宝钢1580热轧PC精轧机复合铸造辊的研制

宝钢1580热轧PC精轧机复合铸造辊的研制沈一鸣摘要宝钢1580热轧厂PC精轧热连轧机组原使用日本3家公司的轧辊，经宝钢与邢台轧辊股份公司联合研制，成功地试制出1套14支3个品种的PC工作辊，其技术参数和使用性能达到国外同类产品先进水平。关键词PC轧机；工作辊；研制THEDEVELOPMENTOFCASTINGCOMPOSITEROLLFORPCFINISHINGMILLOF1580MMHOTROLLINGMILLSINBAOSHANIRONANDSTEELCOMPANYSHENYIMINGPRODUCTIONDEPT,BAOSHANIRONWORKROLLDEVELOPMENT1前言宝钢1580热轧厂年产热卷280万T，产品厚15127MM，宽7001430MM，其中板厚小在于3MM的占77。主要设备中，PC精轧机组是我国从日本引进的第1套当代先进的板形控制轧机。该轧机配备的一组超细长复合铸造精轧工作辊系列，由于国内不能制造，因此开工初期全部配套辊和部分周转辊均由日本引进。2技术分析21PC精轧机轧辊使用条件（1）辊身、辊颈承受大的轧制负荷；（2）由于工作辊、支撑辊交叉，单位载荷和工作辊磨损相对较大；（3）工作辊与支撑辊之间相对滑动造成较大的传动能量传给细长的辊颈。22ORG系统在线磨削（1）F4F7机架轧辊的耐磨性必须与F1F3的耐磨性相匹配。（2）要求整个工作层组织均匀，硬度落差要求严格。23轧辊结构特点为使轧辊既能安全承受高轧制负荷，又能使PC轧机能耗下降，工作辊辊径与来料厚度之比设计得很小。另外，PC轧机既要有交叉装置又要配置弯辊装置，因此造成轧辊辊颈部位加长。表1示出宝钢2050MMCVC与1580MMPC精轧工作辊细长比的比较。过大的细长比给复合铸造、控制辊身芯部质量带来极大的难度。表1工作辊细长比对比情况项目辊径辊身宽总长MMMMMM细长比（总长/辊径）以前国内外热轧带钢轧辊4062F1F38502250469055宝钢2050MM热轧机轧辊F4F77602250469062F2F38251580539065宝钢1580MM热轧机轧辊F4F7650158053408224工作层抗事故性能PC轧机工作层对抗事故性能要求较高。由表2可看出，辊身工作层的耐疲劳强度和冲击韧性指标提高。表2单位负荷比较情况项目辊身宽、产品宽度/MM轧制负荷/MN辊身单位负荷（轧制负荷/轧材宽度）/KNMM1以前国内外热轧辊F1F32250、18502024F4F72250、18504524宝钢205热轧机轧辊F2F31580、14304022F2F31580、14304028宝钢1580MM热轧机轧辊F4F71580、1430342425辊颈强度能承受更大的弯矩和扭矩其辊径强度，即辊芯材质必须能承受比以前更大的弯矩和扭矩。特别是F2F7PC轧机上的轧辊，在轧制过程中，一部分轧制负荷因轧辊在交叉轧制环境下，大约1015的传动力矩转为轴向力，即以前工作辊非传动端辊颈不受力的卡环槽，需增加大约1700KN的轴向力，而此处受力面积很小，卡环槽侧面抗拉强度必须大于390MPA，即与传动端辊颈处的强度要求相同。因此，F2F3和F4F7轧辊两侧辊颈抗拉强度均要求大于390MPA。表3示出1580MM热带连轧机与2050MM热连轧机对工作辊辊颈抗拉强度的要求。表3不同轧机对辊颈强度的要求项目机架宝钢2050热轧厂宝钢1580热轧厂传动端辊颈F1F3392390抗拉强度/MPAF4F7196390非传动端辊颈F1F3没要求390抗拉强度/MPAF4F7没要求3903研制轧辊的目标研制轧辊的目标见表4、表5。