锻钢轧辊点燃冷轧技术发展“助推器”

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近年来，在国家钢铁产业发展政策的指导下，以冷轧薄板为代表的高等级钢材产量大幅提高。“十一五”期间，一大批现代化宽带冷连轧生产线迅速建设并投产，冷轧板比例大幅提高。同时，冷连轧工艺装备和技术水平明显提高，新上轧机和老轧机经过技术改造，基本配备了先进的板型控制系统。以汽车板、管线钢、容器板、造船板为主的各类板材，向高强度、高韧性、良好的焊接性能和表面质量方向发展，薄板产品向超细晶粒、高强度方向发展，这也对轧辊质量性能提出了新的更高的要求。
    目前，我国锻钢轧辊主要用作冷轧带钢工作辊、中间辊以及各类板带钢轧机支承辊，也用作带钢热连轧机小立辊、粗轧辊，初轧机、钢坯连轧机轧辊，H型钢万能轧机水平辊轴，线棒材轧机粗轧机架轧辊，无缝钢管轧机穿孔机架和轧管机前架轧辊，焊管轧机轧辊，有色金属板带材冷热轧工作辊、支承辊、铸轧辊，以及各类轧机辊道辊、夹送辊、校平辊、矫直辊等。锻钢轧辊制造周期较长，一般经冶炼、铸锭和锻造，并通过不同热处理工艺以满足辊身、辊颈不同的性能要求。

制造技术发展推动轧辊质量提高

    冶炼铸锭。锻钢轧辊的发展以辊坯生产技术进步为基础，冶炼工序是决定轧辊最终使用性能的重要环节，钢水纯净度对锻钢轧辊的使用性能，特别是抗事故性能具有重要影响。轧辊毛坯中的非金属夹杂物、有害气体以及各种偏析，都可能导致轧辊非正常失效。目前，我国常用的锻钢轧辊冶炼方法主要有如下几种。
    电炉冶炼主要用于一些合金含量较低的锻钢热轧辊以及矫直辊、辊道辊、夹送辊等一般用途轧辊的生产。大型轧辊制造企业在制作锻钢轧辊时，电炉一般仅用作熔炼设备，冶金质量控制和最终成分的精确调整则在炉外精炼阶段进行。
    电炉冶炼+炉外精炼工艺主要适用于锻钢支承辊、合金含量较高的锻钢热轧辊以及部分冷轧工作辊的生产。炉外精炼工艺可满足包括Cr5材质及以下大部分黑色金属、有色金属轧制用轧辊的冶金质量要求。
    电炉冶炼+电渣重熔工艺主要用于冷轧工作辊、中间辊、高合金有色金属热轧辊及铸轧辊套等特殊用途轧辊的生产。电渣重熔属于二次熔炼，制造周期长，须消耗大量能源，使轧辊制造成本提高。但对于偏析程度相对严重的Cr5以上高合金材质锻钢轧辊，电渣重熔冶炼铸锭工艺必不可少。目前，用于板带冷连轧机的冷轧工作辊和中间辊基本上都是采用电渣重熔工艺生产的。
    电炉冶炼+钢包精炼+电渣重熔工艺主要用于现代化连轧机高性能冷轧工作辊、中间辊的生产。这种“双精炼”方式兼备了电渣重熔和钢包精炼的优点，使材料的冶金质量进一步提高，并能够最大限度地保障产品的最终使用性能。
    辊坯锻造。锻造工序是锻钢轧辊制造过程中承上启下的重要环节，一方面通过辊坯的锻造成形改善铸态组织粗大的树枝状晶，细化晶粒，焊合钢锭内部疏松、气泡、裂纹等缺陷，使金属组织密实，以提高材料强韧性：另一方面，针对锻钢轧辊材质合金含量不断提高，成分、组织偏析程度相对严重，液析碳化物量和碳化物带状倾向增大的特性，通过锻造加热及变形，可充分溶解、破碎并改善碳化物和非金属夹杂物在钢中的分布，降低偏析程度，均匀组织，提高材料的使用性能，并为后续的热处理工序奠定良好基础。
    随着冷轧辊材质的发展，轧辊材质中合金含量越来越高，锻造难度也大大增加，锻造内部裂纹所导致的超声波探伤超标成为制约锻钢轧辊成品率提高的主要因素。以内裂控制为核心的高合金冷轧辊坯锻造工艺技术也因此得到逐步发展，该工艺充分利用扩散均质化、高温停锻和裂纹自修复原理，通过合理设定锻造温度、锻造火次、控制镦粗、终锻变形量，可最大限度控制辊坯内裂，提高辊坯超声波探伤合格率。
    热处理。锻钢轧辊通过热处理达到辊身、辊颈不同的性能要求。在保证冶金、锻造质量的前提下，热处理工艺直接决定了产品的使用性能。锻钢轧辊根据不同的使用性能要求，热处理工艺种类很多，一般分为预备热处理和最终热处理两部分。
    预备热处理主要包括锻后正火、球化退火以及扩氢处理和粗加工后的调质处理等，还包括针对辊颈表面硬度较高产品的辊颈强化处理。最终热处理方式主要包括整体处理、感应加热处理、差温热处理、准差温热处理。
    整体处理包括调质、正火、整体淬火+回火，主要用于初轧辊等辊身硬度要求较低的轧辊、多辊轧机用辊等小型冷轧辊以及辊轴、辊套类产品。
    感应加热淬火分为连续感应加热和整体感应加热两种方式，主要用于辊身硬度要求较高的冷轧辊、支承辊、有色金属轧机用轧辊。按感应器类型不同，又分为单工频、工频双感应器、双工频、双频等多种淬火工艺。目前，国内外锻钢冷轧工作辊的最终热处理大多采用计算机控制连续感应淬火方法，对于合金含量相对较高的冷轧工作辊采用深冷处理控制残余奥氏体含量，以提高硬度和淬硬层厚度，并保证工作层组织的稳定性。
    差温和准差温热处理方式主要适用于规格较大的支承辊和辊身硬度不小于50HSD的热轧辊。从总体来看，我国锻钢轧辊制造技术经过不断探索创新，技术装备能力已达到国际先进水平，锻钢冷轧辊、大型锻钢支承辊等高端产品的制造技术也与国际先进水平相当。

