（点击下载）——轧制高强钢用新型冷轧工作辊的开发及其应用.doc

高强钢、超高强钢在汽车行业应用广泛，这些产品可最大限度地实现汽车减重、节能、安全、环保。由于这类产品技术要求高、生产难度大，世界上只有少数钢厂可以生产。平整机是高强钢专用机组的关键设备之一，对带钢的板形、表面质量等均有着重要影响。带钢的高屈服强度和厚度波动使轧制过程中易出现打滑、边裂、板形不良，甚至断带等问题，平整工作辊是保证高强钢稳定生产的关键因素。

根据高强钢生产情况，普通5％Cr系列冷轧工作辊存在板形控制能力较弱、耐磨损性能较差以及粗糙度保持不良的问题。导致带钢板形和表面质量控制困难、换辊周期缩短，影响了产品质量、机组产能和生产成本，成为制约冷轧高强度钢生产的“瓶颈”。随着优质冷轧板材强度等级和质量要求的不断提高，为满足高强钢专用机组批量高效生产高强钢的需要，亟须研发能满足轧制高强钢要求的新型冷轧工作辊，并探索该类轧辊的使用技术。

新型冷轧工作辊材料的设计

冷轧工作辊材料从本质上是铁基固溶体(马氏体)和合金碳化物两种组分的聚合体，其性能取决于这两种组分的各自性能和分布情况。冷轧工作辊材料的研究结果表明：强化基体对提高冷轧工作辊的材料性能具有重要意义，Si、Mn等非碳化物形成元素能够以固溶体的形式存在于马氏体基体中，产生显著的硬化和强化作用，其效果优于Cr、Mo、V等合金元素；碳化物作为冷轧工作辊材料的主要第二相，其类型、体积分数、形态、尺寸及分布对耐磨性能也产生重要影响。

因此，在普通5％Cr冷轧工作辊材料的基础上，研究人员开展了轧制高强钢用新型冷轧工作辊材料成分的设计，提高了Si、Mn等固溶元素含量，优化了Cr、Mo、V等碳化物形成元素含量，以强化基体和优化碳化物相，提高冷轧工作辊材料的强度和耐磨性能。

新型冷轧工作辊制造工艺的开发

新型冷轧工作辊仍采用冶炼—锻造—锻后热处理—粗加工—预备热处理—半精加工—最终热处理—精加工的制造流程。

辊坯的冶炼采用电炉冶炼—炉外精炼—真空处理—电极棒铸造—电渣重熔—电渣锭的工艺流程。真空处理之后采用氩气弱搅拌技术，电极棒浇注采用氩气保护浇注技术，电渣重熔采用熔速控制技术，以保证电渣锭的铸造质量。

锻造之前将电渣锭进行高温均质化处理，以改善液析碳化物。锻造变形采用镦粗+拔长的复合变形工艺，以得到致密的辊坯组织。锻后辊坯进行正火以及球化+扩氢的退火热处理。

辊坯经粗车加工后进行超声波无损探伤和质量检验。化学成分、气体含量及有害元素满足设计要求，高、低倍组织和非金属夹杂物检验结果以及超声波无损探伤结果满足技术要求，至此可认定辊坯合格。

预备热处理即调质热处理工艺，其目的是改善碳化物的形态及其分布特征，为最终热处理做好必要的组织准备，同时保证辊身芯部和辊颈获得良好的力学性能。预备热处理采用短时奥氏体化热处理工艺技术，控制轧辊芯部的温度，大幅减少芯部的热容量，有利于提高淬火时的冷却速度，增加调质层深度。

最终热处理采用双频感应淬火机床进行辊身有效工作层加热和淬硬处理，采用气氛循环箱式炉进行低温回火处理，保证辊面的硬度及硬度均匀性。

新型冷轧工作辊的径向硬度和微观组织

新型冷轧工作辊的横断面分为工作层、过渡区和芯部3个部分。研究人员经过硬度分布检测发现，辊面至35mm深度范围内硬度(HRC)≥60，有效工作层深度达到35mm，且有效工作层内硬度分布均匀；有效工作层的微观组织为回火马氏体，其上弥散分布着适量的碳化物颗粒。TEM能谱分析结果表明：新型冷轧工作辊有效工作层的碳化物主要有两类，颗粒较大的为富铬和铁的M7C3碳化物，颗粒较小的为富钒的MC碳化物，尺寸为φ30nm~200mm，弥散分布在晶粒内部。而普通5％Cr冷轧工作辊有效工作层的碳化物主要为M7C3碳化物。

研究人员观察新型冷轧工作辊的断面微观组织形貌发现：距辊面40mm左右出现-了少量下贝氏体，为过渡区组织，硬度(HRC)低于60；进入过渡区后，硬度一直下降直到距辊面。70mm左右达到最低值，此处受感应加热影响温度达到奥氏体临界点以下，相当于进行了一次高温回火，组织为球状珠光体，硬度(HRC)为25左右；距辊面75mm以下为回火索氏体和球状珠光体的混合组织，硬度(HRC)为25—29。

新型冷轧工作辊的性能特点

新型冷轧工作辊与普通5％Cr冷轧工作辊的力学性能(辊颈1／2半径处)相比较，新型冷轧工作辊的屈服强度达到772MPa，较普通5％Cr。冷轧工作辊提高16％，其抗拉强度为1060MPa，较普通5％Cr冷轧工作辊提高约11％；此外，新型冷轧工作辊的冲击功达到12．7l，而普通5％Cr冷轧工作辊的冲击功约为9．0J。新型冷轧工作辊的辊体强韧性较普通5％Cr冷轧工作辊有明显改善，抗变形及板形控制能力得到提高。

研究人员还通过环块磨损试验评价了新型冷轧工作辊与普通5％Cr冷轧工作辊工作层的耐磨性能。试验条件：油润滑，载荷1000N，摩擦环转速200r／min，每次试验运行2h。试验后，新型冷轧工作辊工作层的磨损体积较普通5％Cr冷轧工作辊减少约50％，其耐磨性能显著提高。新型冷轧工作辊的工作层磨损后硬度无明显变化，其回火稳定性有一定改善。

应用效果优于进口轧辊

研究人员采用新开发的材料和制造工艺成功研制了4支新型冷轧工作辊，在宝钢高强钢专用机组平整机上进行了6个月以上的使用考核和验证，主要用于生产高强度及高表面质量汽车板，并采用标准的使用维护规范进行上下机管理、磨削、探伤、表面毛化及镀铬处理。

使用考核期间，新型冷轧工作辊与6支进口的轧制高强钢用冷轧工作辊进行了同工况条件的使用效果对比，新型冷轧工作辊的单周期最小轧制吨位、最大轧制吨位以及平均轧制吨位均优于进口冷轧工作辊。其中单周期平均轧制吨位提高了约40％，单次下机平均磨削量降低了约7％，证实新型冷轧工作辊的使用性能优于进口的同类型冷轧工作辊。