孫滿臣 吉建旭 韓維國(guó) 楊 威 劉建軍

(1.軋輥復(fù)合材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北054025；2.中鋼集團(tuán)邢臺(tái)機(jī)械軋輥有限公司，河北054025；3.邢臺(tái)軋輥小冷輥有限責(zé)任公司，河北054025)

冷軋輥發(fā)展是在冷軋行業(yè)的拉動(dòng)和軋輥制造相關(guān)技術(shù)的推動(dòng)下前進(jìn)的。從冷軋行業(yè)的需求來(lái)看，對(duì)增強(qiáng)耐磨性、粗糙度保持性能、抗事故性能以及均勻性等指標(biāo)的要求越來(lái)越高，目的是為了實(shí)現(xiàn)自由軋制，軋制高檔次板材，降低軋輥輥耗等，在這些要求的拉動(dòng)下，軋輥制造企業(yè)也在不斷努力來(lái)改進(jìn)和創(chuàng)新軋輥制造技術(shù)，主要表現(xiàn)在材質(zhì)升級(jí)及制造技術(shù)兩個(gè)方面。

1 冷軋輥材質(zhì)發(fā)展趨勢(shì)

1.1 普通Cr2、Cr3、Cr5材質(zhì)冷軋輥

二十世紀(jì)五六十年代，軋材多為碳素結(jié)構(gòu)鋼，強(qiáng)度和硬度都不高，這一時(shí)期應(yīng)用研究最為廣泛的是Cr2材質(zhì)鍛鋼冷軋輥；七八十年代，軋材合金化程度提高，高強(qiáng)度低合金結(jié)構(gòu)鋼所占比例增大，這一時(shí)期應(yīng)用最廣泛的是含Cr量2%～3%的Cr-Mo鋼和Cr-Mo-V鋼，軋輥的強(qiáng)度和硬度明顯提高；但是隨著軋鋼工業(yè)的飛速發(fā)展對(duì)冷軋板的表面質(zhì)量提出更高的要求，國(guó)內(nèi)在九十年代研制出Cr5型Cr-Ni-Mo-V深淬硬層鍛鋼冷軋輥，并在此基礎(chǔ)上通過(guò)調(diào)整合金元素，利用V、Nb、Ti等元素變質(zhì)處理等方法，研制出抗輥印軋輥、高粗糙度保持能力軋輥等具備不同使用性能的系列化產(chǎn)品。軋輥的有效工作層也由最初的10 mm～20 mm逐步增加到30 mm、40 mm、甚至50 mm。

1.2 鍛造半高速鋼、高速鋼材質(zhì)冷軋輥

目前國(guó)內(nèi)冷軋生產(chǎn)線有300多條，產(chǎn)能近1.2億噸，但冷軋市場(chǎng)普遍低迷，利潤(rùn)空間不斷被壓縮，促使各鋼鐵企業(yè)不得不向軋制高端板材方向升級(jí)轉(zhuǎn)變。高端板材向高精度、高強(qiáng)度、超薄規(guī)格方向發(fā)展，使得冷軋軋制技術(shù)不斷提高，而作為鋼板軋制的主要部件，冷軋輥的制作質(zhì)量和使用性能對(duì)冷軋板的質(zhì)量影響較大。目前Cr5系列主流冷軋輥材質(zhì)在軋制高端板材時(shí)暴露出耐磨性、抗事故性能不足等問(wèn)題，影響冷軋機(jī)生產(chǎn)效率發(fā)揮和產(chǎn)品質(zhì)量提高，急需進(jìn)一步提高軋輥性能以適應(yīng)軋機(jī)的需要。

鍛造半高速鋼冷軋輥是在Cr5冷軋輥材質(zhì)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的，提高了各種合金元素的含量，碳化物數(shù)量也相應(yīng)增加，從而提高軋輥的耐磨性達(dá)到兩倍。并且軋輥淬火采用高溫回火，大大提高了軋輥的抗事故性。

鍛造高速鋼冷軋輥是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)，高速鋼軋輥材料中含有大量的碳化物形成元素鉻、鉬、釩、鎢，能夠形成大的MC、Mo2C型碳化物，大大提高了冷軋輥的強(qiáng)度、耐磨性、粗糙度保持性，其使用性能明顯優(yōu)于普通Cr5型材質(zhì)冷軋輥。

鍛造高速鋼冷軋輥基于材質(zhì)本身的固有特性，具有較高的輥身硬度、高耐磨性和適當(dāng)?shù)捻g性；同時(shí)，由于高速鋼具有二次硬化特性，有很好的抗回火性能。高速鋼軋輥表面粗糙度保持能力、抗劃傷能力、板型控制能力、抗事故能力明顯提高，可以取代鍍鉻軋輥，特別是在軋制高等級(jí)汽車(chē)板、高強(qiáng)鋼及硅鋼方面，降低軋輥消耗60%，提高軋制帶材產(chǎn)品的板面質(zhì)量，并提高軋制效率，成為高端板材軋制的優(yōu)選方案。

