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国内外热轧辊材料研究进展 轧辊是轧钢生产中的主要消耗备件之一，轧辊消耗约为轧钢生产成本的5%-15%。如果考虑因轧辊消耗而带来的生产停机、降产和设备维护增加等因素，则其所占生产成本的比重会更高。轧辊质量不仅关系到轧钢生产成本和轧机生产作业率，还在很大程度上影响轧材质量。随着轧钢技术的发展，轧机速度和自动化程度不断提高，对轧辊质量特别是轧辊的耐磨性、强度及韧性等提出了更高的要求。进一步提高轧辊性能以适应轧机的需要，是轧辊研制者面临的新课题。目前，我国轧辊的生产、研究与使用水平，与发达国家相比，仍有相当大的差距。为了满足轧钢生产的实际需要，我国每年都需要花费大量的外汇进口轧辊。如果我国的轧辊消耗能降低30%-40%，不仅能节省大量外汇，而且还可以节省大量的轧辊材料。 改变轧辊材质是提高轧辊性能的重要措施。轧辊材质发展的明显趋势是广泛使用合金元素且逐渐提高合金化程度。如热轧带钢精轧前段由20世纪30年代的高镍铬无限冷硬铸铁轧辊发展到60年代的半钢工作轧辊，70年代开始使用高铬铸铁轧辊和高铬铸钢轧辊，80年代末开始使用高速钢轧辊。冷轧带钢工作辊材质由2%Cr钢发展到3%Cr、5%Cr钢，到了90年代开始使用半高速钢，近来也开始使用高速钢。棒线材和型材轧机轧辊材质也由普通冷硬铸铁、合金球墨铸铁、高镍铬无限冷硬铸铁、高铬铸铁、锻造合金工具钢发展到硬质合金。目前，高速线材轧机和棒材轧机上使用高速钢轧辊也获得了满意的效果。 1热轧辊材料研究概况 热轧生产中，轧辊使用条件非常恶劣，主要是因为热轧辊常与温度高达900-1100℃的轧材接触，辊面温度高达500℃，轧辊使用中除了承受强大的轧制力，辊面受轧材的强力磨损外，在高温的作用下，辊面易产生氧化，氧化膜易脱落，加剧轧辊的失效。此外，轧辊还反复被轧材加热及冷却水冷却，经受温度变化幅度较大的激冷激热，产生很大的热应力，逐渐导致热疲劳裂纹的产生，热疲劳裂纹在轧制力的作用下不断扩展，最终导致轧辊表面破裂甚至剥落，促进轧辊失效。热轧辊除了应具有高的耐磨性和强韧性外，还应具有优良的抗氧化能力和抗热疲劳能力。 随着热轧技术的发展，热轧辊材料也在不断地改进和发展，从早期使用的冷硬铸铁轧辊，发展到半钢轧辊，高铬铸铁（钢）和高速钢轧辊。早期使用的冷硬铸铁轧辊以M3C型碳化物为主，如Fe3C等。后来加入合金元素铬、镍等，碳化物形态仍以M3C为主，变化不大，呈网状分布，但碳化物由Fe3C变成了（Fe，Cr）3C，硬度提高，而且轧辊的基体组织由珠光体变成了马氏体和贝氏体，耐磨性明显提高。在轧辊中进一步提高铬含量，碳化物由M3C转变M7C3型为主，如（Fe，Cr）7C3等，硬度提高，形态明显改善，由网状分布变成菊花状分布，轧辊冲击韧性和断裂韧性大幅度提高，使用性能明显改善。进入20世纪80年代末期，引入铸造高速钢制造轧辊引起了世界各国轧辊研制者的重视，目前正在研制及迅速推广的高速钢复合轧辊，组织主要由MC型和M6C型碳化物以及在高温下有较高硬度的基体组织构成。 2无限冷硬铸铁轧辊的发展 早在20世纪初，普通无限冷硬铸铁轧辊已在热轧带钢轧机上广泛应用。无限冷硬铸铁轧辊介于冷硬铸铁和灰口铸铁之间，与冷硬铸铁相比，铁水中含硅量较高（0.7%-1.6%），无限冷硬铸铁轧辊组织中除含有与白口铸铁中相近似数量的碳化物和莱氏体外，还存在均匀分布的石墨。无限冷硬铸铁轧辊中还常常加入不同含量的Cr、Ni和Mo等合金元素，随着Cr、Ni和Mo含量的增加，其硬化层深度增加。无限冷硬铸铁轧辊组织中含有较多的碳化物，具有较好的耐磨性；在基体组织中均匀分布的少量细小石墨，起到了松弛机械应力的作用，有利于减轻辊身表层的剥落缺陷；石墨本身具有良好的导热性能，在轧钢过程中，轧辊表面受热冲击时，石墨起缓冲热应力的作用，有利于防止热裂纹的产生。此外，辊身表面由于石墨脱落形成细小孔穴，改善轧辊的咬入性能。 无限冷硬铸铁轧辊由于硬度高、硬度落差小及良好的抗热裂性，在轧钢生产中得到了广泛的应用，世界各国热连轧机精轧机架上普遍使用无限冷硬铸铁轧辊。近年来，为了提高无限冷硬铸铁轧辊的耐磨性，开发了改进型无限冷硬铸铁轧辊，其主要特征是在轧辊中加入高温下形成高硬度MC型初生碳化物的合金元素，加入合金元素还具有改善枝晶组织形态和尺寸的作用，其耐磨性比普通高镍铬无限冷硬铸铁轧辊提高20%以上，抗热疲劳性能也明显提高。改进型高镍铬无限冷硬铸铁轧辊目前仍存在高温热稳定性低、高温耐磨性差和淬透性低的不足，进一步提高改进型高镍铬无限冷硬铸铁轧辊的淬透性和高温耐磨性，将成为轧辊研究者不断探索的新课题。 3半钢轧辊的发展 半钢轧辊起源于美国，上世纪40年代末期，热轧带钢连轧机在美国迅速发展，当时，轧机的精轧前段使用的是合金冷硬铸铁轧辊，带钢表面出现大量的“斑带”缺陷，严重