棒材用硬质合金复合轧辊的研制
硬质合金复合辊环复合工艺的研究进展
文献综述硬质合金复合辊环复合工艺的研究进展朱警雷3 黄继华33 张华 赵兴科 齐立华(北京科技大学材料科学与工程学院,北京 100083)摘 要: 概述了国内外硬质合金辊环、硬质合金复合辊环的发展情况及其开发研究意义。
系统综述了国内外复合辊环的研究进展、优异性能及使用现状;分析了其中存在的问题,并展望了复合辊环研究的发展前景。
关键词:硬质合金复合辊环;复合铸造;热等静压;焊接Progress in research on the cemented carbide composite roll collarZhu Jinglei ,H u ang Jihu a ,Zhang H u a ,Zhao Xingke ,Q i Lihu a (School of Material Science and Technology ,University of Science andTechnology Beijing ,Beijing 100083,China )Abstract :The development of the cemented carbide roll collar and the cemented carbide com posite roll collar is introduced.The research progress ,performance and application state are summed u p ,problems in the research are discussed and potential research tendency is also pointed out.K ey w ords :cemented carbide composite roll collar ;composite casting ;HIP ;welding3朱警雷(1984-),男,硕士研究生。
棒材轧机硬质合金辊环的应用
棒材轧机硬质合金辊环的应用赵增刚摘要：简要介绍了碳化钨硬质合金辊环在棒材轧机上的应用，介绍了辊环的加工、冷却、维护以及使用效果。
关键词：辊环；棒材轧机；硬质合金一、概况轧辊的主要性能指标是芯部的强度和工作层的韧性及耐磨性。
对于棒材轧机精轧机架轧辊的性能要求则是以耐磨性和韧性为主，兼顾抗热裂性和强度。
传统的棒材轧机轧辊通常首选整体离心浇铸球墨铸铁轧辊，辊面硬度为74～78HSD 。
为了进一步提高精轧辊的耐磨性，提高单槽轧制量，借鉴高线精轧机采用硬质合金辊环的经验，近年来棒材轧机采用硬质合金辊环代替球墨铸铁轧辊的厂家越来越多。
目前，石钢三轧厂正在进行碳化钨硬质合金辊环的使用试验，今年2月份已成功的将德国萨阿硬质合金工具公司开发的VG627碳化钨硬质合金辊环应用到成品和成品前机架轧制14mm圆钢，取得了良好的效果。
二、复合硬质合金辊环碳化钨硬质合金具有热传导性能良好（其热传导系数为钢的2倍）、在高温状态硬度下降少、耐热疲劳性能好、耐磨性好、强度高、适于高速轧制等特点，这些是其他材质的轧辊所难以达到的。
在高速线材轧机上辊环是由整体硬质合金制造，但棒材轧机采用整体硬质合金轧辊是不现实的。
为减少硬质合金的消耗，一般制成复合的辊环，由硬质合金辊环和钢制芯轴机械组合而成。
辊环用镶铸方法制成，采用热等静压工艺处理。
辊环的孔型部分为硬质合金，内层为韧性金属，如球墨铸铁。
硬质合金与球墨铸铁之间为冶金结合，球墨铸铁与芯轴之间则靠键连接，用机械组合的方法制造成组合式棒材轧机精轧辊。
