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The development of casting composite roll for PC finishing mill of 1580mm hot rolling mills in Baoshan Iron and Steel CompanySHEN Yi-ming( Production Dept., Baoshan Iron & Steel (Group) Co., Shanghai 201900, China )Abstract: The rolls of PC finishing mill of 1580mm hot rolling mills in Baosteel were manufactured by Japan. But by developed, three kinds of and total 14 rolls were successfully made by Baosteel and Xingtai Roll Co. The technique parameters and application index of the rolls are the same to the former.Keywords: PC mill; work roll; development1前言宝钢 1580 热轧厂年产热卷 280 万 t，产品厚 1.512.7mm，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2.1PC 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。2.2ORG 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。2.3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 4.06.2F1F3:85022504690 5.5宝钢 2050mm 热轧机轧辊F4F7:76022504690 6.2F2F3:82515805390 6.5宝钢 1580mm 热轧机轧辊F4F7:65015805340 8.22.4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）/kN .mm-1以前国内外热轧辊 F1F3:2250、1850 2024F4F7:2250、1850 45 24宝钢 205 热轧机轧辊 F2F3:1580、1430 40 22F2F3:1580、1430 40 28宝钢 1580mm 热轧机轧辊 F4F7:1580、1430 34 242.5 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 10%15%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 F1F3 392 390抗拉强度/MPa F4F7 196 390非传动端辊颈 F1F3 没要求 390抗拉强度/MPa F4F7 没要求 3903研制轧辊的目标研制轧辊的目标见表 4、表 5。表 4F1qF2 3 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 HS 5060 6575 6875 5060 6575 6875硬度均匀性 HS 7 5 5 6 5 5厚度/mm 5075 5075厚度差/mm 15 15碳化物类型 Fe3C M7C3 M7C3 Fe3C M7C3 M7C3碳化物数量/% 48 1622 1828 48 1622 1828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30%50% 相当国外 90% 较差相当国外同类材质75%相当国外同类材质 90%UT 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 HS 7583 7583 7583硬度均匀性HS 3 6 5厚度/mm 4275 4275 4275厚度差/mm 10 20 15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/MPa 390 196 390非传动端辊颈强度/MPa 390 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4.1F2F7 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。4.2F1、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。4.3F4F7 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。4.4F2F7 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。4.5F1F7 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 1.48 倍和 1.37 倍；F4F7 架轧辊使用寿命是国外5 家平均轧辊使用寿命的 97.6%。（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进口的局面。7结束语轧钢工程技术人员要求的热带连轧机精轧工作辊，具有辊径细、工作层高耐磨性、辊颈高强韧性、高抗事故性等良好的综合使用性能。超细长复合 PC轧辊铸造技术的研制成功，为今后开发我国薄板坯连铸连轧用辊以及热轧超薄板技术用辊打下了坚实的基础。作者简介：沈一鸣（1962），男（汉族），上海人，助理工程师。作者单位：宝山钢铁（集团）公司生产部，上海201900