高速钢轧辊的铸造技术新
冷轧辊生产工艺
冷轧辊生产工艺冷轧辊是冷轧钢板生产过程中的重要工具，其生产工艺对于冷轧钢板的质量和生产效率具有重要影响。
下面将介绍一下冷轧辊的生产工艺。
1. 原材料准备：冷轧辊的主要原材料是高强度合金铸铁和高速钢，这些材料具有良好的耐磨性和耐热性。
在生产过程中，需要对原材料进行严格的质量检查，确保其符合要求。
2. 设计和制造模具：根据冷轧辊的使用要求和规格，进行模具的设计和制造。
模具的设计包括辊径、辊宽、辊型等参数的确定，制造过程中需要使用先进的数控加工设备进行加工，以保证辊的精度和质量。
3. 铸造：将原材料熔化后，采用铸造工艺将熔融金属注入到模具中，经过冷却和凝固后得到辊的铸件。
铸造过程中需要控制好铸造温度和速度，以避免辊铸件出现缺陷。
4. 热处理：对于铸造得到的辊铸件，需要进行热处理，以改善其组织和性能。
热处理包括退火、正火和淬火等工艺，通过控制加热和冷却过程，使辊铸件达到理想的组织结构和硬度。
5. 机械加工：经过热处理的辊铸件需要进行机械加工，包括车削、铣削、磨削等工艺，以达到辊的精度和光洁度要求。
机械加工过程中需要使用先进的加工设备和工具，保证加工质量。
6. 表面处理：冷轧辊的表面需要进行特殊处理，以提高其耐磨性和抗腐蚀性。
常用的表面处理方法包括镀铬、喷涂等，这些方法能够形成一层保护膜，提高辊的使用寿命。
7. 质量检验：生产完成后，需要对冷轧辊进行质量检验。
检验项目包括尺寸精度、表面质量、硬度等，通过检验可以确保冷轧辊符合要求，并具有良好的性能。
8. 包装和运输：经过质量检验合格的冷轧辊需要进行包装和运输。
包装过程中需要使用防震、防潮等措施，以确保辊的安全运输。
冷轧辊生产工艺的优化和改进，可以提高冷轧钢板的质量和生产效率。
随着科技的发展，冷轧辊的生产工艺也在不断创新，采用先进的制造技术和设备，提高辊的精度和质量，推动冷轧钢板产业的发展。
轧辊基础知识
轧辊基础知识目录1. 内容概要 (2)1.1 轧辊的定义与作用 (2)1.2 轧辊在金属加工中的应用及重要性 (3)2. 轧辊的材料与制造 (4)2.1 常用轧辊材料及其特性 (5)2.2 轧辊制造工艺流程 (6)2.3 热处理对轧辊性能的影响 (8)3. 轧辊的结构与设计 (8)3.1 轧辊的结构组成 (10)3.2 轧辊的设计原则与要求 (11)3.3 轧辊磨损机制与寿命估算 (12)4. 轧辊的检验与质量控制 (13)4.1 轧辊的检验标准与方法 (16)4.2 质量控制的实施 (17)5. 不同类型轧辊的知识 (18)5.1 热轧辊与冷轧辊差异 (20)5.2 纵轧辊与横轧辊的特点 (21)5.3 特殊用途轧辊，如不锈钢轧辊、合金钢轧辊 (22)6. 现代轧辊技术的发展 (23)6.1 表面涂层技术 (24)6.2 控制系统与智能化 (26)6.3 轧辊的生产与维护技术的进步 (27)7. 实例分析 (28)7.1 典型轧辊案例 (30)7.2 轧辊在实际生产中的应用案例分析 (31)8. 结论与展望 (32)8.1 轧辊技术发展趋势 (33)8.2 未来技术创新及挑战 (34)1. 内容概要本文档旨在全面介绍轧辊的基础知识，包括其定义、分类、结构、材料、生产工艺以及在钢铁、铝材、铜材等金属加工行业中的重要作用和应用。
我们将深入探讨轧辊的基本原理，包括轧辊的工作机制、轧制过程中的应力分布以及轧辊在轧制过程中的磨损与保护。
还将介绍轧辊的质量控制标准、性能评估方法以及不同类型轧辊的特点和适用场景。
通过对轧辊基础知识的系统学习，读者将能够更好地理解轧辊在生产过程中的关键作用，为实际应用和进一步研究提供坚实的基础。
1.1 轧辊的定义与作用轧辊是一种非常重要的金属加工设备，在金属成形、裁剪、压制等过程中发挥着重要作用。
它通常用于金属板材或条材的轧制，轧辊通过相互之间的滚动或摩擦作用，对金属施加很大的压力，从而使其发生形变、厚度减小以及尺寸和表面光洁度的调整。
