生產過程中大約每生產1000t的棒材就需要更換3次～4次軋槽，并且在日常的生產軋制過程中軋槽會進行不斷的磨損，產品尺寸就會產生一定的波動，就會導致累計換輥或者換槽的時間較長，軋機在生產過程中需要頻繁調整，有可能造成生產事故，最終造成生產線生產效率低下，成材率等技術指標不斷降低，生產的產品尺寸精度也無法達到相應標準，生產成本反而增加。所以在現代的軋鋼生產過程中，使用高速鋼軋輥是提高唐鋼棒材生產線生產效率的重要手段。在當前的軋輥生產中，具備高性能的軋輥主要有離心鑄造高速鋼復合、鍛造高速鋼輥環組合輥、進口碳化鎢環組合輥以及國產碳化鎢輥環組合輥。

1 高速鋼軋輥的簡介及特點

在現代鋼材軋輥的生產過程中，高速鋼軋輥之所以能夠被廣泛應用推廣，是因為高速鋼軋輥與傳統的冷硬鑄鐵軋輥或者高鉻鑄鐵軋輥相比，硬度較強，耐磨性較好，抗裂紋以及表面剝落性能較好，而且高速鋼在生產過程中能夠有效減少換輥換槽的次數。

1.1 高速鋼軋輥定義

高速鋼簡單來說就是在高速切削的過程中能夠保持較好硬度性能的鋼材，在普通工具鋼的生產過程中，若適當提高其中的碳、釩含量就能夠獲得硬度以及耐磨性能較好的鑄造高速鋼軋輥。和普通的工具鋼相比，高速鋼中的碳元素以及其他碳化物合金元素的含量通常高于15%，而普通的工-鋼則低于15%。高速鋼軋輥的一些性能相較于高鉻鑄鐵以及高鎳鉻鉬軋輥來說，其硬度通常能達到80HSC～90HSC左右相較于另外兩種材料的70HSC～90HSC以及75HSC～85HSC有了些許的提升，但是其抗拉強度以及抗壓強度則是有著顯著的提升，高速鋼的抗壓強度能達到700～900MP而高鉻鑄鐵以及高鎳鉻鉬則分別為650MP～800MP、400MP～600MP，三種材料的抗壓強度分別為2500MP～3200MP、1700MP～2200MP、1900MP～2500MP。高速鋼的斷裂性能相較于其他兩種材料也有著一定程度的提升，其耐磨性能尤為突出，高速鋼的耐磨性能夠為高鉻鎳鐵的2倍～3倍，為高鎳鉻鉬的4倍左右，高速鋼的各方面性能相對來說都較好。

1.2 高速鋼軋輥特點

①高速鋼軋輥具有較好的硬度以及耐磨性正是因為其在制造的過程中除了碳元素含量較高外，釩、鉻、鎢等合金元素的含量同樣較高，在鑄造過程中形成的MC和M2C促使其耐磨性以及硬度都較好。②高速鋼軋輥的熱穩定性能較為突出，在軋輥制造的過程中，較高的表面溫度并不會使軋輥的表面硬度發生改變。③在軋輥使用的過程中，如果具有較好的冷卻條件，會在軋輥表面形成一層薄而至密的氧化膜，而且氧化膜的分布較為均勻，能夠長時間的保存，在很大程度上提高高速鋼軋輥的耐磨性。④高速鋼軋輥雖說具有良好的耐磨性能，但是其抗事故能力相對較差，要使用過程中，要提升其使用效果的話就要營造良好的使用條件，還可以對軋輥進行一定的維護保養。

2 各架次軋機對軋輥的性能要求

2.1 軋輥的主要性能

在軋輥的生產過程中，體現軋輥性能的主要指標為軋輥中心的芯部強度以及軋輥工作層的耐性以及耐磨性。在軋輥材質選擇過程中，除了軋輥生產的經濟性以及生產過程中換輥換槽的周期需要考慮外，更重要的是要來考慮軋機架次的軋型差別、軋件的變形特點以及軋件的精度等問題，在生產的過程中根據軋輥的主要性能特點合理選擇軋輥。

