锻钢冷轧工作辊冶金质量剖析与电渣工艺改进.pdf
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1、第 44 卷第 6 期2023 年 12 月Vol.44.No.6December 2023特殊钢SPECIAL STEEL锻钢冷轧工作辊冶金质量剖析与电渣工艺改进霍振全1,杨立锋2(1 邢台德龙机械轧辊有限公司技术质量部,邢台 054000;2 邢台技师学院基础部,邢台 054000)摘 要:对锻钢冷轧工作辊的冶金质量缺陷的夹杂物超标、碳化物偏析及表面随机缺陷(DRS)三个典型问题进行深入研究和剖析。通过采用改进电渣密封罩和电渣气氛保护,氧浓度在0.001 0%左右,夹杂物超标率降低4%5%;通过电渣水冷强化对水质和进水温度的改善,控制进水温度1535,进回水水温差45,液析碳化物偏析合格率
2、接近100%;通过电渣锭细长化改变电渣锭的规格,表面随机缺陷DRS合格率由85%提升至92%,冷轧工作辊冶金质量得到有效改善。关键词:冷轧工作辊冶金质量;电渣气氛保护改进;电渣水冷强化改善;电渣锭细长化改变DOI:10.20057/j.1003-8620.2023-00068 中图分类号:TF142Analysis of Metallurgical Quality of Forged Steel Cold Rolling Work Roll and Improvement of ESR ProcessHuo Zhenquan1,Yang Lifeng2(1 Technical Quality
3、Department,Xingtai Delong Machinery Roll Co.,Ltd.,Xingtai 054000,China;2 Basic Department,Xingtai Technician College,Xingtai 054000,China)Abstract:The three typical problems of metallurgical quality defects of forged steel cold rolling work rolls,including inclusion exceeding the standard,carbide se
4、gregation and surface random defects(DRS),were thoroughly studied and analyzed.By adopting the improved ESR sealing cover and atmosphere protection,the oxygen concentration was around 0.001 0%,and the inclusion exceeding rate was reduced by 4%-5%;Through the improvement of water quality and inlet wa
5、ter temperature by water cooling strengthening of electric slag,achieving a control range of inlet temperature of 15-35,inlet and outlet water temperature difference of 4-5,and a qualified rate of liquid carbide segregation was close to 100%;The specification of the ESR ingot was changed by the elon
6、gation of the ESR ingot,the DRS qualification rate for surface random defects has increased from 85%to 92%,and the metallurgical quality of the cold rolling roll is effectively improved.Key Words:Metallurgical Quality of Cold Rolling Work Roll;Improvement of ESR Atmosphere Protection;Perfected of ES
7、R Water Cooling Strengthening;Change of ESR Ingot Elongation锻钢冷轧工作辊是冷轧机的主要消耗部件,其质量的好坏,尤其是冷轧工作辊冶金质量,对冷轧板材的质量、成本、产量起着非常重要的作用。随着国内经济的飞速发展和经济转型,汽车、家电等行业所需要的冷轧薄板用钢对质量要求越来越高,轧机所用的冷轧辊材料更新换代速度加快,因此对冷轧工作辊的冶金质量提出了更高的要求。锻钢冷轧工作辊最初是基于 GCr15 型轴承钢(含 1.0%C 和 1.5%Cr,对应美国钢号 AISI52100)材质中演化而来1,文中冷轧辊化学成分依据 锻钢冷轧辊辊坯(GB/T
8、 155472012)标准2选择MC5(对应牌号9Cr5Mo1V),化学成分见表1。成熟的制造流程为冶炼浇注电渣重熔锻造成型锻后热处理粗车加工双频淬火热处理最终加工。其中冶炼浇注、电渣重熔和锻造成型是影响锻钢冷轧工作辊冶金质量的主要工序环节。主要针对锻钢冷轧工作辊冶金质量中非金属夹杂物、液析碳化物和表面随机缺陷三个方面进行剖析,深入地进行定性和定量分析,从电渣重熔气氛保护改进、凝固水冷强化改善和锭型细长化改表1MC5锻钢冷轧工作辊用钢的化学成分(质量分数)Table 1Chemical composition of forged steel MC5 for cold rolling work