轧辊种类
轧辊分类1.合金铸钢轧辊Alloy Cast Steel Roll合金铸钢轧辊是采用电弧炉冶炼优质钢水，采用先进的铸造、热处理工艺技术制造，具有很高的强度、优良的抗热裂性、韧性、耐磨性、适用于型钢粗、中轧机，热轧带钢粗轧机架用辊及热轧带钢支承辊。
辊身金相组织为珠光体或回火索氏体。
2.半钢轧辊Adamite Rolls半钢轧辊是性能介于钢辊和铁辊之间的一种轧辊材质，含有镍、铬、钼等合金元素，其基体组织中含有一定量的碳化物，采用特殊的热处理工艺，有高的耐磨性、强的韧性和好的热抗性，最大的特点是在工作层中几乎没有硬度降落。
适合带钢热连轧机粗轧、精轧前段；棒线轧机粗轧、中轧、预精轧机架；万能轧机、悬臂轧机辊环、辊套。
3.石墨钢轧辊Graphite Steel Rolls石墨钢轧辊的性能与半钢轧辊类似，其最大特征是组织中有少量细小石磨存在。
它可以提高轧辊的热轧辊的抗热裂性能和抗氧化铁皮黏附性能，主要适用于粗轧或初轧机架。
4.高速钢轧辊High Speed Steel Rolls高速钢轧辊在高温下具有很高的硬度和耐磨性。
它是用离心方法生产的，芯部材质为球墨铸铁。
通过成分和热处理工艺控制，工作层硬度可达80-85HSC，马氏体基体上分布有钒、钨、铌、钼复合碳化物，保证了工作层硬度均一，孔型磨损均匀。
这种辊用于精轧机架，增加作业时间，改善轧材表面质量。
5.GNV轧辊GNV Rolls粗轧机架用轧辊需要一些特性相互结合，其中某些特性会相互抵消对方的作用，这些特性包括耐磨性、耐热裂性、耐冲击性、热硬度和热强度等。
过多的网状碳化物能提高耐磨性、耐冲击性，但它严重降低了断裂韧性，这在粗轧情况下，会促使热裂纹形成发展。
要减小过多碳化物的影响，又能保持耐磨性，就要加入镍、钼等合金元素，使基体形态为贝氏体/马氏体（针状），比通常的珠光体基体更耐磨。
钼元素还有助于提高轧辊高温硬度。
GNV轧辊就是采用高合金材质加上特殊热处理制造出来的，基体组织中碳化物的含量小于5%，满足粗轧机架要求。
双辊薄带铸轧技术
2019年3月31日，沙钢集团正式宣布由其引进的纽柯CASTRIP 双辊薄带铸轧技术成功实现工业化生产，这是国内首条，世界第三条工业化的超薄带生产线。
薄带铸轧技术是钢铁近终形加工技术中最典型的高效、节能、环保短流程技术，是21世纪冶金及材料研究领域的前沿技术，其生产流程将连续铸造、轧制甚至热处理等整合为一体，省去了再加热和热轧工序。
目前研究最多的是双辊式薄带连铸技术[1]。
1双辊薄带铸轧工艺及特点双辊薄带铸轧是将液态钢水直接铸造薄带材的技术，它将液态钢水直接浇铸成厚度在5mm 以下的薄带坯，经过在线一机架或两机架热轧机轧制成薄钢带，经冷却后卷曲成带卷。
轧制过程中使用两个铜制、水冷反向旋转的轧辊，将钢液均匀注入上述两棍中间，钢水接触轧辊后开始凝固，随轧辊的转动向下运动，逐渐形成一个连续的片材，此钢带在通过夹送辊和热轧机架的过程中厚度尺寸不断减少，最终达到设计尺寸，再经过水喷雾冷却降低至卷取温度。
薄带铸轧工艺大幅度缩短热轧带钢的生产流程，是目前流程最短的热轧带钢生产技术。
典型生产线由钢水包、中间包、等径铸辊、夹送辊、在线轧机、层流冷却装置、分段飞剪、卷取机等主要设备组成（见图1）。
1.1.双辊薄带铸轧技术由两支轴线相互平行，以相反方向旋转的结晶双辊薄带铸轧技术李嘉牟1摘要：介绍双辊薄带铸轧技术的特点，工作原理，产品规范，以及技术发展的过程，重点介绍几条经典双辊薄带铸轧生产线的工艺流程及主要产品，指出双辊薄带铸轧技术的发展方向。
