退火炉炉辊的研制.doc

炉辊制造资料王振华，姚年善，孙波 摘要：烟台百思特炉管厂在生产制造多种高温合金炉辊的基础上，从改变离心浇注各种参数入手，经过多次试验，成功研制出了大型冷轧薄板立式连续退火炉炉辊，并在某重点钢厂投产运行。 关键词：大型冷轧薄板；立式连续退火炉；炉辊；研制 中图分类号：TG 155.7 文献标识码：B 大型冷轧薄板生产线主要由酸洗机组、冷轧机组、立式连续自动退火炉、剪切机组四大主体设备组成。立式连续自动退火炉由炉体加热、输送、清洁、检测和密封等装置组成，炉体高30m。输送装置由大型冷轧薄板立式连续退火炉炉辊及其电机、轴承、轴承座等部件组成，其中技术含量最高、制造难度最大的是各种规格的大型冷轧薄板立式连续退火炉炉辊。它采用立式“W”型布置，总长都在5m以上，炉辊直径10001 300mm。因该炉辊在950高温环境中承受各种重荷磨损及气体腐蚀，故要求具有较高的高温抗疲劳、抗氧化、耐腐蚀和耐磨等性能，表面粗糙度要求达到Ra0.8，平衡达到ISO1940G6.3等级。 一、试验工艺研究 大型冷轧薄板立式连续退火炉炉辊是由ZG30Cr25Ni20高温合金离心铸管焊接而成，其外径小1300mm，长度2 500mm，重量为51左右。因该炉辊在国内首次研制，我们做了以下研究： 1离心铸管工艺转速 离心铸造铸模转速直接影响铸件的表面质量及金相组织，炉辊外圆表层要求为等轴晶，其余为柱状晶。为了保证炉辊的综合性能，要调整铸模转速，控制炉辊质量。 目前国内采用的离心浇注铸模转速计算公式是 N=29.9 式 中：G重力系数； R铸件内半径。 该公式有一定的局限性，适用于碳钢、长径比和壁厚在一定范围内的情况。 考虑到钢液的化学成分、浇注温度、结晶条件等综合因素，经过多次试验，对公式进行了以下修正。 N=29.9K1K2K3 式中：K1化学成分系数； K2一浇注温度系数； K3一离心铸模温度系数 2离心铸模的加热工艺 采用普通的均匀加热技术很难保证铸管的表面质量和金相组织，根据浇注温度梯度的规律，采用了分区加热技术，从而保证浇注后的炉辊辊体能在相对的同一温度场下结晶，确保了整个辊体的材质均匀性。 3炉辊外表面精加工技术 生产中，冷轧薄板的板面与炉辊表面接触，因此对炉辊的表面加工精度要求较高。技术协议要求炉辊表面粗糙度达到Ra0.8，同时还要求同轴度和径向跳动等指标。炉辊辊面为双锥度圆弧过渡辊面，增加了大型炉辊的加工难度。为此，工厂购置了大型镗床、大型车床和数控车床，制定了严格的镗孔、粗车、精车和精磨加工工艺。 4炉辊动平衡工艺 该炉辊转速较高，因此工艺中要求炉辊的动平衡达到ISOl940G6.3等级。为此，应保证炉辊辊体的壁厚差0.3mm，并对铸造炉辊锥体的铸造工艺进行改进。 同时检测锥体铸件的静平衡状态，用除重法保证每个锥体铸件的静平衡量500g。焊接时采用专用胎具固定并调整锥体和辊体的间隙，从而保证了炉辊的动平衡精度。 5炉辊表面喷涂工艺 要保证冷轧薄板表面无划伤、划痕，不仅要提高炉辊的表面粗糙度，还要提高炉辊的表面硬度，高温条件下其表面硬度要求高达60HRC以上，所以必须采用喷涂金属陶瓷涂层。喷涂工艺分为超音速喷涂和爆炸喷涂两种。因为冷轧连退线炉辊安装在高温段，所以采用爆炸式喷涂工艺。为此重点研究了金属陶瓷的化学成分、金属陶瓷与炉辊表面喷涂后的物理性能、喷涂过程工艺参数以及炉辊表面喷涂后的热处理工艺。 二、试验结果和讨论 1试验结果 按照HG/T26OI一2000标准，采用光谱和手工两种方法对生产出的铸件进行化学成分分析，其结果见表1，常温力学性能和高温短时力学性能见表2，同时还做了982、41MPa的高温持久性能的检验。