1.3 小結(jié)

鍛鋼冷軋輥合金成分不斷增加，Cr2、Cr3、Cr5、鍛造半高速鋼、高速鋼等高合金鋼和合金化冷軋輥材質(zhì)在冷軋輥上的應(yīng)用是一個(gè)趨勢(shì)。目前，Cr5材質(zhì)冷軋輥仍會(huì)是如今乃至未來(lái)幾年內(nèi)現(xiàn)代化板材冷軋機(jī)的主導(dǎo)軋輥材質(zhì)，而具有不同使用特性的改進(jìn)型Cr5材質(zhì)冷軋輥的應(yīng)用比例將不斷擴(kuò)大，以適應(yīng)不同軋制條件的需要。

可見(jiàn)，冷軋輥材料的發(fā)展方向是不斷優(yōu)化Cr5系列化，以改善冷軋輥碳化物基體的組織性能，提高其使用性能，同時(shí)發(fā)展具有更高綜合性能的半高速鋼、高速鋼作為冷軋輥材料，確保冷軋輥能適應(yīng)新型軋機(jī)和軋制技術(shù)發(fā)展的需要。

2 冷軋輥制造技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

2.1 常規(guī)冷軋輥?zhàn)顑?yōu)成本制造技術(shù)

為了滿足鍛鋼冷軋輥各項(xiàng)性能指標(biāo)的要求，普遍采用爐外精煉+重熔鋼+加熱鍛造+鍛后熱處理+預(yù)備熱處理+最終熱處理，可見(jiàn)冷軋輥生產(chǎn)工藝流程長(zhǎng)，制造工藝復(fù)雜，制造成本很高。

通過(guò)冷軋輥制造技術(shù)的不斷研究與應(yīng)用，目前冷軋輥在出材率、凈毛比及制造工藝等方面進(jìn)行優(yōu)化，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了冷軋輥的最優(yōu)成本制造，以適應(yīng)銷售價(jià)格持續(xù)下滑的局面。

2.2 鍛造高速鋼冷軋輥制造技術(shù)

對(duì)于鍛造高速鋼軋輥的生產(chǎn)，國(guó)外僅有阿克斯公司號(hào)稱具有鍛造高速鋼生產(chǎn)技術(shù)，由于鍛造高速鋼冷軋輥的制造技術(shù)難度及使用技術(shù)原因，高速鋼軋輥的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程比較緩慢。

目前國(guó)內(nèi)我公司通過(guò)自主研發(fā)成功實(shí)現(xiàn)了鍛造高速鋼的國(guó)產(chǎn)化，在高速鋼材質(zhì)的冶煉、精煉以及鑄錠工藝研究形成了專有核心技術(shù)。在多年鍛鋼軋輥生產(chǎn)制造技術(shù)研究基礎(chǔ)上，在鍛造變形內(nèi)裂控制技術(shù)、鍛造熱處理模擬仿真技術(shù)、電渣重熔渣系工藝技術(shù)、粗糙度磨削技術(shù)等方面進(jìn)行系統(tǒng)攻關(guān)研究，形成集高速鋼軋輥的材質(zhì)研究、性能模擬、成型工藝、使用研究為一體的高速鋼軋輥制造技術(shù)。成功開(kāi)發(fā)出的我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的鍛造高速鋼軋輥能滿足不同客戶對(duì)高端板材軋制需求。對(duì)于促進(jìn)國(guó)內(nèi)軋輥行業(yè)整體技術(shù)進(jìn)步，滿足大型鋼鐵企業(yè)軋制高品質(zhì)冷軋板材，具有重要意義。

2.3 冷軋輥復(fù)合制造技術(shù)

為了實(shí)現(xiàn)自由軋制，軋輥制造廠家一直致力于軋輥材質(zhì)及制造工藝方面尋求創(chuàng)新與突破，鍛造半高速鋼、高速鋼冷軋輥的研制成功很好地解決了免鍍鉻這一難題，但整體大型鍛造高速鋼的制造難度大，生產(chǎn)成本高，為解決這一問(wèn)題，軋輥成形技術(shù)由整體向復(fù)合發(fā)展，開(kāi)發(fā)各式各樣的復(fù)合成型技術(shù)都體現(xiàn)了力求滿足軋輥工作層和輥頸對(duì)材料性能的不同要求、力求達(dá)到最好的質(zhì)量和最佳的成本的技術(shù)思想。

目前國(guó)際上日本日立協(xié)和公司擁有鍛造旋轉(zhuǎn)電渣重熔復(fù)合軋輥制造技術(shù)，其主要用于冷軋輥；新日鐵等公司具有CPC復(fù)合軋輥制造技術(shù)，主要用于熱軋輥；歐洲軋輥企業(yè)也曾進(jìn)行過(guò)電渣復(fù)合方面的研究，但是對(duì)于電渣復(fù)合軋輥制造技術(shù)及使用方面資料介紹很少；烏克蘭曾進(jìn)行過(guò)電渣液態(tài)澆注法(ESSLM)制備復(fù)合軋輥的理論研究和試驗(yàn)。

