分享：高NiCr轧辊轧制酸洗板表面质量提升探讨

本钢热轧产品氧化铁皮压入缺陷主要为辊系的氧化膜压入，酸洗后无法清除（图1）。本钢热轧现场的工况是轧制过程F1~F4机架普通高Cr铁材质轧辊表面氧化膜脱落导致铁皮压入，理想状态下热轧酸洗板轧制主要依赖于高速钢轧辊，但是高速钢轧辊采购成本高，供应量不足，制约了酸洗板的轧制。另外高速钢轧辊对裂纹敏感，一旦产生裂纹，处理时间长，影响酸洗板生产。因此有必要在热轧酸洗板轧制中对轧辊的性能以及轧辊使用中存在铁皮缺陷进行攻关，有针对性的改进酸洗板轧制中轧辊材质适用性，提升轧制酸洗板表面质量，解除制约生产的瓶颈，提高企业效益。

图  1  辊系氧化铁皮

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1.   精轧工作辊分析

1.1   轧辊生产工艺概述

热轧工作辊均为复合铸造轧辊，芯部球墨铸铁材质，铸造过程利用高速离心机浇铸外层，根据不同功能和用处含量的外层合金，之后进行芯部充填。

1.2   F1~F4工作辊

F1~F4机架高Cr铁材质轧辊Cr含量12%~20%，基体中存在板条状的Cr7C3型共晶碳化物、菊花状的Mo2C型共晶组织（图2）。高Cr铸铁轧辊优点是轧制过程辊面形成氧化膜，辊形可以较好的保持，缺点是受轧制条件以及冷却系统影响较大，经常出现氧化膜不致密、脱落，产生辊系铁皮缺陷。

图  2  高Cr铸铁轧辊金相图

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1.3   F5~F7工作辊

F5~F7高NiCr工作辊工作层基体组织中均匀分布石墨，材质中含有较高的铬、镍、钼合金元素，轧制过程表面不易形成氧化膜。如果将高NiCr工作辊用于前部机架，可以消除氧化膜脱落导致的铁皮类缺陷，但由于其使用中不易形成氧化膜，耐磨性不如高Cr铁和高速钢轧辊（表1）。

表  1  F1~F7工作辊品种、结构

轧辊名称	F1工作辊		F2~F4工作辊		F5~F7工作辊
材质	高Cr铁	高速钢	高Cr铁	高速钢	高NiCr
辊身硬度(HSD)	73~78	82~88	73~78	82~88	76~83
硬度不均匀性(HSD)	≤4	≤4	≤4	≤4	≤4

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2.   选用新型轧辊替代部分高速钢辊

2.1   合金调整方案

高NiCr材质工作辊可以解决前部机架轧辊氧化膜脱落带来的铁皮缺陷，但是耐磨性略差。如果可以提高耐磨性，保持良好的辊形，就可以替代高速钢轧辊来进行酸洗板轧制。本钢热轧实验辊合金中加入（质量分数）2%~3%的V和<0.5%的Ti合金，石墨含量减少（图3），碳化物含量提高（图4），并形成点状耐磨粒子，提高NiCr材质轧辊耐磨性。

图  3  合金改进前后石墨含量对比：（a）2%~2.5%；（b）1.5%~2%

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图  4  合金改进前后碳化物含量：（a）23%~28%；（b）25%~30%

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2.2   新型钒钛高NiCr轧辊物理性能

经过检测，钒钛高NiCr材质轧辊各项物理性能显著提高。上机前经过严格的超声波和硬度检测，工作层厚度44~55 mm，结合层均匀、整体反射40%~60%未见任何异常；硬度81~83HSD，无异常，可以进行上机实验，见表2。

表  2  钒钛高NiCr材质轧辊物理性能

项目	抗拉强度/ MPa	屈服强度/ MPa	弹性模量/ (104 MPa)	延伸率/ %	密度/ (103 kg/m3)	热传导/ (W·m−1·℃−1)	比热容/ (J·kg−1·℃−1)	热膨胀系数/ (10−6 ℃−1)
外层	>600	500~620	17~19	<1.0	7.4~7.6	18~20	540~700	11~13
芯部	>400	350~600	16~19	1.0~5.0	7~7.3	28~32	0.42~0.54	11~13
注：热膨胀系数在20~100 ℃测定。

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2.3   新型钒钛高NiCr轧辊实际应用

2017年5月，第一次对改进型钒钛高NiCr材质轧辊开始在F2机架上机使用，2017年12月27日正常报废，累计上机使用138次、总轧制量13.1万t，期间辊形保持良好、辊面未见粗糙痕迹，无氧化膜脱落痕迹（图5）。对使用数据进行收集，下机轧辊未发现氧化膜脱落问题，CVC辊形曲线保持良好，与理论曲线对比辊形最大偏差0.08 mm，热膨胀量低于高速钢轧辊。

图  5  钒钛高NiCr轧辊表面

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3.   结束语

通过使用数据整理，确定改进型钒钛高NiCr材质可以单次替代高速钢轧辊轧制酸洗板，有效减少了酸洗板辊系氧化铁皮缺陷，解决了高速钢轧辊供应量不足、采购成本高、裂纹处理时间长等因素对酸洗板轧制的制约，确保了酸洗板可以高产量、高质量的生产，开创了国内外同类企业在前部F1~F4机架使用高NiCr材质工作辊的方法，研究和应用水平达到国内同类企业领先水平。

来源：金属世界