山钢集团张店钢铁总厂轧钢厂棒材生产线是一条全连续短应力平立交替布置的生产线，年设计生产能力100万t。产品为带肋钢筋和圆钢两个品种。粗轧区轧辊采用镍铬钼球墨无限冷硬铸铁轧辊，中、精轧轧辊均采用镍铬钼球墨无限冷硬铸铁、贝氏体轧辊和部分高速钢轧辊。普通轧辊硬度低，耐磨性差，生产中换槽换辊次数多，产品尺寸、表面质量变化快、不稳定，而高速钢轧辊价格高，使用条件苛刻。轧辊耐磨性问题，一定程度上影响生产的作业率、成材率，制约着产能的进一步提高。特别是棒材线产能提升之后，表现尤为明显。为推广应用新技术、新材料，提升产能，充分发挥该生产线的优势，2011年3月与淄博市正玄机械设备有限公司达成合作协议，利用报废旧轧辊（因直径小报废），加工成高硼合金复合轧辊。
1、工艺流程
生产线主要由步进梁式加热炉、轧线、冷床、精整收集等组成。轧制线有十八架高刚度短应力轧机，均分为粗轧、中轧、精轧三部分，全线采用平立交替布置，其中16、18架轧机为平立可转换轧机；最大轧制线速度18m/s。
生产线平面布置参见原创图1。
2、主要技术研究内容
针对生产中存在的轧槽不耐磨，换槽换辊次数多，产品尺寸、表面质量变化快、不稳定等问题，我们对高硼合金复合轧辊进行了研究分析。
针对生产中存在的轧槽不耐磨，换槽换辊次数多，产品尺寸、表面质量变化快、不稳定等问题，我们对高硼合金复合轧辊进行了研究分析。
高硼复合轧辊由芯轴与辊套两部分组成，其中芯轴采用无损伤的报废轧辊，辊套采用高硼合金钢。在正常使用过程中，辊套不发生破裂、窜动、松动等现象，辊套工作层在使用中无明显硬度落差，过钢量基本一致。轧辊加工性能及使用同贝氏体基本一致，无特殊要求，单槽平均过钢量达到原来的2.5-3倍。
高硼合金复合轧辊与贝氏体轧辊化学成分比较、组织比较和性能比较分别见表1-3。
表1 高硼合金复合轧辊与贝氏体轧辊化学成分比较
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轧辊
|
化学成分,%
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|||||||||
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材质
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C
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Si
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Mn
|
Ni
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Cr
|
Mo
|
W
|
V
|
Nb
|
Cu
|
|
高硼钢
|
1.6-2.0
|
0.3-1.0
|
0.3-1.0
|
|
4.0-8.0
|
3.0-7.0
|
1.0-5.0
|
3.0-7.0
|
0-5.0
|
0-5.0
|
|
贝氏体
|
2.9-3.6
|
0.8-2.5
|
0.4-1.2
|
1.01-2.0
|
0.3-1.2
|
0.2-0.8
|
|
|
|
|
表2 高硼合金轧辊与贝氏体轧辊组织比较
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名称
|
碳化物
|
抗拉强度
|
硬度
|
耐磨性
|
|
|
类别
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面积，μm
|
尺寸，μm
|
MPa
|
HSD
|
比较
|
|
高硼钢
|
7-15
|
＜100
|
700-900
|
80-90
|
4-5
|
|
贝氏体
|
30-40
|
200-500
|
400-600
|
70-78
|
1
|
表3 高硼合金轧辊与贝氏体轧辊性能比较
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断裂韧性
|
耐热冲击性
|
抗热裂纹性
|
磨损量
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摩擦系数
|
耐粘结率
|
|
|
|
KIC，MPa.m
|
Ts，℃
|
裂纹长度，mm
|
裂纹数目，条
|
W，mg
|
μ
|
%
|
|
高硼钢
|
26.7
|
425
|
2.3
|
64
|
38
|
0.32
|
180
|
|
贝氏体
|
16.8
|
375
|
3.5
|
80
|
194
|
0.22
|
140
|
高硼合金复合轧辊具有较高的硬度和良好的耐磨性，比普通材质轧辊可提高产量3-4倍，大大减少换辊时间。高硼合金复合轧辊材质膨胀系数大，导热性能好，较高的热稳定性，生产过程中轧槽变化小，孔型尺寸的一致性保持时间久，有利于稳定螺纹钢负公差和圆钢表面质量。高硼合金复合轧辊具有良好的淬透性，从辊身表面到工作层内部的硬度几乎不降，确保轧辊内外有共同的耐磨性，轧辊重修次数是普通轧辊的3倍，减少轧辊消耗，提高成材率、作业率和产能。
3、应用效果
3.1、提高了生产能力
单槽轧制量是普通轧辊的3-4倍，K1机架轧槽每班更换一次，大大减少了换辊换槽占用的时间，提高了轧机作业率，生产更稳定。
3.2、提高了成材率
轧辊重修次数是普通轧辊的3倍，螺纹钢负公差更稳定，圆钢表面质量更好。表4是高硼合金轧辊和贝氏体轧辊用于K1机架使用效果比较。
表4 高硼合金轧辊和贝氏体轧辊用于K1机架使用效果比较
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产品规格
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螺纹16
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圆钢22
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||
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轧辊
|
高硼钢
|
贝氏体
|
高硼钢
|
贝氏体
|
|
轧辊磨损量,mm
|
0.2
|
0.7
|
0.2
|
0.9
|
|
单槽轧制量,mm
|
1000
|
300
|
2000
|
700
|
|
平均负差率,%
|
-4.6
|
-4.0
|
|
|
轧辊重修次数是普通轧辊的3倍，螺纹钢负公差更稳定，圆钢表面质量更好。表4是高硼合金轧辊和贝氏体轧辊用于K1机架使用效果比较。
高硼合金复合轧辊的断裂韧性、耐热冲击性、抗热裂性及粘结性均高于贝氏体轧辊，而其磨损量仅为贝氏体轧辊的1/5。且价格只为高速钢轧辊的1/2。再加上高硼合金轧辊的基本组织由稳定、高硬度的马氏体构成，以及良好的淬硬、淬透性，轧辊整个工作层里外耐磨性都是一致的。高硼合金复合轧辊应用后，效果非常显著。