石钢三轧厂选用的硬质合金牌号为SARAMANT VG系列，即碳化钨－钴系列VG627。
碳化钨（WC）含量70％，粘结相钴（Co）含量30％，密度12、7g/cm3，洛氏硬度80HRA，抗弯强度2600N/mm2。
具有较好的耐磨性、抗热裂性和可加工性。
配件制作简单，常温安装。
三、合金辊环的使用与维护1、辊环的使用石钢三轧厂棒材生产线是一条由18架轧机平－立交替布置的棒材连轧生产线，原料采用150********mm连铸坯，产品的规格范围是圆钢为14～50mm；带肋钢筋为10～50mm。
复合粘结硬质合金轧辊在棒材生产线的应用
ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｏ ｆ ｔ ｕ ｒ ｎ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｕ ｒ ｓ ｅ ｏ ｆ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｂ ｏ ｎ ｄ ｅ ｄ ｃ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ｃ ａ ｒ ｂ ｉ ｄ ｅ ｒ ｏ ｌ ｌ ａ ｎ ｄ ｍｅ ａ ｓ －
质为 硬质合 金 。复合 粘 结硬 质 合 金 轧辊 为 不 断辊 设计 ， 采用 多 圈 硬 质 合 金 辊 套 ， 两端各用一挡 圈， 中穿合 金结 构 钢 芯轴 ， 在 不 同 的界 面 使 用 不 同 的
生产 消耗 的大 宗 备 件 。近 年 来 ， 随 着 冶 金 行 业 轧 钢生 产新 技 术 、 新工艺 、 新 材 料 的迅 速 发 展 ， 复 合 粘结 硬质 合金 轧辊 被成 功 的研 制和 推 广 … 。这 一 新 成 果被 广泛 的应 用 在冶 金 行 业 和相 关 行业 。它
ｕ ｒ ｅ ｓ ｏ ｆ ｐ ｒ ｏ ｌ ｏ ｎ ｇ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈｅ ｒ ｏ ｌ ｌ ｓ ｅ ｒ ｖ ｉ ｃ ｅ ｌ ｉ ｆ ｅ ．
Ｋｅ ｙ Ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｂ ｏ ｎ ｄ ；ｃ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ｃ ａ ｒ ｂ ｉ ｄ ｅ ；ｒ ｏ ｌ ｌ
轧辊 是 轧 钢 行 业 生 产 的重 要 工 具 ， 也 是 轧 钢
１ 结 构 特 点
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ１ ． １ 设计 合理
式硬质合金复合轧辊相 比， 避免 了缺 口应力 、 应力
尖 峰及 高速 转 动 引 起 的 间 隙振 动磨 损 等 ， 性 能 价 格 比更 高 。
中高 温度 、 较 强 的 冲击 和 强摩 擦 负 荷 。粘 接 层 静
态 剪切 强 度 ≥ １ ５ ０ ＭＰ ａ ， 因 此 它 完 全 可 以 满 足 从
棒材轧机硬质合金辊环的应用
实际使用中，在保证钢材表面光洁度和轧槽修 磨量 ０ ． ７ ５ ｍ ｍ 时，第一次轧制单糟轧制量为 １ ２ ０ ０ ｔ ， 之后进一步改进冷却水系统，改进冷却水喷嘴的数 量和对槽孔的排列位置，增加水量、水压。水压由 ０ ． ２ ５ Ｍ ｐ ａ增为 ０ ． ４ Ｍ ｐ ａ 。单槽轧制量上升为 １ ３ ０ ０ －
