防止合金冷硬铸铁轧辊上辊颈裂纹的措施

《现代铸铁》!""#$% 流动，边凝固的条件中长大，因而形成这种组织。 生产中还发现，较高的浇温（如! "## $），只要工 艺合理，并不会形成缩孔缩松缺陷。 % 气体对薄壁球铁铸件缩孔形成的 影响 在球铁铸件缩孔缺陷中，由于气体排放不畅 而形成的气缩孔亦常见。生产实践发现，铸件热节 部位形成的较大型洞 （直径可达& ’’以上），往 往与气体有关。图(所示某铸件本体缩孔缺陷，孔 洞内面光滑，呈脉络状，表层有碳层，能谱分析 为覆膜砂芯中气体挥发后沉积于此。从图)还可以 看出气体进入孔洞的情况。因此，在防止缩孔缺陷 时，应充分注意砂芯及型腔中的排气问题。 参 考 文 献 *!+李庆春,铸件形成理论基础*-+,北京：机械工业出版社,!./0：0"!, *0+张博,球墨铸铁—基础·理论·应用*-+,北京：机械工业出版社， !.//，0：0%.10"%, 图) 砂芯气体进入缩孔形成气缩孔 234,) 567 389:;<384 389= 7>:38?64@ A:=’ B=:@ 68< A=:’384 CD=E>=D@F7>:38?64@ 图( 气缩孔电镜扫描形貌 0##G 234,( HI- ’=:J>=D=4K =A CD=E>=D@F7>:38?64@ 0##G 文章编号L!##%F/%"&M0##%N#!F##&%F#% 防止合金冷硬铸铁轧辊上辊颈裂纹的 李济玉 （上海新沪钢铁有限公司，上海 0###/0） 摘要：针对影响上辊颈热裂纹的主要因素，采用工频炉熔炼铁液严格控制浇注温度和化学成分（质量分数）等相应的措施， 使上辊颈的废品率下降了)#O左右，生产出合格的合金冷硬铸铁轧辊上辊颈铸件。 关键词：冷硬轧辊；上辊颈热裂纹；措施 中图分类号：P50&( 文献标识码：Q &’()*+’) ,- .+’/’0, 1+(23405 -6 7-8 9-:: ;’23 -6 1<4::’= >::-?’= 1(), @+-0 9-::) RS T3FK; （U38>; S:=8 V H9@@D W=, R9<,，H>684>63 0###/0，W>386） >A),+(2,：XBB=:<384 9= 9>@ ’638 A6B9=:7 B6;7384 9=J :=DD 8@B? 9= B:6B?， 7=’@ ’@67;:@7 E@:@ 6<=J9@< 38BD;<384 ’@D9384 3:=8 38 ’638 A:@Y;@8BK 38<;B93=8 A;:86B@，79:3B9DK B=89:=DD384 J=;:384 9@’J@:69;:@ 68< B>@’3B6D B=’J=7393=8，68< 7= =8 , X7 6 :@7;D9，9>@ :@Z@B93=8 :69@ =A 9=J :=DD 8@B? E67 <@B:@67@< CK 6C=;9 )#O，68< 9>@ Y;6D3A3@< 9=J :=DD 8@B? B679384 E67 J:=<;B@<, B’? C-+=)：B>3DD@< :=DD；>=9 B:6B? =A 9=J :=DD 8@B?[ ’@67;:@7 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !"#"$% & $’()%"*+",-(*" 缺 陷 与 对 策 !" 《现代铸铁》!""#$% 低镍铬和中镍铬合金冷硬铸铁轧辊的上辊颈 裂纹长期以来一直存在，有时甚至很严重，对冷硬 轧辊的质量威胁很大。为了减少上辊颈裂纹，曾经 采取过多种防止措施，先后作过许多改进，但都不 能有效地解决这个难题。 ! 上辊颈裂纹产生的原因 %$% 热裂纹的形成 上辊颈裂纹发生在辊身向上辊颈过渡的地 方，离辊身上端"#$!## %%范围内。辊颈裂纹绝大 多数是横裂纹，有环裂和局部裂纹两种形式。裂纹 轻者，在加工时才能发现，如裂纹深度小于加工余 量时，加工时可以去除，如加工后仍留有裂纹则应 报废；裂纹重者，铸态即可见一圈环裂，严重时引 起辊颈断掉。 