2.2 粗軋機組軋輥性能要求

在棒材的生產過程中，粗軋機組主要是在高溫狀態下縮減軋輥的斷面，在工作過程中軋制力度較大，速度較低，對于軋輥的性能通常從強度以及抗熱裂性兩個方面考慮。在當運行過程中，粗軋機組通常有6架高剛度短應力線軋機分為兩組，第1架、3架、5架軋機為水平軋機為一組，第2架、4架、6架軋機為立式軋機為另一組。在軋制的過程中，對于一般的鋼種或者軋制之前正常的開軋溫度一般選用離心鑄造的普通球墨鐵軋輥。

2.3 中軋機組軋輥性能要求

較常用的中軋機組通常采用橢圓-圓孔型系統，中軋機組的主要功能為在軋制的過程中承擔軋件的延伸并且為精軋機組提供較為精確的鋼材。中軋機組在軋制的過程中軋制力度并沒有粗軋機組的力度大，孔型磨損也較為均勻。通常在機組中有8架軋機，8架高剛度短應力線軋機分為3組，第一組為7號、9號、11號、13號軋機為水平軋機，第二組為8號、10號軋機為立式軋機，第三組為12和14號軋機各包含一個水平機列和立式機列，在這8架軋機中，7架～12架為一種規格的軋機。13架、14架又為另一種規格的軋機。一般來說，中軋機組通常為離心鑄造普通球墨鐵軋輥或者中鎳鉻合金球墨鐵軋輥，而為了保證機組在運行的過程中各項尺寸的穩定，13架、14架也可以使用高速鋼復合輥。

2.4 精軋機組軋輥性能要求

在軋制的過程中，精軋機組相對來說孔型較多，孔形形狀相對比較復雜，變形分配也不均勻。在軋制的過程中，精軋機組軋制速度通常較高，軋制力度的變化也較大，軋輥的性能要求同樣以耐磨性和韌性為主，同時也要兼顧軋輥的強度。精軋機組通常有4架軋機，同樣為高剛度短應力線軋機，第15號、17號軋機為水平軋機，第16和18號軋機為平立轉換型式。在軋制的過程中，對于簡單斷面的延伸孔型，使用較多的為高鎳鉻合金球墨鐵軋輥，也可以使用高速鋼復合輥。對于生產線生產較多的帶肋鋼筋，其成品前孔通常使用性能更好的高速鋼復合輥。其次在帶肋鋼筋軋制的過程中，其成品口由于橫肋的影響，在使用過程中容易產生微裂紋的現象，所以在重車時要將以較大的重車量車掉所有的橫肋，在考慮經濟成本的因素下，同樣使用自身性能優越，經濟性較好的高速鋼軋輥。切分軋制也是一項非常重要的工作，在切分軋制的過程中，由于軋件會存在嚴重的不均勻變形情況，所以切分孔在此過程中若是使用普通的軋輥磨損會非常快，會加快換輥的速度，在實際應用中往往選用耐磨性能以及韌性較好的高速鋼復合輥或者碳化鎢組合輥。切分孔由于切分楔的原因，在軋制的過程中對軋輥的要求往往較高，耐磨性和韌性是必備的兩個要素，此外，還需要具有較高性能的抗熱裂性。結合其他鋼廠在相關方面的實驗數據分析表明，高速鋼復合輥和碳化鎢組合輥雖然韌性以及耐磨性能較好，但是并沒有良好的抗熱裂性，在使用的過程中很容易發生切分楔掉落的情況，而高鎳鉻合金球墨鐵軋輥是最為適合的軋輥類型。

3 棒材軋機高速鋼復合軋輥的應用效果

在唐鋼帶肋鋼筋的切分工藝中，不同規格的唐鋼使用不同的切分工藝，在普棒的生產線上，Φ18mm～Φ25mm的棒材生產均采用雙切分工藝，在高棒的生產線上通常Φ12mm～Φ22mm的棒材生產同樣能夠也采用雙切分工藝其余規格的唐鋼帶肋鋼筋通常采用單線軋制，各規格棒材產品的機時產量基本相均衡，在生產過程中與連鑄生產的匹配科學合理，在生產流程上熱送熱裝的的生產工藝發揮了極大的作用，但是在生產的過程中，由于普通鑄鐵軋輥在各架次的應用較廣，所以造成成品機架、預切分以及切分工藝中軋槽更換的次數較為頻繁，在很大程度上制約著唐鋼生產線軋制的連續穩定性。

