High Chromed Roll For Steel Pipe, Profiled Bar
国家冶金行业生产力促进中心高铬辊推广中心
山东省四方技术开发有限公司
The Popularization Center of High Chromium Alloy Roll of Productive Force Promotion Center of National Metallurgical Industry
Shandong Sifang Technology Development Co., Ltd.
袁厚之
Yuan, Houzhi
摘要：高铬合金（铸铁、铸钢）在国外属于第三代耐磨材料。使用寿命：是GCr15、3Cr2W8V的3倍、Cr12的2倍，达到和超过美国、日本、德国轧辊的水平。完全可以做钢管、型钢矫直辊和24″直缝焊管、500mm方矩管等大型轧辊。
Abstract: High Chromed Alloy (casting iron and casting steel) belongs to 3rd generation wear resistance material. Its life is 3 times as long as GCr15 and 3Cr2W8V, 2 times as Cr12. Its performance and life can reach rolls made in USA, Japan and German. It can make Steel Pipe, Profiled Bar and 24” butt welded pipe and 500 rectangular tubes.
一、概述
1、轧辊是轧钢生产中最主要的工艺件，由它直接接触轧件进行轧制，完成轧制过程的基本工艺——金属塑性变形。工作机座的其他部件，都是为了安装、支撑、调整和更换轧辊以及引导轧件正确进出轧辊而设置的。
轧辊质量的好坏直接影响着钢材的质量和产量。轧辊经常在高温、高压、激冷和冲击等恶劣条件下工作，因此对轧辊性能（主要是强度、表面硬度、耐磨性、耐热裂性、耐剥落性）有较严格的要求。
2、矫直辊是钢材生产中不可缺少的工艺备件。其寿命高低直接影响钢材的质量和产量。钢材在生产中为了最后获得平整的板材和具有正确几何形状的型材和管材，一般都要经过矫直机矫直，目前大量采用的是辊式矫直机。
根据矫直不同品种、规格的钢管或型材，矫直辊表面要加工成一定孔型。矫直时，孔型表面与钢管或型材直接接触，在压应力的作用下，承受滚动和滑动摩擦，在热矫时还要承受激冷激热的影响。
3、冷弯型钢（辊弯型钢）是经过若干机架中不同孔型的轧辊逐渐弯曲制成的。冷弯型钢（包括焊管）轧辊的寿命高低、质量好坏直接影响冷弯型钢（包括焊管）的产量和质量。
4、高铬合金（铸铁、铸钢）在国外属于第三代耐磨材料。三十年代就应用于轧辊。高铬辊美国、德国和日本在大轧机上早已采用。
二、高铬辊与普通辊的不同
- 化学成分不同
- 国内外冷弯型钢、焊管轧辊的化学成份举例（wt %）
生产国 | 材 质 | 化 学 成 分（%） | 用 途 | |||||||
C | Si | Mn | Cr | Ni | Mo | V | Co | |||
中 国 | GCr15 | 0.95～1.05 | 0.15～0.35 | 0.20～0.40 | 1.30～1.65 | ≤0.30 | 成型辊 定径辊 | |||
9Cr2Mo | 0.80～0.95 | ≤0.40 | ≤0.40 | 1.30～1.70 | 0.40～0.60 | 成型辊 定径辊 | ||||
Cr12 | 2.0～2.3 | ﹤0.40 | ﹤0.40 | 11.5～13.0 | 成型辊 定径辊 | |||||
Cr12MoV | 1.45～1.70 | ﹤0.40 | ﹤0.40 | 11.0～12.5 | 0.40～0.60 | 0.15～0.30 | 成型辊 定径辊 | |||
3Cr2W8V | 0.30～0.40 | ﹤0.40 | ﹤0.40 | 2.2～2.7 | 0.20～0.50 | W :7.5～9.0 | 挤压辊 | |||
美国 | D2 | 1.40～1.60 | 0.30～0.5 | 0.30～0.50 | 11.0～13.0 | 0.70～1.20 | （0.8） | (0.6) | 成型辊 定径辊 | |