关键词：双辊；薄带；铸轧中图分类号：TG335文献标识码：A文章编号：1673-3355（2019）03-0001-06Double-Roll Strip Roll-Casting Technique Li JiamuAbstract:The paper explains the feature,working concept,product specification and technical development of the double-roll strip roll-casting technique as well as the process flow and product mix of several typical double-roll strip roll-casting production lines,and prospects the developing trend of the technique.Key words:double roll ；strip ；roll-casting10.3969/j.issn.1673-3355.2019.03.0011.一重集团大连工程技术有限公司工程师，辽宁大连116600图1双辊薄带铸轧工艺示意图辊与置于结晶辊两端的陶瓷侧封板构成熔池，形成一个移动式的结晶器，结晶辊通冷却水进行冷却。
冷热板带轧机轧辊技术参数介绍
冷热板带轧机轧辊技术参数介绍轧辊是轧钢生产中一项大宗的消耗备件，它直接或间接地对轧材的尺寸精度和表面质量产生影响。
不同类型轧机决定了使用轧辊的类型不同，轧制不同钢种的钢材、轧机不同机架、轧钢工艺规程设计等因素对轧辊特性又提出了不同的要求。
轧辊的材质选择和科学的技术条件设计是充分发挥轧辊使用性能的基础。
1.3.2.1轧辊材质的分类：目前轧辊主要材质有：半钢、合金铸钢、整体铸钢、复合铸钢、高铬钢、高铬铁、无限冷硬铸铁（高镍铬）、整体Cr系锻钢、高速钢等等1.3.2.2不同机架轧辊材质的选择依据①、立辊大立辊的主要功能是侧压除磷、定宽轧边，在有侧压的情况下轧辊的选用，除了考虑轧辊的抗热烈性能，还要考虑有一定的强度要求，这种情况下选用铸铁辊满足不了要求，因为立辊对钢材表面影响小，对抗粗糙抗磨损的要求不十分严格，因此大立辊的材质选择多数为合金铸钢、合金锻钢或半钢。
小立辊仅是起一个平整带钢侧边，并使钢材对中，限制跑偏的作用，有时也有一定的压下量，要求小立辊有一定的抗扭曲和弯曲强度，并保持很好的耐磨性能，一般的都选用半钢轧辊，一般情况下习惯上都推荐155CrNiMo牌号，硬度控制在40-48HS。
②、四辊粗轧机工作辊四辊轧机因有支承辊的存在，降低了对轧辊强度的要求，轧辊在使用过程中的主要考虑耐磨性、抗热疲劳裂纹性、抗事故性。
不同的轧辊选材，其使用性能也各有不同，早期多以合金半钢辊为主，目前基本选用高铬钢轧辊，个别厂家采用高速钢轧辊也取得了较好效果。
现普遍采用的高Cr钢材质，含Cr在10%以上，采用离心复合铸造，经高温热处理，硬度通常控制在68HSD以上。
具有较高的综合机械性能，碳化物呈M7C3型，具有非常高的显微硬度。
因此具有很好的耐磨性、抗热裂性，并且使用过程中辊面形成非常致密而不易脱落的氧化膜，进一步提高耐磨性。
高Cr钢轧辊材质碳化物不呈大块状，含碳量比高Cr铁低很多，因此无需特殊水冷。
高速钢轧辊为当前应用于板材轧制的新品种轧辊，在高Cr钢轧辊材质基础上，进一步降低C、Cr合金元素，减少组织中网状碳化物，提高辊面抗热裂性，同时加入、增加Mo、V、W等合金元素，使组织中含一定量点块状、高显微硬度的M2C、MC型碳化物，轧辊耐磨性进一步增强。
热等静压高速钢复合轧辊的特点和性能
钢 轧机 中轧 、 轧机 组 获得应 用 。 精
（） ２ 外层 可用 高合 金化 的 粉末 高碳 高速 钢 ， 至 甚
收 稿 日期 ： ０ ８ ０ ～ ９ ２ ０— ２２
作 者 简 介 ： 巍 （９ ４ ）男 ， 级 工 程师 电话 ：０ ５ ５ １ ８ ９ 曾 １６ 一 ， 高 （２ ）１ ９ ８ ９
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量， 加热 炉 外 的隔热 层用 于保 护容 器壁 。