唐鋼棒材在生產過程中，曾用離心鑄造的高速鋼復合軋輥，分別在Φ20mm、Φ18mm、Φ16mm等帶肋鋼筋成品、成品前、預切分、切分孔進行多次實驗，應用效果表現如下：帶肋鋼筋成品輥與其比較，單槽軋制量大概為300t～1000t左右，是貝氏體球鐵軋輥的4倍～5倍，軋材表面并沒有熱裂現象，但是帶肋鋼筋成品輥的軋輥重車量與貝氏體球鐵軋輥的軋輥重車量相差不大，帶肋鋼筋成品前輥與帶肋鋼筋預且分輥的應用效果相比于貝氏體球鐵軋輥同樣也是成倍增加，但是帶肋鋼筋切分輥在試驗的過程中卻發生切分楔大量脫落的現象，其應用效果還不如貝氏體球鐵軋輥。在帶肋鋼筋的生產過程中，采用高速鋼軋輥能夠工作的厚度大概為420mm～470mm，重車量大概為4mm左右，而貝氏體球鐵軋輥通常的工作厚度大概為420mm～470mm，與高速鋼軋輥的工作厚度相同，但是其重車量確為8mm～10mm，在棒材生產軋制的過程中，高速鋼軋輥的使用噸位卻為貝氏體球鐵軋輥的2倍～3倍。所以綜合分析，無論在普棒還是在高棒的生產過程中，采用高速鋼軋輥都是最為合適的。

在唐鋼棒材生產過程中，凸底橢圓的棒材孔形較為常見，這種形狀的孔行最大的優點就是非常穩定，軋體在經過成品孔型的過程中不容易出現扭鋼的現象，但也有一定的缺點，在孔型的變換過程中，由于孔型的變化較大，產生得應力同樣較大，難免就會加劇軋槽的磨損，若采用貝氏體球鐵軋輥，更換軋輥的頻率會大大提升，從而造成不必要的停機，浪費大量的時間。采用高速鋼復合軋輥能有效減少換輥的頻率，節約大量的生產時間。

唐鋼棒材的生產若是采用貝氏體球鐵軋輥將會因為軋槽磨損較快，成材偏差控制不穩定，時間利用率較低，造成成材率偏低，而采用高速鋼軋輥，不同規格的棒材在生產過程中其負差率都幾乎能夠提高1%～2%左右，同樣都為Φ25mm的軋制規格的貝式體球鐵軋輥的成材率為100.8，而高速鋼復合軋輥的成材率則能夠達到102.2左右。

4 棒材軋機應用高速鋼復合軋輥存在的問題及改進

4.1 存在的問題

在唐鋼棒材生產的多次實踐中，高速鋼復合輥在使用過程中出現了一些問題。首先就是軋輥本身的問題，軋輥本身硬度的把握是非常關鍵的環節，在棒材生產的過程中，若軋輥本身的硬度較高，加工的難度也會隨提高，在軋制的過程中個很容易產生裂紋或者掉塊的現象，若是軋輥的硬度較低，則不能很好發揮軋輥在生產過程中的優勢。在多次生產實踐中，最終發現高速鋼軋輥最為合適的硬度為HRC80-82。其次，在高速鋼軋輥軋制的過程中，要保證冷卻水的充足，冷卻水的水壓也要在規定的合理范圍內，從而防止棒材在生產的過程中出現激冷激熱的現象，避免在軋制的過程中出現堆鋼現象，還要注意在棒材生產纏輥的過程中，切不可關掉冷卻水，否則很容易因為溫度的迅速變化導致軋輥表面組織發生變化。此外，在高速鋼復合輥的軋制過程中，軋輥的重車量不應該太小，在實際生產過程中要與車削球墨鐵輥重車量相當。在高速鋼軋輥軋制的過程中，若出現燒軋機軸承的現象，要迅速停止軋制更換軋輥，在軋制的過程中高速鋼軋輥的軸承親和力較強，在軋制的過程中若燒軸承現象嚴重，軋輥內圈與輥軸很容易燒死，最終導致軋輥破損甚至報廢。

