张减机轧辊铸造工艺的分析及改进

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1前言

　　张减机轧辊产品是我厂四大类产品制管工具中重点产品，主要出口到日本新日铁、住友等用户，市场前景十分看好。选择300mm张减机轧辊，对其铸造工艺进行了分析及改进，通过对内外层化学成分及离心复合铸造方法进行分析及改进，严格控制内外层化学成分、球化孕育处理、及离心复合浇注等方面的工艺参数，确保300mm出13张减机轧辊产品硬度落差为1HSD/15mm、基体组织稳定为针状贝氏体、工作层厚度≥50mm、复合层冶金熔合质量良好，赢得了用户的好评。
2内外层化学成分的分析及改进
2.1外层化学成分的分析及改进
(1)碳
　　碳是300mm出口张减机轧辊成分中的重要元素，适当的含碳量和相应的冷却速度可使300mm出口张减机轧辊外层获得适量的碳化物和合适的辊面硬度，同时控制含碳量保持一定的数值，以免碳当量过高，使碳化物粗大脆性增加，同时使缓冷部位易析出粗大石墨而影响性能，含碳量过低又易恶化铁水流动性，影响轧辊辊面质量，故含碳量宜控制在3.0%-3.5%。
(2)硅
　　硅是强烈石墨化元素，能减少共晶渗碳体产生，降低轧辊辊面硬度，并使外层硬度落差变大。硅对贝氏体转变也有重要影响，硅减少碳在奥氏体中的溶解度，并提高共析转变温度，从而降低奥氏体的稳定性，缩短贝氏体转变的孕育期。但部分硅以孕育剂的形式加入，可以增加石墨核心，细化共晶团，有利于提高轧辊强韧性。同时硅量在达到上述要求的情况下尽量低，以减小硬度落差，故硅量控制在1.2%-1.5%。、
(3)镍
　　镍能使C曲线和CCT曲线右移，抑制珠光体的转变，延缓过冷奥氏体转变时间，减少贝氏体转变对时间敏感性，同时镍能抑制转变对碳化物的析出有利于形成奥贝组织，因而是获得贝氏体组织的有效元素，同时镍能细化晶粒，促使组织细化、均匀化，在增加轧辊耐磨性的同时，提高强韧性，故镍含量宜控制在2.5%-3.0%。
(4)钼
　　钼是获得针状组织最关键、最有效的元素，它可以提高过冷奥氏体的稳定性，使CCT曲线中珠光体区显著右移，并能提高轧辊的高温强度和耐热性能，故钼含量宜控制在0.6%-1.0%。
(5)铬
　　要使针状组织有较高的耐磨性，就必须使组织中有一定的碳化物存在，因此化学成分中配入一定的碳化物形成元素铬，一方面可以平衡碳当量，另一方面也可增加冷硬层深度，但过高的含铬量易形成组织偏析，增加脆性降低组织的强韧性，故铬含量宜控制在0.3%-0.6%。
(6)锰
　　锰与铬、钼一样可以平衡其它元素石墨化效果，但易形成组织偏析，降低强韧性，但锰也可以增加基体硬度和耐磨性，故其含量宜控制在0.5%-0.8%。
(7)硫、磷、镁
　　由于硫为有害元素，含硫量过高，易形成二次氧化夹杂，尽量限制其含量；磷易形成低熔点共晶化合物，也应控制其含量；镁是球化元素，其残留量过高易形成二次氧化夹杂等铸造缺陷，过低不能保证球化效果，故残留镁量应为0.05%-0.10%。
2.2内层化学成分的分析及改进
　　由于300mm张减机轧辊内层要承受较大的轧制力，因而要有一定的工作强度和硬度，又由于内外层化学成分各不相同，要求也各有侧重，只有与外层一样通过选择合理的化学成分来保证。与外层化学成分有所区别的是内层化学成分必须确保内层得到珠光体基体，使内层有足够的工作强度和硬度。为此在一般球铁化学成分的基础上，加入少量的镍、铬、钼，加入镍、钼的目的是细化晶粒，增加内层的强度和韧性，加入少量的铬是为了使内层具有一定硬度。
3离心复合铸造方法的分析及改进
3.1熔炼、球化与孕育
　　为了尽量限制硫、磷的影响，经比较选用优质的本溪生铁，与精心挑选的碳素废钢、旧料按一定的配比进行配料，采用无芯工频感应电炉熔炼，这样化学成分中有害元素得到有效控制。
3.2辊模挂涂料
　　采用常冶厂自行设计制造的90kW卧式离心机挂涂料，辊模挂涂料质量取决于涂料的配比、混制、辊模预热温度及辊模转速，若操作不当，将降低涂料附着于辊模的粘附力和涂料层强度，离心浇注时涂料易冲蚀，此外涂料中低熔点介质含量高将降低涂料耐火度，涂料剥落或耐火度低均易导致轧辊裂纹和降低辊模寿命。涂料的定量也影响着轧辊的质量，量多涂料层增厚，量少涂料层变薄，会影响着轧辊表面硬度的高低。必须严格控制挂涂料的工艺参数。
4分析及改进效果
　　经过实物检测，成功地在铸态获得了针状贝氏体球铁
5结论
(1)通过对铸造工艺的分析及改进，配制适当的化学成分，并控制离心复合铸造工艺参数，就可在铸态条件下获得针状贝氏体组织。
(2)通过采用ZQL专用球化剂，冲入法球化处理，二次孕育以及应用保护渣能有效防止离心复合铸造出口张减机轧辊球化衰退。
(3)有效应用保护渣、准确控制内外层浇注温度、浇注重量、浇注时间间隔和辊模转速就能确保离心复合铸造出张减机轧辊内外层冶金熔合质量和工作层厚度。
(4)通过对化学成分、球化孕育、内外层浇注温度、浇注重量、浇注间隔时间和辊模转速等进行分析及改进，稳定了工作层内硬度落差。