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1、 摘要II Abstract摘 要利用离心复合铸造工艺，在卧式离心机上浇注轧辊外层铁水，然后扣箱填充芯部铁水，使内外层实现良好冶金结合的方法来设计高镍铬离心复合轧辊的生产工艺。设计了采用卧式离心机复合工艺制造离心铸造高镍铬复合轧辊的生产技术，重点设计了轧辊外层及辊芯材料的化学成分、轧辊铸造的工艺流程、铁水的熔炼和处理方法、热处理工艺及组织性能。这既保证了外层组织优良的耐磨性能及抗剥落性能，同时又保证了芯部组织的机械性能；不仅提高了材料特别是合金材料的利用率，也大幅度降低了生产成本，显著提高了经济效益。关键词 高镍铬复合轧辊,离心浇注工艺,热处理ABSTRACTThe manufacture p
2、rocess of horizontal centrifugal casting the combined roller made from high Ni-Cr cast iron was designed. After the outer layer of the roller inpured by centrifugal caster and the core box closed, the molten iron was filled into the core. The melting process of molten iron，the chemical composition,
3、casting and heat treatment process, and microstructure of the roller were introducedBy the designed manufacture process, the inner and outer layers are well combined metallurgically, and the superior wearability and anti-tripping ability of the outer layer structures as well as the mechanical proper
4、ties of the core structures can be ensured. This would not only increases the utilization ratio of the materials, especially the alloy materials, but also lower the production cost greatly and increase the economic efficiency. Key words high Ni-Cr cast iron combine roll，centrifugal casting process，h
5、eat treatment 目录目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1 高镍铬无限冷硬轧辊的生产使用现状11.2 高镍铬轧辊的使用工况11.3 高镍铬轧辊的失效形式21.4 设计的意义及内容21.4.1 设计的意义21.4.2 设计的内容32 生产工艺设计42.1 轧辊的技术条件及使用要求42.2 成分设计52.2.1 工作层成分设计52.2.2 辊芯成分设计62.3 铸造工艺设计62.3.1 离心铸造的工工艺流程62.3.2 离心机的选择72.3.3 转速的确定82.3.4 温度的确定92.3.5涂料的确定92.3.6冷型及辊颈的烘烤112.3.7 间隔时间的确定112.3.8
6、工装设计122.4 熔炼工艺132.4.1 熔炼方法132.4.2 熔炼过程142.4.3 外层铁水的熔炼142.4.4 芯部铁水的熔炼142.5 浇注操作152.5.1 外层离心浇注的操作152.5.2 芯部浇注操作152.6 热处理工艺163分析讨论183.1 裂纹183.2 硬度183.3 结合不良和工作层厚度不足193.4 夹杂194 检测204.1冶金结合质量检测204.2硬度的测量204.3抗拉强度的检测204.4金相组织的检测21结 论22参 考 文 献23致 谢241 1 绪论1 绪论1.1 高镍铬无限冷硬轧辊的生产使用现状高镍铬无限冷硬铸铁轧辊，从30年代为问世以来，广泛用做
7、热轧板带钢连轧机工作辊；50年代初开始推广应用于宽中厚板轧机工作辊。到目前止1，国内外几乎所有的热轧带钢连轧机精轧机精轧后段工作辊，甚至精轧前段仍然一直选用高镍铬无限冷硬复合铸铁轧辊；国外3300毫米以上的宽中厚板轧机工作辊，特别是精轧机架，尽管欧洲开发了高铬复合铸铁轧辊，但不少厂家仍选用高镍铬无限冷硬复合铸铁轧辊。近年来，我国三辊劳特轧机改造为四辊轧机后，其工作辊也选用高镍铬无限冷硬复合铸铁轧辊。韩国东国制钢集团第一中板厂的三辊劳特轧机将辊颈部位轴瓦支承改为轴承，将原有的梅花头改为扁头传动后，轧辊材质也相应改用高镍铬无限冷硬复合铸铁轧辊。此外，热轧窄带钢连轧机精轧机架以及高速线材轧机精轧机架