应 用粉 末冶 金技 术 中喷 雾制 粒 与热 等静 压 的配
合工艺， 生产 的高速 钢 较 之 传 统 方 法 生产 的钢 材 具
有 许 多优 点 ， 优 良的 机加 工 性 能 、 性 、 度 和 热 如 韧 硬
处 理后 的形 状稳定 性 。应 用 ＨＩ Ｐ工艺 生 产 的高 速 钢 轧辊 ， 与相 同成分 的铸 造 高速 钢轧 辊 相 比 ， 碳化 物更
１ ～１ ） 并 使 处理 后 的材料 仍保 持 细 晶粒 的晶 Ｏ／ ５ ， ／ ｏ 体 结 构 ， 而 显 示 出热 等静 压 技 术在 粉 末 冶 金 方 面 从 的优势 。 等静 压装 置 配备有 一 高压 容器 ， 热 并用 高 压 惰 性气 体作 用 于加 工件 的表 面或 装满 粉末 的包 套 表 面 。炉 体 内 的电阻 加热 炉提供 热 等静 压所 必需 的热
第４ 期
曾
巍： 热等静压高 速钢 复合轧辊 的特 点和性能
邢机用高新技术打造精品轧辊
产 业 之 光
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员队 伍 ，涌 现 了 一 批学 科 带 头 人 ，他们 有 同 时也 赢 得 了职 工 的信 任 。 的工 作 在生 产 一 线 ， 的 工作 在 科 研 部 门 、 有
张 的 情况 下 ，毅 然 拿 出大 量 的 资金 用于 专
以促 进 企业 技 术 进 步 ， 高 市 场竞 争 实 力 为 目的 ， 的需 求 变 化和 我 国加 入 ＷＴＯ 的挑 战 ，及 时瞄 准 提
邢 机 用 高 新 技 术 打 造 精
坚持 高 标 准 、 高起 点 致 力研 制 开 发 “ 技 术 、高 和 跟 踪 世 界 轧机 及轧 辊 发 展 方 向 ， 断调 整 产 品 高 不
７米 龟美 国铁 本 公 司 生 的 复 合 铸 钢 支出 轧 辊内 直 ５ 是是 为 恐毽 ！ 产 企司 ．的国 。 思） 生产 承 。 最大 径轧辊， 品重５．吨， 一达 该产 一 １ … 直径 ５
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４ 科 学 中 国 人 ２０ ０ ０ ２年 第 １ Ｏ期
购 的 ＣＳＰ用 高速 钢 轧 辊刚 刚 发 货 ， 为宝 钢 生产 的 始 为宝 钢 、邯 钢 等 国内 重 点 钢铁 企 业 供 货 。 高 速 钢 轧辊 又 走 上 了生 产 线 。据 统 计 ，今 年 前五
常 年 坚 持不 懈 的 科 研 攻 关 、 术进 步不 仅 为 技
个 月 邢机 集团 的 产 品品 种 多 达 １ Ｏ多 项 ，其 中 高 邢机 创 造 了 宝 贵 的财 富 ， ８ 而且பைடு நூலகம்锻 炼 培 养 出 了一 支 新 技 术 产 品 已 占到 总 产 值 的 ８ ４ ％ ， 比去 年 增 素 质 高 、能 力强 、作 风 过 硬 、忠 诚 企 业 的科 技 人 ５． ４
轧辊材质选用
101合金冷硬铸铁轧辊合金冷硬铸铁轧辊（辊环）是利用铁水自身的过冷度和模具表面激冷，同时添加Ni、Cr、Mo合金元素的办法制造的一种铸铁轧辊，辊身工作层基体组织内基本上没有游离态石墨，因而其硬度咼，具有优良的耐磨损性能。
此类材质可用静态复合浇注工艺生产大型规格轧辊，使辊身具有高的硬度而辊颈具有高的强韧性，表现出良好的热稳定性和抗事故性。
化学成分（％）物理性能用途承制范围102合金无界冷硬铸铁轧辊合金无界冷硬铸铁轧辊（辊环），以其工作层中有细小的石墨析出物为特征而区别于冷硬铸铁轧辊。
石墨均匀分散在整个辊身截面，其数量和尺寸随深度而增加。
本公司提供的合金无界冷硬铸铁轧辊，由于添加了锰、铬、镍、钼等合金元素，加上少量细小石墨的存在，不仅提高了轧辊的抗剥落性、抗热裂性和抗磨损等性能，而且辊身工作层具有较小的硬度落差。