我公司依托“國(guó)家軋輥復(fù)合材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、國(guó)家軋輥技術(shù)中心、國(guó)家軋輥研究所”—3C(Country國(guó)家)科研平臺(tái)與院校合作，在軋輥復(fù)合制造技術(shù)方面也正在開(kāi)展“產(chǎn)、學(xué)、研、用”一體化的項(xiàng)目研究。

多種冶金復(fù)合軋輥的制造技術(shù)，用于生產(chǎn)半高速鋼、高速鋼等冷軋輥，替代整體鍛鋼軋輥，可充分體現(xiàn)技術(shù)、性能和成本優(yōu)勢(shì)，是冷軋輥制造技術(shù)的主要發(fā)展方向。

2.4 精煉冷軋輥制造技術(shù)

鍛鋼冷軋輥是一類技術(shù)含量高，生產(chǎn)工藝流程長(zhǎng)，制造工藝復(fù)雜的高技術(shù)含量的產(chǎn)品。尤其是目前普遍采用電渣重熔技術(shù)制造鍛鋼冷軋輥，導(dǎo)致冷軋輥坯的制造成本很高，雖然國(guó)內(nèi)外的一些冷軋輥制造廠家也曾嘗試過(guò)采用精煉鋼制造鍛鋼冷軋輥，但都沒(méi)有能夠起到替代電渣鋼冷軋輥的作用。

據(jù)《鍛鋼冷軋輥輥坯制造技術(shù)》介紹寶鋼特鋼對(duì)精煉冷軋輥與電渣重熔冷軋輥的性能進(jìn)行了全面對(duì)比，Cr3及以下精煉冷軋輥的無(wú)損檢測(cè)合格率可達(dá)到90%且相對(duì)穩(wěn)定，低倍組織、珠光體球化組織、碳化物及力學(xué)性能等檢測(cè)結(jié)果與電渣鋼水平相當(dāng)，但Cr5精煉冷軋輥無(wú)損檢測(cè)合格率較低且不穩(wěn)定，尤其是精煉冷軋輥的表面波無(wú)損檢測(cè)問(wèn)題是制約其發(fā)展的主要因素。因此還需通過(guò)爐外精煉新工藝的發(fā)展，繼續(xù)提高鋼水的精煉水平。

2.5 冷軋輥再制造技術(shù)

由于冷軋輥輥坯的生產(chǎn)需要冶煉、精煉、電渣重熔、鍛造等多臺(tái)套設(shè)備來(lái)完成，必須有資金和技術(shù)的多重投入和支持，因此國(guó)內(nèi)冷軋輥生產(chǎn)廠家多是以熱處理和加工為主，僅有極少數(shù)廠家有完整的冷軋輥生產(chǎn)線，其它冷軋輥制造廠家均是從鍛造廠家采購(gòu)輥坯或外購(gòu)廢輥改制。

由于輥坯專業(yè)制造廠家匱乏，包括某些較知名的冷軋輥廠家，沒(méi)有固定的輥坯供貨單位，造成采購(gòu)困難且供貨不及時(shí)，同時(shí)加上廢輥回收價(jià)格較低，于是采用再制造方法為客戶提供改制軋輥，造成冷軋輥市場(chǎng)價(jià)格激烈無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)，質(zhì)量參差不齊，直接影響冷軋輥行業(yè)的健康發(fā)展。

經(jīng)過(guò)對(duì)不同類型軋機(jī)再制造輥與常規(guī)輥上機(jī)實(shí)軋效果對(duì)比，毫米軋制量再制造輥較常規(guī)輥降低15%以上，尤其對(duì)于事故較多的單機(jī)架軋機(jī)，再制造輥的事故消耗要高于常規(guī)輥35%以上，常規(guī)輥使用優(yōu)勢(shì)更加明顯。

軋輥消耗在軋鋼過(guò)程中所占成本比例不到百分之一，而正是這不到百分之一的成本，可能會(huì)對(duì)冷軋板帶材質(zhì)量起到?jīng)Q定性作用。鋼廠冷軋帶鋼質(zhì)量的穩(wěn)定和生產(chǎn)效率的提高所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益，要大于采購(gòu)優(yōu)質(zhì)軋輥所帶來(lái)制造成本微增(有可能不增)。

2.6 小結(jié)

隨著冷軋行業(yè)向高端板材發(fā)展和冷軋輥行業(yè)銷售價(jià)格持續(xù)下滑的雙重影響，冷軋輥制造技術(shù)正向著高端制造和最優(yōu)成本制造兩個(gè)方向發(fā)展，其中高速鋼冷軋輥的成功研制匯聚了多項(xiàng)高端制造技術(shù)的集成；同時(shí)最優(yōu)成本制造已成為軋輥企業(yè)賴以生存的必備基礎(chǔ)，因此新流程、新技術(shù)、新工藝在冷軋輥制造上的應(yīng)用將是今后的主要發(fā)展趨勢(shì)。