１ ５ ０ ｘ １ ５ ０ ｘ １ ２ ０ ０ ０ ｍ ｍ 连铸坯， 产品的规 格范围是圆 钢为 ０１ ４ －５ ０ ｍ ｍ ； 带肋钢筋为０ １ ０ －５ ０ ｍ ｍ 。 生产以 各类圆
钢为主。
以前使用的成品和戊品前轧辊均为离心复合浇 注针状体球墨铸铁轧辊，小规格成品单槽轧制量仅 为１ ２ ０吨左右，换槽频缺。首次使用硬质合金辊环 是在０ １ ４ ｍ ｍ圆钢成品 和成品前机架上。 辊环的 最大 直径为０ ３ ６ ０ ｍ ｍ ， 报废直径为０ ３ １ ０ ｍ ｍ 。 硬质合金辊环 的尺寸规格为０ ３ ６ ０ ／ ０ ２ ８ ０ ｘ １ ５ ０ ｍ ｍ 。轧制０１ ４ ｍ ｍ圆 翎 时，成品机架开 ６ 个圆孔槽，成品前机架开 ５ 个Ｗ
的，所以硬质合金辊环要求加强水冷。 由于硬质合金的硬度和热裂敏感度较高，在辊 环与红钢接触后要立即进行充分冷却。冷却水的流 量与其精确分布对轧辊使用性能有决定性的影响。
１ ． 提高单槽轧制量。 用于轧制圆钢成品机架时， 硬质合金辊环与针状体球墨铸铁轧辊相比，单槽轧 制量明显提高。 采用针状体球墨铸铁轧辊轧制０ １ ４ ｍ ｍ 圆钢时，每次成品单槽轧制量为 １ ２ ０ ｔ 左右。而应用 硬质合金辊环后，成品单槽轧制量为 １ ３ ０ ０ － １ ４ ４ ０ ｔ ，
温安装。
三、合金辊环的使用与维护
１ ． 辊环的使用 石钢三轧厂棒材生产线是一条由１ ８ 架轧机平一 立交 替 布 置 的 棒 材 连 轧 生产 线 ， 原 料 采 用
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硬质合金复合辊环制造是开发硬质合 金轧辊
的关键 。国外 一般采 用铸 造 复合 法 、 等静 压 法等 热
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２０ ０ ７年 ５月 第二 期
棒 材 用硬质 合金 复合 轧辊 的研 制 车刀进行 １ （ ） ￣１ｍｍ（ ） 槽 孔 型 的粗 ６ Ｋ１ 和 ８ Ｋ２ 轧
加工。
３ 采用新 型 复合 工艺 ， 免 高温 工 艺带 来 的 可 ） 避 靠 性 和性能 下降 问题 ；
４ 优化结 构设计 和装 配工艺 ， ） 以安装简单 、 运 行 稳定 为原 则 ， 以便 于推广 应用 。 根据 上 述 思 路 ， 验 路 线 为 ： 析 性 能 要 求 实 分
— —
２ １３ 硬质合金辊环材料性能 ．． 在 制 备 硬 质 合 金 辊 环 的 同 时 制 备 了
￣ ０ １０ ５ Ｘ ０ ｍｍ 检 验 样 品 ３个 ， 试 了其 密 度 、 度 、 测 硬
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２７ 月 二 ０ 年５ 第 期 ０
棒 材 用 硬质 合金 复 合 轧辊 的研 制
应金根 傅 肃嘉 朱初 标２ 傅 文忠２ 王绍定３ 龙郑 易
（． １浙江省冶金研究院有限公司 杭 州 ３０ １ ； １０ １ ２ 杭 州钢铁 集 团公 司 ； ． 江省 工 业设计 研 究 院 杭 州 ３ ０ １ ） ， ３浙 １ ０ ３ 摘 要： 用化 学胶结法制造硬质合金／ 钢复合辊环 ， 并与辊轴组装成复合轧辊， 在棒材轧机进行 了轧钢量试 验。试验表 明： 该复合轧辊具有易制造 、 成本低 、 装配方便等优点， 精轧单槽过钢量最 高可达２７ ０ ０
配合是不合适 的。为 了解决硬质合金轧辊在棒材
轧机 上 的应用 问题 ， 近年 来 国外 开发 了硬 质合 金外 环／ 铁基 内环 的复合 辊 环 ， 图 １ 图 ２所示 的德 国 如 、 Ｓ Ａ Ａ Ｒ公 司 Ａ Ｍ 热 等静 压扩散 复合 辊环 ， （ 瑞