4.2 改進措施

在唐鋼棒材生產線上，切分規格較多的棒材生產線，在生產的過程中若是某個軋槽在生產過程中出現問題會很容易導致整組的軋槽報廢，在很大程度上影響著高速鋼軋輥的實際利用率。因此在實際生產的過程中，要不斷加大對高速鋼軋輥的維護保養，加大對高速鋼軋輥制造技術的創新研究，不斷提升高速鋼軋輥的性能。還要不斷改善唐鋼棒材生產過程中的生產工藝，優化棒材生產的操作過程。其次，在高速鋼軋輥的軋制過程中，要采取科學合理的冷卻措施，在軋制的過程中，軋制溫度相對較高，高速鋼軋輥的膨脹現象會隨著溫度的升高而不斷加重，軋輥表面的受熱不均勻還會造成輥面氧化膜的掉落，同時還會在一定程度上影響軋制的精度。所以在棒材生產的過程中，控制好軋輥表面的溫度能夠提高軋制的質量，有效改善高速鋼軋輥在軋制過程中出現的問題。

4.3 高速鋼軋輥在棒材生產中的維護保養

高速鋼軋輥是唐鋼棒材生產中的關鍵，要在棒材的生產中保持高速鋼軋輥良好的使用狀態以及維持其較長的使用壽命最為關鍵的地方就是軋輥在使用過程中的維護保養工作。在唐鋼棒材的實際生產過程中，運用先進的管理手段進行棒材生產管理以及軋輥的軋制使用管理是非常關鍵的。高速鋼軋輥由于其自身材料以及制造工藝的原因，脆性較大，在軋制的過程中對事故的抵抗能力較差，所以在軋制的過程中要密切注意，防止燒軸承或者高速堆鋼現象的發生，避免對高速鋼軋輥產生嚴重的破壞。在實際生產過程中，若是在軋槽相應位置發生卡鋼事故，要迅速停水，并及時讓軋輥與鋼料分離，盡可能避免高速鋼軋輥與軋制材料的長時間接觸，讓軋輥在空氣中緩慢冷卻。在相應事故處理完成后，重新起車開始軋制之前，注意必須更換掉軋槽，恢復冷卻水時要注意避免其沖到事故槽上，避免軋制槽表面裂紋的產生。

5 高速鋼軋輥的加工刀具的選擇及棒材生產的執行標準

高速鋼軋輥的使用性能較好，而且相比于普通的鑄鐵軋輥，使用壽命遠遠大于普通鑄鐵軋輥的使用壽命，但是高速鋼軋輥的加工卻難度較大，技術人員在多次實踐與研究下，在YG6A與陶瓷刀之間找到了更為合適的刀具材料，兼顧了二者的優點，在一定程度上提升了刀具的硬度與韌性。此外，還對一系列加工工藝進行了改進，降低了高速鋼軋輥在軋制過程中的消耗，不斷提升高速鋼軋輥的使用率。

對于高速鋼軋輥生產的棒材，在唐鋼當前的發展中，嚴格按照熱軋帶肋鋼筋產品執行標準為GB/T 1499.2-2018，2018年11月1日開始實施。在生產的棒材中，鋼筋按定尺交貨時的長度允許偏差調整為0mm～50mm。對于棒材的彎曲度，在原來“總彎曲度不大于鋼筋總長度的0.4%”的基礎上，增加了“每米彎曲度不大于4mm”的要求。對于直徑為6mm～12mm的棒材，實際重量與理論重量允許的偏差為±6.0%，而對于直徑為14mm～20mm的棒材，實際重量與理論重量允許的偏差為±5.0%，對于直徑相對較大的22mm～50mm的棒材，實際重量與理論重量允許的偏差為±4.0%。

6 小結

經過長時間的實踐與不斷地改善提升，在當前的發展中，唐鋼已經逐漸掌握了高速鋼軋輥的使用特性。在長時間使用改進的過程中，高速鋼軋輥已經逐漸替代其他材料軋輥用于唐鋼棒材的生產。高速鋼軋輥在不斷改進完善下，其軋制性能已經有了很大的提升，較好的耐磨性以及較長的使用壽命使得唐鋼棒材在生產過程中具有較高的產量，棒材的生產質量也能夠得到有效的保證，為唐鋼棒材的生產不斷提升其經濟效益。