日本川崎公司浇铸辊十年研究进展

    追求轧制产品质量的提高以及高效率生产，使热轧技术取得显著进步，必然要求轧制用工作辊具备高性能比。近些年来，众多钢铁企业从维持和提高国际竞争力出发，对企业产品的尺寸和表面性能要求极其严格。因此，钢铁企业为实现自由规程轧制和连续轧制，纷纷进行技术革新。
    在上述状况下，可经受住更严酷轧制的、具有优良耐磨性和耐表面粗糙性的长寿命轧辊的研发便成为钢铁企业的当务之急。作为适应该需求的新轧辊，约在10年前就有了高合金（高速工具钢成分）作为外层材的复合辊，即高速钢轧辊。高速钢轧辊基体具有硬的MC型碳化物（主要是V和W碳化物），使耐磨性显著提高。但是用离心浇铸法浇铸，作为初晶结晶的V碳化物容易产生离心分离偏析，因而制造比较困难，所以钢铁企业主要采用称为连续浇铸堆焊法（CPC）的高价特殊法制造高速钢轧辊，成本也随之增加。
    在日本，川崎公司研究的主要课题是热轧用工作辊为主流的高速钢轧辊（HSS），主要内容包括：（1）用经济性优良的离心浇铸法制造HSS轧辊；（2）HSS轧辊使用时轧制负荷增大的控制；（3）耐表面粗糙性显著提高的新HSS轧辊。有关铸造辊研究10年进步介绍如下：
    一、用离心浇铸法制造高速钢轧辊的技术
    在离心浇铸高C－高V组成的高速工具钢系轧辊时，用于轧制的凝固壳的内侧面生成粒状的V碳化物，外侧面生成羽毛状的V碳化物的碳化物组织偏析。这种偏析起因于在凝固初期结晶的比重较小的初晶VC在离心力下偏析在凝固壳内侧。为抑制这种离心分离，川崎所考虑的有效方法包括：（1）减少V碳化物和钢水的比重差，通过添加Nb，初晶VC成为（V、Nb）C复合碳化物，使比重增大，而增大钢水比重的W因对铸造辊材质耐磨性影响小，不须添加，这样就减少偏析成因的比重差；（2）使V碳化物和y的结晶温度接近，使V碳化物离心分离无充裕时间。通过调整Nb、V和C量可以减少MC型碳化物和y的结晶温度差。即添加适量Nb，不添加HSS辊所必须的W，考虑C－Nb－V量平衡的组成，可以消除比重差起因的离心浇铸时的组织偏析，实现了用离心浇铸法制造HSS轧辊，并进行了工程化。
    离心浇铸法的高速钢辊制造技术，于1993年获取日本金属学会技术开发奖赏。所开发的HSS轧辊现多用作热带轧机后段用工作辊。
    二、降低轧制负荷型HSS轧辊的开发
    当初开发的HSS轧辊在热精轧前段轧机使用时，与传统的高Cr铸铁辊比较，轧制负荷增大了20％-30％，使轧机轧制条件受限，容易产生铁皮缺陷等问题。高Cr铸铁材和高速钢材经热磨耗试验后的磨耗表面观察结果表明，高Cr铸铁基体经磨料磨耗后，具有共晶碳化物浮出的较平稳凸起的表面。而高速钢材粒状MC型碳化物凸起，是由微观的凹凸和轧材的摩擦系数增大引起的。总之，控制轧制负荷增大，谋求轧辊表面平滑是必须的。对此，为达到轧辊磨耗表面的平滑化，显著强化基体，或增加准硬质相的共晶碳化物，可很好抑制MC型碳化物间的基体的磨料磨耗。
    川崎公司着重共晶碳化物增量的研究，共晶碳化物量和摩擦系数的关系、共晶碳化物量和添加元素量的相互关系及硫化物量和耐磨性的关系等均获得实验结果。川崎公司通过C、Cr、Mo的复合添加和增量，实现轧制负荷低减型增量，开发了轧制负荷低减型HSS轧辊。新组成HSS轧辊（HSS2轧辊）的轧制负荷降低到高Cr铸铁辊同等水平。
    三、开发耐表面粗糙性显著提高的高性能HSS轧辊
    前段机架用工作辊的剥落和表面粗糙性对产品质量有重大的影响。轧辊表面的微小剥落起因于碳化物的龟裂和裂纹，抑制碳化物本身损伤对提高轧辊特性十分有效。C、Cr和Mo的添加量和碳化物量对耐磨性具有一定影响，而Cr和Mo的适量复合添加可显著提高耐磨性。从碳化物的组成分析及磨耗试验后用电子显微镜观察碳化物的损伤来看，可推测由于Cr、Mo增加，在MC型和M7C3型碳化物中Cr和Mo浓缩，碳化物强韧性硫化物增加，有望开发耐表面粗糙、性能优良的前段机架用HSS轧辊。由于耐剥落性和耐热裂纹性显著优良，可维持良好的轧辊表面，连轧量显著增加。轧辊直径每消耗1mm可轧制的产品重量增到现有HSS轧辊的近3倍。
    四、结语
    川崎公司对热精轧机工作辊为主用的高速钢辊进行了重点研究。另外还对下述几项也进行不断研究开发：（1）控制轧辊径向的组织偏析，即抑制轧辊表面偏析的Ni麻口细晶粒合金铸铁轧辊；（2）型钢轧制用，具有良好耐粘结性和耐磨性的石墨结晶的阿达曼特铬相耐磨钢辊；（3）谋求铸造轧辊耐磨性提高的等温淬火处理等，以提高铸造辊的质量。