便、 成本低 、 装配方便 等优点 ， １ 棒材精轧 Ｋ１ ＠６ 机 架单槽过钢量最高可达 ２７０／ ０ ｔ密次， 预精轧 Ｋ ２机 架单槽 过钢量最高超过 ３５０／ ０ ｔ磨次 ， 每对 辊总过
ｔ磨次， ／ 预精轧单槽过钢量最高可达 ３５０／ ０ ｔ磨次， 每对辊总过钢量可达 ２ Ｏ万 ｔ 以上。 关键词 ： 化学胶结法； 硬质合金； 复合轧辊 ； 棒材轧机 ； 过钢量
高温性 能好 ， 但工 艺复 杂 ， 成本 高 ， 造过 程 长 时 间 制
Ｏ 概 述
硬质合金轧辊具有硬度高 、 耐磨好 的特点 ， 与 其它 轧辊材料相 比， 单槽过钢 量可提 高 ４ Ｏ 其 ～１ 倍， 总轧 钢量 提高 １ ～３ ０ Ｏ倍 ， 且具 有 产 品负公 差 而 控制准确 ， 表面质量好 的优点 ， 因而作为一种新 型 冶金 轧辊 材料得 到 了越来 越 多的重 视 。 目前 ， 国内硬质合金轧辊主要是线材用的整体
质合金复合轧辊在轧制棒材时， 精轧单槽 过钢量大 致 为 １千多 ｔ磨次 ， ／ 预精 轧单 槽过 钢量 大致 为 ２ ～３
千 ｔ磨 次 。本 研 究 用 化 学 胶 结 工 艺 制 造 了 外 径 ／ ￣ ２ ｍｍ 的硬 质 合 金 复 合 辊 环 ， 组 装 成 复 合 轧 ３０ 并 辊 ， 杭州 钢 铁 集 团公 司 小 连 轧分 厂 进 行 了 １ 在 Ｏ多 轮现 场 试 验 。试 验 表 明 ： 复 合 轧 辊 具 有 制 造 简 该
硬 质 合 金 辊环 ， 环 与辊 轴 间 采用 机械 配 合 ， 辊 由于 线 材轧 机 冲击 力 较 小 ， 质 合 金 辊 环 碎 裂 较 少 发 硬 生 ； 对 于 棒材 小 型 轧 机 来说 ， 求 轧辊 承 受 更 大 而 要 的轧制 负 荷 和 扭矩 ， 击力 也 相 对 较 大 ， 冲 因而 机 械
高温处理还有可能造成硬质合金性 能下 降或 内部
缺 陷 。国 内一些单 位 曾研 究过 铸 造法 、 等 静 压法 热 等冶 金 复 合 工 艺 制 造 复 合 辊 环［－ 但 因存 在 热 ２ ５， Ｊ 裂、 可靠性 差 等 问题 ， 未成 功 。 目前 国 内硬 质 合 均 金复合 辊 环基 本上是 从 国外进 口的 。 根据 国 内 一 些 单 位 的试 验 结 果 ［ １ ， ６ ０ 目前 硬 － Ｊ
性能， 采用高钴配方以提高韧性 ；
２ 采用 先 进 的气 压 烧 结 工 艺 制造 全 致 密 硬 质 ）
冶金复合工艺制 造， 其优点是 内外环结合强度高 、
合金辊环 ， 以达到低成本高性能的 目的；
该 项 目为 浙江省 科技 计 划科 研 院所 专项 项 目（ 编号 ：０ ３ ｌ ０ １ 。 ２ ０ Ｆ １ ２ ）
重量 ， 可降低成本 ； 冲击性能好 ， 抗 可应用 到棒材甚
至带 材小 型轧 机上 。 因此 ， 发硬 质 合金 复 合辊 环 开
１ 设计思路
根据对 国内外硬质合金复合 辊环资料及实验
情 况 分析 ， 确定 了下 列设 计思 路 ：
对于降低硬质合金轧辊成本 ， 拓展其在轧钢领域 的
钢 量可 达 ２ Ｏ万 ｔ 以上 ， 钢 量 指 标 达 到进 口硬质 过 合 金复合 辊 环水平 。
典 Ｓ Ｎ ＶＩ Ａ Ｄ Ｋ公司 ＣＣ铸造复合辊环… 。其优点 Ｉ １
是： 内环 具 有应 力 缓 冲层 ， 提 高 硬 质合 金 辊 环抗 能 热裂 能力 ； 辊轴 装 配 方 式灵 活 ； 与 减少 了硬 质 合 金