表面的微细石墨孔隙还能改善轧辊的咬入能力。
合金球铁轧辊合金球墨铸铁轧辊（辊环），以基体组织中的石墨呈球状为特征，通过调整镍、铬、钼合金元素和特定的热处理制度，可以制成普通球墨铸铁、大型合金球墨铸铁、珠光体球墨铸铁和针状球墨铸铁不同系列的轧辊（辊环）。
这些产品具有良好的强度、高温性能和抗事故性能，工作层硬度落差极小。
104高镍铬无界冷硬铸铁轧辊高镍铬无界冷硬复合铸铁轧辊是采用离心或全冲洗方法制造的高性能轧辊，通过提高镍、铬、钼等合金元素的含量，获得高的组织、碳化物显微硬度；配合特殊热处理得到组织均匀、致密及硬度落差小的工作层；同时含有少量游离石墨，从而具有良好的耐磨损性、抗热裂、抗剥落及抗压痕性能。
外层厚度可适应需要而调整，芯部采用韧性灰口铸铁或高强度球墨铸铁，使芯部及辊颈具有满意的强韧性。
使用中充分水冷是必要的。
HS90_______ __ ________ I- _________ j …■■ ■1；:距表面距离（m m）用途：热带连轧精轧后段工作辊炉卷轧机工作辊宽、中厚板轧机粗轧、精轧机架工作辊高速线材轧机预精轧辊环热带（板）四辊平整机工作辊、支撑辊，横有色金属板材轧机工作辊切平整辊105高铬复合铸造轧辊高铬复合轧辊工作层含有6~22%勺铬合金，芯部为高强度球墨铸铁。
轧辊
工作辊材质的选择要考虑以下几个方面：（1）板坯厚度大，轧辊必须具有较好的咬入性。
（2）板坯温度高，轧制速度较慢，轧件和轧辊接触时间较长。
轧辊必须具有较好的抗热裂性、抗热疲劳性。
（3）工作辊直径大（Φ1210/1110mm）、辊身长度大（5050mm），承受的轧制力高，主电机带动工作辊传动。
要求轧辊有较高的抗断裂性，轧辊辊身和辊颈必须有较高的强度。
（4）高的轧制温度也要求轧辊具有高温耐磨性。
（5）由于粗轧和精轧在同一机架完成，所以既要考虑到粗轧时轧件厚度大，宽度小，轧辊所受冲击大，轧辊使用面积少，轧件与轧辊间易出现打滑等。
也要考虑精轧时，轧件宽而长，轧辊使用面积大。
同时，单机架四辊轧机，在轧制低合金专用钢和高强度品种钢时，要采用控制轧制和控制冷却技术，通常进行交叉轧制，轧制温度低，轧制力大。
要求轧辊具有耐磨性好、抗热裂性好、耐表面粗糙能力好、强度高、对热的敏感低等性能。
传统的四辊精轧机，往往是前面有一架粗轧机（二辊、三辊或四辊）。
粗轧用四辊轧机工作辊通常采用高镍铬无限冷硬铸铁轧辊。
近年来，开始使用高铬铸铁轧辊，这种轧辊组织中碳化物含量较高，摩擦系数小，硬度高，耐磨性能优良。
但对热的影响十分敏感，易打滑，而且出现卡钢等事故时形成的热裂纹较深。
而精轧机轧辊工作条件相对较好，热影响及机械冲击也小，选择材质时主要考虑耐磨性和耐表面粗糙能力,保证钢板表面质量。
5m宽厚板四辊轧机的粗轧和精轧都是同样的轧辊来完成。
经过多年的实践，同时考虑到其他新开发新品种如高速钢轧辊等价格昂贵等因素，5m宽厚板轧机的工作辊采用高镍铬无限冷硬铸铁轧辊。
这种轧辊多采用立式离心复合铸造而成。
由于外层镍、铬、钼等合金元素的作用，珠光体转变推迟，因而铸态下的组织为贝氏体+马氏体残奥+碳化物+短片状石墨。
经过热处理后的组织为贝氏体+少量马氏体残奥+碳化物+短片状石墨。
轧辊心部组织为贝氏体+片状石墨或珠光体+少量碳化物（+牛眼状铁素体）+团球状石墨。
变质处理铸造高速钢研究的进展
化 物量增 加 ，基体 中碳 量 降低 ，使 高 速钢 的红硬性 和切 削性 能 下降 。
Ｈ．Ｓ ｎ ｂ ｒ 研 究 表 明 ，随着 Ｔｉ 人 量 的 ３ ６ ＭＰ ａｄ ｅ ｇ的 加 ４ ０ ａ和 ２ ６ ＭＰ ，冲 击 韧 度 分 别 为 ３ Ｊ ｃ ２ ８０ ａ ６ ／ｍ
增加 ，Ｍ： 速 钢 凝 固 组织 中莱 氏体 量 减 少 ，块状 和 ２ Ｊ ｃ ，硬 度 分别 为 ６ Ｈ 高 １／ｍ ８ ＲＣ和 ６ ＨＲＣ，耐 磨 ３ 碳 化物 增 加 ，当 Ｔ 含 量 达 到 １０ ｉ ． ％以 上 时 ，可基 性相 应为 ４ ｍｌ ２ ｒｉ，这种 钢 可用 于切 削难 加 ０ ｎ和 ５ ｎ ａ