表4F1QF23复合高铬铸铁轧辊目标F1复合高铬铸铁轧辊F2F3复合高铬铸铁轧辊项目国外实物检测国内原水平研制目标国外实物检测国内原水平研制目标铸造工艺整体铸造离心复合离心复合铸造整体铸造普通型离心复合铸造工作层材质半钢高铬铸铁抗事故型高铬铸铁半钢高铬铸铁抗事故型高铬铸铁硬度HS506065756875506065756875硬度均匀性HS755655厚度/MM50755075厚度差/MM1515碳化物类型FE3CM7C3M7C3FE3CM7C3M7C3碳化物数量/48162218284816221828碳化物分布分布不均匀相对均匀分布均匀、基体更细分布不均匀相对均匀分布均匀、基体较细辊身磨削基准部位不防腐蚀Q不耐磨不防腐蚀Q不耐磨防腐蚀Q抗磨损不防腐蚀Q不耐磨不防腐蚀Q不耐磨防腐蚀Q抗磨损耐磨性较差提高3050相当国外90较差相当国外同类材质75相当国外同类材质90UT非传动端较好无要求较好辊颈轴向穿透传动端辊颈强度/MPA390操作端无要求操作端和传动端全部390表5F4F7复合高镍铬无限冷硬铸铁项目国外实物检测国内原水平研制目标工作层材质高镍铬无限冷硬铸铁高镍铬无限冷硬铸铁抗事故抗耐磨兼顾型高镍铬无限冷硬铸铁硬度HS758375837583硬度均匀性HS365厚度/MM427542754275厚度差/MM102015石墨形态垂直辊面Q短片状石墨片状石墨垂直辊面Q蠕虫状石墨耐磨性较好达到国外80灰口铸铁达到国外90芯部材质高强度球墨铸铁Q球状石墨、牛眼状石墨等片状石墨高强度球墨铸铁、牛眼状石墨辊身磨削基准部位不防腐蚀、不耐磨没要求防腐蚀、抗磨损轴承部硬度10没要求10均匀性HS硬度3545硬度3545传动端辊颈强度/MPA390196390非传动端辊颈强度/MPA390不要求390UT辊颈轴向穿透较好不要求较好4采取的工艺措施41F2F7细长辊颈的疏松和强度（1）解决措施增加模具冷却能力，控制浇注工艺与模具冷却能力的配合；滞后补缩铁水的注入时间；加快填芯速度；设计专用分节冒口箱；吹氧处理Q换包保温慢速补缩；（2）达到效果保证液态收缩补缩通道；保证从下至上整体顺序凝固；增加冒口冷却能力。42F1、F2F3工作层耐磨性与抗事故性（1）解决措施合理的化学成分，得到最佳铬碳比；变质处理；低温浇注；合理工装，达到定向凝固；铸造余热淬火；高温回火；多次限时浇注填芯。（2）达到效果得到抗事故性能较好的回火索氏体、少量马氏体和残余奥氏体；控制适当的碳化物数量和形态以达到预期的抗粘钢目的；高的铬碳比使辊面达到较高的抗氧化性能及耐磨性；最终组织均匀，残余应力适当。43F4F7工作层硬度落差及抗事故性（1）解决措施复合孕育剂二次孕育；增加孕育剂量。低温浇注；加大冷型厚度；减少涂料厚度；增加冷型导热性；增加离心机转速并控制离心机系统与模具外套振动；控温冷却。（2）达到效果得到具有方向性的蠕虫状石墨和MC3共晶碳化物；基体获得较细的贝氏体组织；防止石墨数量增加和石墨变粗；减少工作层组织偏析。44F2F7非传动端辊颈强度（1）解决措施控制原材料中干扰孕育元素；控制S含量；控制镍镁合金处理温度；控制出炉到浇注时间间隙；3次孕育；多次限时填芯。（2）达到效果得到牛眼状石墨；控制碳化物量；控制球化衰退；基体得到珠光体组织。45F1F7辊颈加工精度及卡环槽形位公差（1）解决措施采用托磨，用金刚石焊在辅件上修整砂轮；砂带磨削及风泵抛光；及时更换冷却液；增加专用高精度数控磨床。（2）达到效果保证了圆弧、倒角粗糙度；卡环槽与退力卡环侧面受力均匀。5使用维护（1）强化磨削量优化工作。通过使用过程中详细全面的数据采集，及时调整试验方案，降低试制成本，缩短了试制过程。（2）高铬铸铁F1F3工作辊在轧制过程中形成较耐磨的氧化膜。通过对F1、F2F3轧辊表面氧化膜的质量跟踪，及时调整轧辊的化学成分，同时反馈给轧制作业线，对其水冷条件，换辊周期进行调整。（3）国内首次在宝钢1580热轧厂磨辊间的磨床上全部安装了自动涡流检测仪。（4）为适应磨辊间检测频率高和提高轴承安装效率，增加了制作专用无损检测UT灵敏度试块和加工精度专用检测样板。6使用结果（1）一套F1、F2F3、F4F7共3个品种14支宝钢1580MM热轧PC轧机精轧工作辊的各项技术指标达到设计要求，F1、F2F3架轧辊使用寿命比铸造半钢材质的进口辊寿命提高148倍和137倍；F4F7架轧辊使用寿命是国外5家平均轧辊使用寿命的976。（2）轧辊吨钢使用成本下降。年节约采购资金一千万元以上。同时宝钢摆脱了1580热轧厂精轧工作辊全部依赖