标准中要求大于34h，因为炉辊的使用寿命与高温持久性能成正比，所以在试验时，把最小断裂时间定为大于50h，其检验结果都大于5lh，详见表3。从炉辊辊体所取的低倍金相组织也满足技术条件的要求。表1 炉辊辊体的化学成分 % 表2 炉辊辊体的力学性能 表3 高温持久性能 2讨论 从表1、2、3数据看出，所有按现工艺生产的炉辊，其理化性能均达到HG/T2601一2000标准和技术要求，特别是高温持久性能试验时间提高了16h，在试验时达到5lh未断，说明试验工艺方案较合理，提高了炉辊的抗氧化和耐高温性能。 高温炉辊采用爆炸喷涂，喷涂工序较多，成本也较高，因此简化喷涂工艺、降低工艺成本是下一步研究工作的重点。超音速火焰喷涂防止连续退火炉炉辊表面结瘤冷轧带钢在连续退火炉内的运动,是依靠炉内一组炉辊的转动作业实现的。退火炉内的温度一般达450900，炉辊在高温下连续输送带钢，带钢表面携带的氧化皮和铁粉被高温活化，在与辊面间的摩擦力作用下，产生很大的挤压应力,将辊面的保护膜挤破，裸露的新鲜表面就会与活化了的铁粉在压应力下产生固相焊接，使辊面产生结瘤。破坏了辊面原有的粗糙度，带钢会被结瘤划伤,影响表面质量。辊面的结瘤现象，在金属学称为粘着磨损。造成粘着磨损的因素很多，通常有以下几点：1 金属的互溶性 元素在周期表中的位置越接近、电极电位越接近，他们之间的原子互相扩散的能力就越强，互溶性就越强，粘着磨损的倾向就越大。2 金属的点阵形式 面心立方结构最容易发生粘着，六方点阵结构最不容易发生粘着，体心立方结构的居中。3材料的表面硬度 当表面硬度增加时，变形抗力大，塑形变形小，导致真实接触面积减小，粘着系数就降低。4摩擦副的工作环境 当摩擦副相对速度增大、环境温度增加、二者之间的正压力增大时，粘着的可能性就越大。抵抗粘着磨损表面处理的基本思路1 提高材料的熔点。增加其红硬性，提高表面的高温工作性能。2 降低材料的润湿性。减少金属间的互溶。3 提高表面硬度。增强其耐磨性。4 降低表面粗糙度。减少互相咬合的机会。对于退火炉辊，要想抵抗粘着磨损，应该具备以下技术性能：1辊面要有足够的硬度-HV1000以上。2辊面要有足够的耐高温性-450900。3 辊面要有一定的抗热疲劳性。4 辊面改性，降低其润湿性。根据辊面的这些技术要求，借鉴国外的先进技术，我们采用超音速火焰喷涂工艺对辊面喷涂碳化物金属陶瓷，以解决辊面结瘤问题。关于超音速火焰喷涂工艺 超音速火焰喷涂，又称HVOF喷涂，是目前用来喷涂碳化物陶瓷的最佳手段。与其他喷涂手段相比，HVOF喷涂碳化物陶瓷有以下优点：1 火焰温度适中。（3300）不会使碳化物陶瓷产生脱碳、蒸发、分解、再结晶及元素重新分布等缺陷，使涂层保持了材料原有的物理、化学特性。2 喷涂粒子飞行速度高。粒子速度可达8001200m/s，强大的冲击力使涂层与基体间具有7090 MPa的结合强度；涂层粒子之间的结合强度可达200 MPa。3 由于飞行速度高，粒子动能大，在碰撞工件的瞬间动能转化为热能，使粒子获得二次加热的机会，并产生瞬间无氧化熔融，补偿了温度不足的缺陷，进一步提高了结合强度。4 强大的冲击力使涂层致密度可达9899.8, 使涂层具备优良的耐磨性、耐腐蚀性和耐冲蚀性。5 枪内送粉的HVOF喷枪能使粉末在枪体内部就得到加热，使粒子受热均匀、充分，不易产生夹生现象。6 超音速火焰喷涂还能使涂层的残余应力得到改善。强大的冲击力使涂层呈现压应力状态，减少了涂层裂纹的机会。结束语 用超音速火焰喷涂防止炉辊结瘤是近几年发展起来的一项新型实