不銹鋼板帶卷取機的鑄鐵夾送輥應用研究

許 鐘，劉永雄，鐘 杰，吳樹森

（1.廣西北港金壓鋼材有限公司壓延廠，廣西 北海 536017；2.華中科技大學材料學院，湖北 武漢 430074）

0 引言

卷取機是帶鋼熱軋制后成卷的終端設備，在各種規(guī)格材質熱軋帶鋼生產線上處于最末端的位置。卷取機的持久技術精度直接決定于鋼板的質量及成材率，而構成卷取機的關鍵部件是上、下夾送輥，它們是成對使用。夾送輥在卷取設備中受到鋼板的高溫、高壓、高速、劇烈磨損的組合作用下，更容易產生磨損、龜裂、掉塊等失效方式，而夾送輥的失效嚴重影響鋼板的質量，以及卷取設備和生產線的工作周期，夾送輥的結構及輥面耐磨性是提高夾送輥使用壽命及維持夾送輥長久精度的關鍵。

許多熱軋帶鋼生產線的夾送輥采用國外引進技術或國內主要制造商的設備，夾送輥為空心結構，由輥筒、主軸等組成，卷取鋼板主要依靠輥筒。目前一般都是采用碳鋼或合金鋼制造，并在輥筒表面堆焊耐熱鋼或硬質合金，以達到耐熱、耐磨的目的[1，2]。然而，堆焊的鋼質夾送輥容易粘鋼，嚴重影響鋼板質量，且鋼質輥筒容易受到鋼板的沖擊而受損，因此夾送輥的壽命低，更換頻繁。特別是在卷取不銹鋼時，更容易產生粘鋼等缺陷，因為不銹鋼板的卷取溫度更高、鋼板更薄，而且合金元素的含量高。

用國內近期新開發(fā)的鑄鐵夾送輥來取代傳統(tǒng)的堆焊夾送輥，在不銹鋼板壓延線上進行全部都是不銹鋼板帶的卷取，以研究鑄鐵夾送輥卷取不銹鋼板的效果、經濟效益等。

1 離心鑄造的鑄鐵夾送輥及其安裝使用

傳統(tǒng)的堆焊合金鋼夾送輥的表面在使用過程中經常發(fā)生局部粘鋼現(xiàn)象，如圖1 所示。發(fā)生粘鋼后，若未及時發(fā)現(xiàn)并打磨消除，將在鋼板表面留下劃痕或鑿傷，造成鋼卷批量降級或叛廢。

圖1 傳統(tǒng)堆焊夾送輥的輥筒表面局部粘鋼現(xiàn)象

傳統(tǒng)堆焊夾送輥經常發(fā)生粘鋼的主要原因是，在鍛鋼輥筒的表面堆焊的是不銹鋼或高合金鋼，而軋制的板材也是鋼材質。在一定的溫度下受外力擠壓，兩種物理性能相似的材料產生粘連，引起粘鋼。因此，堆焊夾送輥產生粘鋼，是因為鋼-鋼材質矛盾，是固有的設計缺陷。粘鋼，是技術問題，而不是管理問題。堆焊夾送輥粘鋼是世界性難題。本研究采用新型的合金鑄鐵夾送輥替代傳統(tǒng)的堆焊合金鋼夾送輥。圖2 為新制的鑄鐵夾送輥（上輥），上夾送輥構造包括輥軸、左擋板、右擋板、固定塊以及輥筒（離心鑄造）。下夾送輥的結構與上輥相似。與傳統(tǒng)堆焊夾送輥的主要不同是輥筒材質為合金灰鑄鐵。

圖2 離心鑄造的鑄鐵輥筒及其夾送輥照片（圖示為上夾送輥）

合金鑄鐵的主要化學成分為：C2.9% ～4.0%，Si1.2% ～2.0%，其余為Mn、Mo、Ni、Cr、Nb 等合金元素[3-5]。鑄鐵輥筒的直徑為904 mm，長度1780 mm。輥筒采用離心鑄造方法，將感應電爐熔煉后的鑄鐵液澆注入離心鑄造模具內，澆注溫度1370 ℃，冷卻后獲得輥筒毛坯。然后，在初加工后，經過淬火及回火熱處理，合金鑄鐵輥筒的最終微觀組織為，在索氏體或馬氏體基體上分布著片狀石墨及碳化物（白色顆粒），如

圖3 合金鑄鐵的金相組織（4%硝酸酒精腐蝕）

鑄鐵輥筒的主要性能指標為：外圓柱面硬度是HS62～70（或HRC46～52），硬度層深度是單邊25 mm深度處硬度至少有HS62（或HRC46）。要求有很好的硬度均勻性。抗拉強度：σb≥380 MPa；沖擊值≥20J。

廣西北港金壓鋼材有限公司壓延廠自2021 年開始使用鑄鐵夾送輥，取得了很好的使用效果。該公司生產多個不銹鋼品種，包括200 系、300 系、400 系、TN 系和S 系等涵蓋工業(yè)、軍工和食品等多領域高端系列不銹鋼產品。鑄鐵夾送輥已實現(xiàn)多品種、多規(guī)格不銹鋼板卷取的全覆蓋。

2 結果及分析

2.1 粘鋼性及廢卷率

鑄鐵夾送輥卷取不銹鋼板時幾乎完全不粘鋼，卷取鋼板的表面質量好。圖4 所示為在線使用的鑄鐵夾送輥，在線使用3 個月后，表面仍然十分光亮、平滑，沒有粘鋼現(xiàn)象。此外，采用鑄鐵夾送輥后鋼卷（圖5）卷形好，斷面平整。這主要是因為鑄鐵夾送輥的表面磨損均勻，輥形保持一致的時間長，夾送鋼板受力均勻，所以鋼卷卷形好。