能 ，特别是 冲击 韧 度得 到 明显提 高 ，在实 际工况 下
实现 以铸代 锻 。 １ 变质 处理对 高 速钢 组织 和性 能的影 响 ．
在高 速钢 中加人稀 土元 素进行 变 质处 理 ，能 改 善 高速钢 铸锭 的铸 态组 织 ，从而 改善 高速钢 的热 塑
性 。一 些 研 究 指 出 ，在 Ｗ１ Ｃ ４ 高 速 钢 中 加 入 ８ ｒＶ
由于 高速 钢 中含 有 较多 的合金 元 素 ．合金 变形抗 力 ＭＣ和 ＴＣ之 间 的 晶格 错配 度 很 小 ，ＴＣ可 以作 为 ｉ ｉ 大 ，锻造 加工 工艺 复杂 ，材 料利 用率 低 ，锻造 高速 ＭＣ碳 化 物形 棱 的有 效 异 质核 心 ，因此 可 促使 ＭＣ
钢成本 高 ，因而其 应用受 到 限制 。
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高速钢轧辊的铸造技术 摘要：铸造高速钢轧辊最早是在19世纪80年代末90年代初期开始使用，因其极低的磨损率和出色的轧钢表面质量深受轧钢厂家的青睐。近年来，我国好多轧辊厂家也都相继开发并生产出了高速钢轧辊，并在热轧带钢、线棒材轧机上得以应用，并取得了较好的效果，但在其制造和轧钢过程中产生的一些问题阻碍了高速钢轧辊的普及。问题主要有：制造过程中的轧辊内部高应力导致轧辊断裂，结合层缺陷导致的轧辊工作层剥落、在轧制过程中易产生辊面热裂纹及轧制冲击力造成的辊面破裂，轧制摩擦力增加等。本篇文章将主要描述高速钢轧辊的冶金特性及其在制造和轧钢过程中产生的一些问题及解决办法。 关键词：高速钢轧辊；磨损率；断裂；摩擦系数
The Casting Tecnology of High Speed Steel Rolls DONG Jun ， ZHANG Xiu Qin (Tang shan zhong da mechanical roll Ltd ) Abstract: High Speed Steel (HSS) rolls were first used in the late 1980s and early 1990s. The combination of extremely low wear rates and excellent surfaces were very desirable for rolling mills.in recent years,many rollmakers in china have also produced some High Speed Steel rolls and used well in hot strip mill and hot bar mill. There were, however, problems associated with the use of these rolls that slowed the rate of general acceptance. These were high manufacturing stresses leading to catastrophic failures, spalling from bond defects and mill problems connected to higher rolling friction and hot cracks and Spalling generated in the rolling process. This chapter will describe the metallurgy of HSS rolls and how it influences manufacturing and mill problems.