8、也都选用高镍铬无限冷硬复合铸铁轧辊或复合辊环，都较好地满足了轧钢的需要。本设计轧辊主要针对攀钢热轧板厂热连轧第F4F6机架，该厂使用的高镍铬离心复合辊，过去主要供货厂家主要是邢台和太轧，年耗量较高。本公司从上世纪90年代末开始引进邢台轧辊生产技术，但开始试制以来效果不甚理想，至本世纪初，浇注的轧辊中，有一定数量的毛坯在浇注后直接报废，另外还有加工后硬度偏低导致报废的，送往热轧板厂试用的几支轧辊效果也不理想。但通过几年来不懈的努力，解决了一些离心复合辊的制造难点，取得了较大的进展，近几年生产的轧辊，废品率已大为减少，成品率已有较大程度的提高，现使用情况较良好。但自制的高镍铬复合轧辊硬度偏低，耐磨
9、性与外购相比，存在一定差距。1.2 高镍铬轧辊的使用工况攀钢1450mm热连轧机组于上世纪90年代初正式投产，经改造后年产量可达200万吨，机组出口最大速度设计为11m/min，实际最高速度9m/min，产品规格为(2mm12mm)(750mm1300mm)，钢种有普碳钢、优质钢、汽车大梁用钢、管线钢等，产品60%左右作为冷轧原料供冷轧厂。目前，热轧板厂在产品质量上存在两大问题:一是板型差，由于攀钢热连轧机组主要设备为60年代末、70年代初国内制造，整体装备水平基本属于国外第一代热连轧机水平，加之无任何板型控制、检测手段，这一问题在热轧厂三期改造中得以解决；二是精轧机组轧辊磨损严重，换辊周期短
10、，带钢表面质量差，这一问题己严重制约着热轧产量和质量的提高。轧辊的磨损主要是轧辊与轧件间的摩擦、轧辊周期承载引起的表层机械疲劳、轧件周期加热和冷却水周期冷却引起的热疲劳等引起的损伤2。通常，轧辊磨损只考虑局部磨损和均匀磨损，均匀磨损主要是热疲劳引起的，局部磨损是轧辊表面带状损伤，主要是由二次、三次氧化铁皮积累引起的。轧辊的磨损与轧辊材质密切相关。攀钢1450mm热连轧机前三架工作辊早期用半钢轧辊，现多用高铬铸铁轧辊，后三架为高铬镍无限冷硬铸铁轧辊，这种轧辊属第一代热轧机轧辊，材质偏软，耐磨性差。根据统计，攀钢上世纪末精轧机工作辊吨钢消耗为0.6kg左右，与先进水平存在较大差距。由于磨损严重，一
11、个轧制单位轧制量只能控制在12001500吨，频繁地换辊影响了轧制生产能力的最大发挥;另一方面，由于磨损严重，导致了带钢表面粗糙和大量的氧化铁皮细孔缺陷。综上所述，解决热轧工作辊磨损、提高钢板表面质量，己是当务之急，基于此目的，进行离心铸造高镍铬无限冷硬铸铁轧辊的研究设计已是势在必行，同时为离心铸造轧辊技术的发展提供有利条件。1.3 高镍铬轧辊的失效形式轧辊的失效分为正常失效和非正常失效3。轧辊的正常失效包括摩擦损耗和轧辊的修磨损耗；非正常失效是指轧辊由于制造或使用原因造成的轧辊提前报废，主要包括辊身剥落、辊身断裂、辊颈断裂、辊身裂纹等。轧辊的非正常失效，造成轧辊工作层利用率很低，一般仅为50
12、%左右，甚至更低，轧辊的非正常失效是导致辊耗居高不下的主要原因之一，由于轧辊的正常失效是轧钢过程中不可避免的损耗，因此，控制预防高镍铬无限冷硬铸铁复合轧辊非正常失效是离心铸造工艺的重点。其主要非正常失效形式及其预防措施见表1.1。表1.1 离心铸造高镍铬无限冷硬轧辊非正常失效的预防措施失效形式产生原因预防措施辊身剥落外层残余奥氏体量大外层应力制定适当的回火工艺，充分回火充分回火，确保残余奥氏体分解辊颈辊颈组织控制芯部含Cr量，加大孕育量，改善芯部组织辊身断裂芯部组织问题控制芯部含Cr量，加大孕育量，改善芯部组织1.4 设计的意义及内容1.4.1 设计的意义由于高镍铬无限冷硬铸铁轧辊含有较高的合
13、金元素，因此采用这种合金的铸铁材质生产整体铸造轧辊时，不仅成本高，更为重要的是辊身存在过大的铸造残余应力，加上轧制过程中要承受热冲击产生的热应力，必然会引起辊身脆断或产生大面积剥落，致使轧辊报废。为了发挥高镍铬无限冷硬整体材质的高硬度高耐磨性的特性，轧辊铸造厂积极改进浇注工艺，目前生产此种材质的轧辊大多采用离心浇注复合生产工艺，即采取离心浇注工艺形成具有高硬度高耐磨性的离心工作层，用高韧性铁水充填辊颈和辊芯，并使辊芯和高镍铬离心外层达到良好的冶金结合，从而制成复合轧辊，获得理想的综合使用性能。高镍铬无限冷硬铸铁轧辊的铸造生产工艺、热处理工艺对轧辊的质量产生影响，还影响轧辊在轧机上的使用性能。本
14、设计以适应攀钢集团公司轧钢生产工艺技术的发展为要求，利用现有的条件，通过对高镍铬无限冷硬复合铸铁轧辊的铸造工艺、热处理工艺进行系统、合理的学习，充分应用了理论知识和前人成功的经验，设计出高镍铬无限冷硬铸铁轧辊的生产工艺设计，制定适应现代化轧机轧钢工艺要求的高性能的离心复合高镍铬无限冷硬铸铁轧辊的离心复合铸造工艺方案，提高了产品的质量稳定性，同时开发了高质量高性能的高镍铬无限冷硬铸铁轧辊生产工艺。其设计意义可归纳为以下几点:(1) 满足热轧板带钢连轧机精轧对轧辊性能的高要求。(2) 为提高我国轧辊制造技术水平起到积极的作用.(3) 为四川省攀钢集团内部以及周边钢铁企业提供优质的轧辊。1.4.2 设计的内容本论文的设计内容主要包括以下几个方面：(1) 设计轧辊辊身、辊颈内外两种材质的化学