圖4 在線的鑄鐵夾送輥

圖5 鑄鐵夾送輥夾送后卷取的鋼卷

若發(fā)生粘鋼后，將在鋼板表面留下劃痕或鑿傷，將二者發(fā)生的比例定義為廢卷率。目前為止，鑄鐵夾送輥的廢卷率為0。但是，2021 年1 月～8 月使用傳統(tǒng)的堆焊夾送輥，車間已經有約100 卷因鑿傷而降級或叛廢，廢卷率為0.13%左右（表1）。不僅影響生產計劃，也造成很大的經濟損失。

表1 兩種夾送輥因粘鋼產生廢卷對比

新開發(fā)的鑄鐵夾送輥消除了粘鋼，主要原因是鑄鐵夾送輥的母材是灰鑄鐵，與夾送輥卷取的鋼板屬于不同類型的材料，鐵與鋼具有不同的物理性能，兩者不會粘連。圖6 所示為鑄鐵夾送輥的片狀石墨組織的金相照片，在基體上分布著大量的片狀石墨。石墨與鋼鐵的親和力差，不易粘連，且石墨有自潤滑作用，使其具有非常好的自然抗粘鋼性能，并減小摩擦，提高耐磨性。

圖6 鑄鐵夾送輥的片狀石墨組織（未腐蝕）

2.2 使用壽命分析

統(tǒng)計現(xiàn)場更換夾送輥的頻率及每次的過鋼量來進行比較，原有堆焊夾送輥的更換頻率大約為單次30 天/次，過鋼量15 萬t/次。新的鑄鐵夾送輥的更換頻率為單次90 天/次，過鋼量45 萬t。因此，新的鑄鐵夾送輥在機時間長，減少更換時間，更適合生產使用。此外，鑄鐵夾送輥在第一次3 個月后可以下機修磨輥形，可以繼續(xù)上機使用，直到輥徑磨損到極限尺寸為止，然后可以更換上新的鑄鐵輥筒，其他部分不用更換。鑄鐵夾送輥大約可以修磨35 次。因此，鑄鐵夾送輥的使用壽命要優(yōu)于堆焊夾送輥。

鑄鐵夾送輥耐磨性好、過鋼量大的原因有以下幾個方面：一是基體的硬度高（62～70HSD），耐磨性好；二是鑄鐵組織中除了基體和石墨組織，在基體上還分布著一些高硬度的碳化物顆粒，如圖4 中隱約可見的暗色顆粒。這些耐磨化合物顆粒的硬度更高（1500 HV），抗磨損[6-7]；三是鑄鐵中的石墨有潤滑作用，減小摩擦力，降低磨損率。

2.3 經濟效益分析

使用鑄鐵夾送輥的經濟效益顯著，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）消除或減少由于夾送輥粘鋼造成的次品和廢品，效益顯著。傳統(tǒng)的堆焊夾送輥經常發(fā)生表面局部粘鋼現(xiàn)象，在鋼板表面留下劃痕或鑿傷，造成鋼卷批量降級或叛廢。而新的鑄鐵夾送輥完全消除了粘鋼引起的鋼板缺陷，由此帶來的經濟效益顯著。例如，2021年1～8 月因粘鋼引起鋼板表面劃痕及鑿傷達100 卷，若僅按照降級處理計算，每噸售價減少300 元，則直接降級損失為：300 元/t×20 t/卷×100 卷=60 萬元。若計算全年的損失更大（見表1）。因此，采用鑄鐵夾送輥的直接經濟效益很大，遠高于購買新的鑄鐵夾送輥的價格。

（2）無偏磨，延長夾送輥在線工作時間。由于鑄鐵夾送輥的輥筒采用離心鑄造工藝鑄造，材質十分均勻，很少產生堆焊夾送輥因硬度不均勻產生的偏磨現(xiàn)象。偏磨使輥形發(fā)生變化，達到一定程度就必須下機重新修磨輥形。因此，鑄鐵夾送輥無偏磨，保持輥形的時間長，則在線工作時間長，如前述的鑄鐵夾送輥在本公司的在線時間超過3 個月，高于堆焊夾送輥的1個月。

（3）工作層厚度更大，壽命更長，性價比更高。傳統(tǒng)的堆焊夾送輥的堆焊厚度有限，一般為10 mm 后。而鑄鐵夾送輥的工作層厚度可以達到20 mm ～25 mm。因此鑄鐵夾送輥的壽命更長、性價比更高。

（4）減少停機、換輥時間，增加產量由于鑄鐵夾送輥的在線工作時間長，就大大減少了停機換輥的時間，在相同時間內產量增加。而堆焊夾送輥在3 個月內需要更換3 次，每次更換需要停機5 ～6 h。按目前產能500 ～550 t/h 計算。產量受損2500 ～3300t/次。

3 結論

（1）采用新型的鑄鐵夾送輥代替?zhèn)鹘y(tǒng)的堆焊合金鋼夾送輥，消除了粘鋼現(xiàn)象，不銹鋼板的卷取廢品率大幅度降低。

（2）鑄鐵夾送輥消除了粘鋼的主要原因是鑄鐵夾送輥的母材是灰鑄鐵，與夾送輥卷取的鋼板屬于不同類型的材料，鑄鐵中的石墨與鋼鐵的親和力差，不易粘連，且石墨有自潤滑作用，提高耐磨性。

（3）鑄鐵夾送輥的工作層厚度大，使用壽命長，停機換輥時間減少，經濟效益顯著。