H 13 | 0.32～0.42 | 0.8～1.0 | ≤0.40 | 4.5～5.5 | 1.10～1.75 | 0.60～1.0 | W：1.0～2.4 | 挤压辊 | ||
日本 | SKD－11 | 1.4～1.6 | ＜0.40 | ≤0.60 | 11～13 | 0.8～1.20 | 0.20～0.50 | 成型辊 定径辊 | ||
SKD－61 | 0.32～0.42 | 0.80～1.20 | ≤0.5 | 4.5～5.5 | 1.0～1.5 | 0.8～1.2 | 挤压辊 | |||
德国 | X165Cr MoV12 | 1.55～1.75 | 0.25～0.40 | 0.20～0.40 | 11.0～12.0 | 0.5～0.7 | 0.10～0.50 | W: 0.40～0.6 | 成型辊 定径辊 | |
X155Cr VMo121 | 1.50～1.60 | 0.10～0.40 | 0.15～0.45 | 11.5～12.5 | 0.6～0.8 | 0.90～1.10 | 成型辊 定径辊 | |||
意大利 | K12 （X210Cr13KU） | 1.9～2.3 | ≤0.40 | ≤0.50 | 12.0～14.0 | 0.15～0.20 | 成型辊 定径辊 | |||
KTB (X 35C r M o 05KU ) | 0.32～0.38 | ≤1.20 | 0.60 | 4.5～5.5 | 1.0～1.50 | 0.3～0.50 | W: 1.0～1.6 | 挤压辊 | ||
- 国内外钢管矫直辊化学成分举例（Wt%）
生产国 | 材 质 | 化 学 成 分（%） | |||||||
C | Si | Mn | Cr | Ni | Mo | V | Co | ||
中 国 | 9CrSi | 0.85～0.95 | 1.20～1.60 | 0.30～0.60 | 0.95～1.25 | ||||
9Cr2 | 0.80～0.95 | ≤0.40 | ≤0.40 | 1.30～1.70 | |||||
9Cr2Mo | 0.80～0.95 | ≤0.40 | ≤0.40 | 1.30～1.70 | 0.40～0.60 | ||||
9Cr2MoV | 0.80～0.95 | ≤0.40 | ≤0.40 | 1.30～1.7 | 0.40～0.60 | 0.15～0.30 | |||
Cr12MoV | 1.45～1.7 | ﹤0.40 | ﹤0.40 | 11.00～12.5 | 0.40～0.60 | 0.15～0.30 | |||
美 国 | D2 | 1.40～1.60 | 0.30～0.5 | 0.30～0.50 | 11.0～13.0 | 0.70～1.20 | （0.8） | (0.6) | |
D3 | 2.00～2.35 | 0.25～0.45 | 0.24～0.45 | 11.0～13.0 | （0.8） | （0.8） | W：0.75 | ||
D5 | 1.40～1.6 | 0.30～0.5 | 0.30～0.5 | 11.0～13.0 | 0.70～1.20 | （0.8） | 2.50～3.50 | ||
日本 | SKD－11 | 1.4～1.6 | ＜0.40 | ≤0.60 | 11～13 | 0.8～1.20 | 0.20～0.50 | ||
德国 | X165CrMoV12 | 1.55～1.75 | 0.25～0.40 | 0.20～0.40 | 11.0～12.0 | 0.5～0.7 | 0.10～0.50 | W: 0.40～0.6 | |
X155CrVMo121 | 1.50～1.60 | 0.10～0.40 | 0.15～0.45 | 11.5～12.5 | 0.6～0.8 | 0.90～1.10 | |||
- 从以上表可以看出，高铬辊不同于世界各国现用辊的化学成分。它具有高碳、高铬、高镍、高钼的特征。
2、金相组织不同
高铬辊的铸态组织，基体为奥氏体和少量马氏体，碳化物主要为M7C3型，形状为颗粒状、块状、条状，分布比较均匀，不呈网状。这种组织宏观硬度为HRC45～50，有较高的冲击韧性，显微硬度碳化物（M7C3）Hm1422～1813，基体Hm426～467。
高铬辊的淬火组织，基体为马氏体加少量奥氏体，一次碳化物更趋孤立，呈颗粒状、块状、条状。在原奥氏体上析出二次碳化物呈细小颗粒状，这种组织宏观硬度升高为HRC55～65，冲击韧性略有下降。显微硬度碳化物（M7C3）Hm1350～1760，基体Hm839～1000。