9、rolls%C0.700.90Si0.250.65Mn0.500.80Cr4.505.50Ni0.300.50Mo0.200.40V0.050.15作者简介:霍振全(1971),男,本科,高级工程师;E-mail:;收稿日期:2023-04-2712第 6 期霍振全等:锻钢冷轧工作辊冶金质量剖析与电渣工艺改进变,针对性地进行电渣工艺改进,改善提高冷轧辊冶金质量。1锻钢冷轧工作辊冶金质量的剖析锻钢冷轧辊在生产制造中,需要进行非金属夹杂物和液析碳化物检测,并按照相关标准进行分级和评定2-4,即冷轧工作辊产品的主要技术指标。冷轧工作辊在以上的基础上又增加了辊身表面不允许有表面缺陷5,为冷轧辊制造厂家
10、及冷轧辊用户检测主要项目。表面随机分布的细小缺陷(A Small Defect on a Randomly Distributed Surface,简称DRS)通过表面波探伤检测评定。解剖用冷轧辊的工艺制造流程:30 t EAF 初炼+45 t LF/VD 精炼模铸(G=10 t)电极锭(直径 750 mm)10 t ESR(直径 950 mm/1 000 mm电渣锭)45MN 锻造压机(冷轧辊直径 470 mm,辊身长度1 780 mm)粗加工检测非金属夹杂物和液析碳化物最终加工辊身表面波检测DRS。1.1锻钢冷轧辊中非金属夹杂物锻钢冷轧辊在轧制过程中主要承受弯曲载荷、扭转载荷,并受到冷轧坯
11、料的冲击,受力情况复杂,基体的冶金质量至关重要,尤其是与非金属夹杂物有关的钢的洁净化。从生产流程溯源主要发生在铸造电极锭和电渣重熔两个冶炼过程。铸造电极锭(直径750 mm)沿径向方向解剖,进行夹杂物演变规律研究,发现电极锭的夹杂物颗粒较大,且呈尖角状居多,如图1(a)所示。电渣锭(直径 950/1 000 mm)沿径向解剖,夹杂物数量和大小显著减少,颗粒明显减小弥散化,形貌呈圆角状居多,经过电渣重熔渣洗后的夹杂物形貌,如图1(b)所示。对电渣重熔后的 DS 类单颗粒球形夹杂物(Selected Area 1)做扫描电子显微镜(SEM)能谱(EDX)元素定量定性分析,如图2所示,主要有O、Mg
12、、Al、Ca等元素,构成钙铝酸盐(CaO+Al2O3)和镁铝尖晶石(MgO+Al2O3)非金属类化合物,为典型的氧化物夹杂。经研究证明6-7,经过电渣重熔后夹杂物总体含量明显下降,大颗粒夹杂物数量和尺寸显著降低,重熔前后夹杂物类型没有变化,但含Al球形夹杂物占比增加。生产实践表明8,电渣重熔后钢中的O 含量有所增加,与钢中的 Al 生成钙铝酸盐(CaO+Al2O3),成为其他类别夹杂物的吸附核心,造图1DS夹杂物形貌和大小:(a)电极锭(500),(b)电渣锭(500)Fig1 Morphology and size of DS inclusions:(a)electrode ingot(50
13、0),(b)electroslag ingot(500)图2电渣锭DS类夹杂物扫描电镜能谱分析:(a)SEM图,(b)Spot 1的EDS图 Fig2 SEM analysis of DS inclusions of ESR ingots:(a)SEM,(b)EDS of Spot 113第 44 卷 特殊钢成夹杂物超标。电渣重熔过程中的气氛保护,可以降低和减少氧化性气氛和氧势,是防止电渣重熔后夹杂物再生和聚集长大的主要措施。1.2锻钢冷轧辊中液析碳化物锻钢冷轧辊液析碳化物超标是一种典型的组织缺陷,造成冷轧辊组织异常,生产制造中,易产生淬火裂纹开裂事故;上机服役后,显著降低冷轧辊的耐磨性和疲劳
14、极限。由于液析碳化物常见于辊身工作层与芯部的过渡层,随着工作层不断的消耗磨损,聚集的液析碳化物会逐渐出现。由于碳化物的硬度和耐磨性高于正常组织,轧制辊面以亮斑的形式呈现,影响冷轧钢板的表面质量,同时也是冷轧辊剥落的主要诱因,造成轧辊报废。液析碳化物超标成为冷轧辊制造和使用的主要缺陷,必须从冷轧辊冶金质量入手。经过对超标的液析碳化物进行扫描电镜 SEM分析,能谱(EDS)元素定量定性分析如图3所示,主要是合金元素Cr的成分偏析,形成伪共晶液析碳化物,造成液态凝固过程中元素偏析,为后期的锻造破碎和锻后热处理消除带来较大的困难,最终以液析碳化物的形式沉积到冷轧辊钢中。研究表明9,电渣重熔工序作为改善
15、和消除成分偏析的最后一道冶炼工序,降低重熔过程熔速,增强水冷条件,有利于改善成分偏析问题,也有利于改善液析碳化物。增强电渣的水冷条件,使得钢液更快的凝固,压缩了共晶碳化物析出的时间周期,减少其形成,同时也降低成品共晶碳化物评级和最大碳化物尺寸。1.3锻钢冷轧辊表面随机缺陷DRS冷轧工作辊在冷轧钢板过程中需要不断地消耗辊身工作层,在规定的工作层内任何细小缺陷都对冷轧钢板产生质量影响。辊面随机缺陷DRS主要有裂纹开口型缺陷和以气孔、夹渣等体积型闭口缺陷两大类,除了制造成品磨削和轧制下机磨削产生的开口型缺陷外,其余的均为冷轧辊制造的冶金质量有关。470 mm1 780 mm冷轧辊辊身表面波检测的缺陷
16、波形如图4所示。探伤确定为在距探头检测位置137.11 mm位置,辊身表层2 3 mm深度范围内有缺陷当量DAC+4.8dB反射波,磁粉辅助检测发现辊面存在裂纹磁痕显示。经现场对缺陷处检测,发现存在微观裂纹型开口缺陷。图3冷轧辊中的液析碳化物扫描电镜能谱分析:(a)SEM图,(b)Spot 1的EDS图Fig3 SEM energy spectrum analysis of liquid precipitated carbides in cold rolling rolls:(a)SEM,(b)EDS of Spot 1图4表面微观缺陷(a)和表面波检测波形图(b)Fig4 Surface m
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