持续优化满足多样化轧制需求

    锻钢材质轧辊是在工具钢基础上逐步发展演变出来的，主要有热作模具钢类材料,冷作模具钢类材料,铬轴承钢类材料,高速钢、半高速钢材料,锻造半钢及锻造白口铁材料等。
    锻钢冷轧辊。冷轧机用锻钢工作辊和中间辊材料主要采用高碳铬钼合金锻钢，铬含量的提高是此类冷轧辊材质演变发展的基本特征，2%铬含量普通型冷轧辊大多用于小型冷轧机以及部分装备水平较低的可逆冷轧机；3%铬含量冷轧辊大多用于可逆冷轧机和部分大型冷连轧机；5%铬含量是目前我国锻钢冷轧辊的主流材质，大多数冷连轧机和对带材质量要求较高的单机架可逆冷轧机几乎全部采用铬5型锻钢工作辊及中间辊；8%～10%铬含量高铬钢冷轧辊具有更强的耐磨性能，但材料锻造性能较差，工艺成本较高，目前部分用作平整机和连轧机成品机架工作辊。
    锻造模具钢轧辊。锻造模具钢材质合金含量高于常规Cr5材质，与普通锻钢Cr5材质轧辊相比，抗事故性能可增强1倍以上，在轧制条件相对恶劣的硅钢冷轧机、可逆轧机及连轧机前架使用，更能体现其抗事故能力强的优越性。
    锻造半高速、高速钢轧辊。为实现冷轧机自由轧制，提高板材表面质量，降低轧辊消耗，对轧辊耐磨性、粗糙度保持性能、抗事故性能以及硬度均匀性等的要求越来越高，推动了锻造半高速钢、高速钢轧辊的发展。
    高速钢材质轧辊的碳化物形成元素合金总量可达15%以上，显著提高了合金化效果：该轧辊的回火抗能力增强，使其抗事故性能也大大提高。中钢邢机等单位研制成功的锻造半高速钢、高速钢轧辊经冷轧机上机实轧证明，换辊周期、使用寿命均较普通材质锻钢冷轧辊延长3倍以上。
    为更好地满足钢铁企业可持续发展和不同轧机、轧制条件的使用要求，不断改进并提高锻钢轧辊制造技术水平，一要加强轧辊新材料的基础理论研究和应用理论研究，在不断增加锻钢轧辊合金成分的同时，开展轧辊材质多样性试验，通过调整、优化工艺技术，研制更经济、适用的新优轧辊产品，在满足轧钢用户多样性、个性化需求的基础上，积极引导市场。二要加强轧辊成型新技术研究，加快新型辊坯复合制造技术应用，以更好地满足轧辊表面高耐磨和芯部高综合机械性能要求，改善轧辊使用效果，降低生产制造成本。三要运用计算机自动控制手段，加强对轧辊冶炼、铸锭、锻造、热处理、机械加工等工序的过程质量控制，通过不断提高轧辊的表面均匀度和制造精度，满足高等级、高质量、高附加值钢材轧制的需求。