普通材料轧辊用合金锻钢淬火后，芯部是珠光体，淬火层是马氏体，碳化物主要为M3C型，显微硬度为Hm 800～900。
合金锻钢的耐磨相—M3C型碳化物的显微硬度明显低于高铬辊耐磨相—M7C3型碳化物的显微硬度。
3、工作层硬度不同
高铬辊工作层硬度无落差。
高铬辊的硬度是靠其化学元素的合金化形成的，而且有很好的淬透性。经特殊的热处理，不但使耐磨性提高，而且里外硬度一致，且产品质量稳定，不会因使用磨损后产生硬度降低而导致其使用寿命降低。
普通合金锻钢的硬度是靠表面淬火形成的，淬火后其冲击韧性大大降低。合金锻钢的淬火深度有限，形成的高硬度工作层较薄且不易均匀，质量不稳定。淬火后表面与内部硬度变化很大，超出了该淬火层，硬度便大大降低。合金锻钢辊因磨损后硬度降低，导致其使用寿命逐渐降低，一次不如一次。进口合金锻钢辊同样存在这种不足。
4、耐磨性能不同
相同硬度的高铬合金辊比合金锻钢辊尤其是GCr15、9CrSi、9Cr2辊耐磨的多。
材料的耐磨性不仅取决于它的宏观硬度，而且也取决于它的强韧性，而硬度和强韧性是由材料的基体和碳化物的类型、数量、形状、分布状态等微观组织决定的。材料的硬度决定了金属对其表面变形的抵抗能力，但是同样硬度的不同材料，有的就容易产生磨粒的剥落，即形成磨屑，有的就不易形成，这是由材料的强韧性决定的。对于相同硬度的材料，强韧性高的更耐磨。由于热处理后的高铬辊与热处理后的普通辊相比，前者的碳化物硬度高、基体强韧性能好，因此高铬辊更耐磨。
5、焊接性能不同
冷硬铸铁的白口层和合金锻钢的淬硬层很难焊接，焊补后很容易剥落。美国《焊接手册》指出：“白口铸铁硬而脆，在常规条件下是不可焊接的”，美国ohio州钢铁研究公司指出：“……热轧辊材质是白口铁，焊接是无效的”。
本材料焊接性能优良，可用常规方式对铸造缺陷进行焊补或将本材料与其他可焊材料如20#、45#40Cr等钢材焊为一体。
6、适应的工作环境不同
中国GCr15、9CrSi、Cr12MoV、美国D2、日本SKD11、德国X155CrVMo121作为冷作模具钢制成的辊仅适用于冷状态下工作，而高铬辊既适用于冷状态下也适用于热状态下。所以既可以做成型辊、定径辊又可以做挤压辊，既可以做冷矫直辊又可以做热矫直辊。同时在冷、热状态下都保持了高耐磨性能。
3Cr2W8V、H13等做挤压辊解决了热状态的问题而忽略了耐磨性能。
7、使用后轧辊表面、钢材表面不同
原锻钢辊使用后表面粗糙、有划痕容易造成钢材划伤及粘钢。高铬辊在使用过程中越用越光滑，生产的钢材表面也光亮，大大提高了产品的质量。
8、性能价格比不同
国际品质、国内价格
性能及使用寿命达到美国、日本、德国轧辊的水平。价格高于GCr15、9CrSi、低于Cr12MoV、低于3Cr2W8V、更低于进口辊。
三、应用
- 应用于无缝钢管和焊接钢管矫直辊达到和超过德国X155CrVMo121和X165CrMoV12使用寿命和技术水平。目前国内天津无缝钢管公司、宝钢钢管分公司、攀成钢、鲁宝等国内80%大型无缝钢管厂都已应用。
- 应用于H型钢和热轧普通型钢矫直辊， 国内莱钢、首钢、安钢等厂已采用，是国内同类产品的5-10倍。
- 应用于冷弯型钢和焊管轧辊达到和超过美国D2、H13，日本SKD－11，德国X155CrVMo121的使用寿命和技术水平。国内汉口轧钢厂、宝钢集团上海钢铁工艺研究所、广州钢管厂、上海佳艺冷弯型钢厂、浙江金州集团等十几个厂家已采用，使用寿命是国内同类产品的2-5倍。完全可以制作24″直缝焊管和排辊成型500mm方矩管轧辊。在今年投产的上海钢铁工艺研究所排辊成型的500mm方矩管上使用，在上海中油天宝钢管公司ERW24”直缝焊管机组上使用均取得很好的效果。
四、小结
《高铬轧辊》已通过山东省科技厅鉴定：国内首创、国际先进；
《高铬矫直辊》已通过冶金部鉴定：国内首创、国际先进；
已授权发明和实用新型两项专利；
使用寿命：是GCr15、9CrSi、9Cr2、9Cr2MO、9Cr2MOV的2-3倍、3Cr2W8V的3倍、Cr12的2倍，达到和超过美国、日本、德国轧辊的水平。
已列为国家火炬计划项目；
被评为国家优秀新产品。
作者：袁厚之 总经理 研究员
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