Key words: High Speed Steel (HSS) rolls; wear rates; Fracture; Friction coefficient 高速钢轧辊的定义 高速钢轧辊与工具钢轧辊在使用上非常相似。高速钢一般定义为高速切削时具有保持硬度能力的工具钢。作为轧辊工作层材质在热轧时具有高的红硬性、高的耐磨性，高速钢轧辊中的碳元素以及其它形成碳化物合金元素的含量一般都大于15％，而在工具钢轧辊中则小于15％。一个更加科学的定义为高速钢轧辊是在热处理回火过程中能表现出显著二次硬化的工具钢。 化学成分及机械性能 高速钢轧辊与其它类型轧辊的化学成分见表一。
表 一
类型 C Si Mn Ni Cr Mo W V Nb Co 高速钢 1.4-2.2 0.5-1.5 0.1-1.0 0.3-1.2 4.0-8.0 2.0-6.0 0-5.0 4.0-7.5 0-4.0 0-5.0 高铬铸铁 2.4-2.9 0.3-1.0 0.8-1.5 1.0-2.0 16-22 .0-20 —— —— —— ——
高镍铬钼无限冷硬铸铁 3.1-3.5 0.5-1.0 0.5-1.0 4.0-5.0 1.0-2.0 0.2-0.6
高速钢轧辊与其它类型轧辊的主要性能比较，见表二。 表二 轧辊材质 硬度（HSC） 抗拉强度（MP） 抗压强度（MP） 断裂韧性（MP.M-2） 耐磨性比较 弹性模量/×103MP 高速钢 80-90 700-900 2500-3200 25-28 4-5 230 高铬铸铁 70-90 650-800 1700-2200 21-34 1-2 220 高镍铬钼 75-85 400-600 1900-2500 18-25 1 170
碳化物形态 高速钢轧辊中的碳化物强烈影响轧辊性能。其碳化物主要有两种类型：一是一次结晶碳化物，二是热处理回火过程中产生的二次碳化物。一次结晶碳化物的尺寸和分布主要取决于钢水的凝固环境和碳化物形态。一次碳化物的类型主要取决于钢的化学组成，V、Ti、Nb在足够浓度下通常形成MC型碳化物，Mo、W形成M2C和M6C型碳化物，较高的C和V能促进M2C型碳化物的形成，而N、Si能促进M6C型碳化物的形成，Cr和Fe能形成M23C6和M7C3型碳化物，后者多发现在高碳成分的合金中。碳含量对碳化物种类和数量的影响见图1[1]。
图1 热处理正火、回火过程中产生的二次碳化物比一次碳化物更加细小，其对轧辊的耐磨性能和摩擦力方面有显著的影响。 高速钢轧辊的金相组织为回火马氏体+少量贝氏体+大量MC, M2C, M6C, M7C3碳化物，其典型的金相组织见下图： 图2 各类型碳化物的硬度比较见表三[2]： 表三 碳化物类型 碳化物组成 硬度（HV）
M3C Fe ( Cr, Mo ) 1100-1350 M7C3 Cr ( Fe, Mo ) 1400-1800
MC TiC 3000-3400 VC 2800-3000 NbC 2200-2500 TaC 1800-2000 M2C MO ( W, V, Cr, Fe ) 1600-2200 M6C W ( Mo, Fe, Cr ) 1200-1800
热 处 理
热处理过程包括奥氏体化、正火、和至少两次回火过程，有时为减少铸造毛坯的铸造应力，毛坯在正火之前进行高温退火，通常条件下，高速钢奥氏体化温度应比凝固温度低20-40℃，对于含碳量较高的高速钢，奥氏体化温度为1120 -1190℃。然而，实际上高速钢轧辊的实际奥氏体化温度为
980-1190℃，这是因为高速钢轧辊的芯部材料通常为球墨铸铁或钢，其熔点较低，且过高的奥氏体化温度会使轧辊辊颈变形。在奥氏体化过程中，一些碳化物溶于基体中，其数量取决于奥氏体化温度。结果，基体中富集了大量的合金元素和碳，在回火过程中二次碳化物的析出和残留奥氏体的转变使高速钢的硬度进一步提高。因为轧辊尺寸的因素，正火速度不可能非常快，因此，在正火过程中就有碳化物析出，这就相当于降低了奥氏体化温度，从而降低了基体硬度。正火的方式要根据轧辊的所需的组织和硬度要求而定，通常采取空冷或喷雾冷却两种方式。实验表明，回火温度低于 350℃高速钢硬度变化不明显，超过475℃,随回火温度升高，硬度升高，并在 525℃达到最高值，继续提高回火温度，硬度降低。二次回火后硬度变化不大，三次回火后，硬度反而降低[3]。 摩擦系数 有报道指出，当高速钢轧辊替代高铬铸铁轧辊使用时，轧制负荷会增加3-30%，对轧制负荷的影响因厂家各异，一些厂家报道说没有增加任何轧制负荷。在通常情况下，轧制负荷的增加是由于高速钢轧辊的摩擦系数高于高铬铸铁造成的。对于高速钢轧辊的摩擦系数增加的解释有好多种，一种解释为是由于基体的先期磨损和硬质碳化物的分离造成的。已经证实提高高速钢轧辊基体组织的热硬性能可降低摩擦系数，可通过加入钴元素和通过热处理回火过程二次硬化提高基体硬度[4]，也可通过增加结晶过程中M2C和M7C3碳化物含量来提高轧辊表面的光洁度，从而减小轧辊表面的摩擦系数。因轧钢过程环境十分复杂（高温、高变形量、磨损和氧化），有好多不确定因素影响轧辊的使用效果，因此对于轧制负荷的增加很难找到十分确定的原因。 氧化特性 用于轧机前架的高速钢轧辊表面的氧化层是轧辊本身氧化造成的。高速钢的化学成分范围较广，其中各化学元素都有着非常不同的氧化特性。V 和Mo的联合使用会显著增加高速钢的氧化倾向，有的情况下后果甚至是非常严重的。 不同化学成分的高速钢的氧化特性可通过其在氧化环境下不同温度下保温恒定的时间，通过测量其重量的增加来评定。高速钢轧辊是唯一可以通过化学成分调整从而改变其氧化特性来适应不同轧机架次的轧辊材质。如热轧带钢轧制过程至少存在三种不同的氧化区域：粗轧架次、F1-F3精轧前架、F4-F6精轧后架，实际生产中要根据轧辊的具体使用架次来选择不同氧化特性的轧辊。 高速钢轧辊与高铬铸铁相比，剥落的轧辊氧化层表面从外观上很相似，但是，高速钢轧辊的氧化层厚度比高铬铸铁轧辊要薄的多，好多轧钢厂家证实高速钢轧辊氧化层表面的光洁度要明显好于高铬铸铁轧辊，高速钢轧辊表面光洁度和耐磨性能的提高改善了轧钢表面质量。 复合高速钢轧辊的结合层质量问题 由于外层高速钢材质与芯部的球墨铸铁或灰铸铁材质的结晶凝固过程存在较大差异，易在结合层部位产生裂纹、夹渣等缺陷，高速钢轧辊生产初期，因结合层质量问题使得离心复合高速钢轧辊的制造非常困难。随着轧辊制造厂家的不断探索和实践，解决结合层凝固问题的新方法不断产生，包括浇入第三层材质作为缓冲层，加强外层钢水的保护、加强停转和填芯温度的控制等使得结合层质量得到了很大提高。图3为结合层良好和有缺陷结合层的图例。
结合良好
结合存在缺陷
图3
制造方法 目前工业生产中较常见的铸造高速钢轧辊制造方法有：离心铸造法、连续浇注外层成形法（简称CPC法）。其中离心铸造法因其工艺装备简单,国内轧辊厂家多采用此种方法。此方法的最大弊端就是在离心力作用下碳化物偏析严重，造成轧辊组织的不均匀，生产中可通过调整合金成分及电磁搅拌的方法来加以解决。CPC法生产的高速钢复合轧辊在日本应用比较广泛，其基本原理是把作为轧辊外层材质的钢水浇注到垂直竖