上辊颈裂纹属热裂纹。当纵向收缩的阻力过 大超过凝固层的强度时，即形成横向裂纹。 %$! 影响上辊颈裂纹产生的主要因素 （!） 化学成分 用化铁炉生产轧辊时，熔 化顺序按轧辊的& ’()*量从低向高安排：冷硬轧 辊，球芯轧辊，球复轧辊，无限冷硬轧辊，球铁轧 辊。为了确保!# +化铁炉第一包铁液出炉温度大 于! "## ,，底焦高度规定为-./ %。由于化铁炉 底焦高，前面几包铁液& ’0*和& ’(*增量都比较严 重，造成合金冷硬铸铁轧辊的& ’0*高达1.234$ 1./#4，& ’(*高达#.!!34$#.!-4，有时甚至高达 #.!1-4。 根据文献5!6，铸铁在综合白口结晶时期，珠光 体前的收缩较大，是形成热裂纹的主要原因之一。 文献5!6提出珠光体前收缩（7）的计算公式如下： 7 8#.9:#.-（& ’0!*;-.3;& ’<*）:#.#1& ’=>*; #.!-（& ’()*:-& ’0-*） 式中：7 ———珠光体前收缩值 & ’0!*———总碳的质量分数 & ’0-*———石墨碳的质量分数 从上述公式中可以看出：由于& ’0*高，7 增 大，裂纹产生的倾向增大。由于& ’(*高会引起凝固 过程中析出的石墨数量减少，因而也使裂纹产生 的倾向增大。因此，冲天炉铁液比反射炉铁液和工 频电炉铁液形成裂纹的倾向大。此外，提高含& ’()*量，则可以减少裂纹产生的倾向。 !993年-月下旬，连续两天发生大批量合金冷 硬轧辊上辊颈裂纹报废，经化学分析，发现合金冷 硬轧辊& ’0*高达".#14$".#24，超出国家标准规 定（-.9#4$1./#4）而全部报废，说明轧辊中& ’0* 高，是造成合金冷硬轧辊上辊颈裂纹的主要因素。 （-）浇注温度 用冲天炉生产轧辊时，前面 第一、二包铁液出炉温度一般偏低，加上前炉和铁 液包温度低，吸热量大，造成铁液浇注温度偏低。 铁液流动性差并使冒口提早凝固结壳破坏了定向 凝固，使裂纹产生的倾向增大。 （1）轧辊的白口层越深，上辊颈裂纹的报废 量越大。这是由于白口的收缩比麻口和灰口的收 缩大之故。 （"）冒口砂型的内壁凹凸不平，阻碍了辊颈 自由向下收缩。 （3）辊身长度（? ）与辊身直径（@ ）之比越 大，上辊颈裂纹的报废率越高。如! 133 %%A! #-# %%轧辊，? B @ 8-./2，上辊颈裂纹的报废率 高达3#4。? B @ 的比值越大，即辊身长度越长，辊 身长度方向的收缩就越大，上辊颈拉裂的几率也 越高。 （C）辊身长度大于2## %%，辊身直径小于 ! 13# %%的细长轧辊，采用辊颈砂芯者，浇毕后 没有拆除垫铁，或砂芯外圆过大，与冷型配合太 紧，失去了辊颈砂芯（浇毕后能下移）减小收缩阻 力的作用。 （2）上辊颈裂纹与生铁的特性有关。我们在 生产过程中经常发现，调换某种生铁时，轧辊就容 易出现裂纹（包括辊身纵裂、上下辊边裂、辊颈裂 等），而调换另一种生铁之后，各种裂纹就随之减 少或消失。可能是由于铸铁组织遗传性的影响，使 轧辊的收缩增大，因而容易引起裂纹。 （/）碲加入量过高，上辊颈裂纹的倾向增大。 在冷硬轧辊中加入碲能增加纯白口深度，缩短麻 口长度，有利于提高轧辊的耐磨性和提高钢材的 表面质量。我厂为了获得比较纯的白口层，每吨铁 液中加/$!- D碲，加入量比国内同行高，因而辊颈 裂纹的报废率也比国内同行高。碲是强烈的反石 墨化元素，由于铁液中加碲量较高，使凝固过程中 析出的石墨数量减少，裂纹产生的倾向增大5!，-6。 收稿日期：-##-;#1;-/ 作者简介：李济玉（!913.!#;），男，高级师，目前从事铸造 轧辊的工艺研究。 !"#"$% & $’()%"*+",-(*" 缺 陷 与 对 策 !" 《现代铸铁》!""#$% 规范行业 提高水平 天津市铸造业即将推行生产许可证制度 根据天津市政府关于落实国务院环保若干问题决定的通知要求，重点整顿天津市水泥、化工、 铸造等行业，以达到天津市环保目标，减少污染，节约能源和提高铸件质量；整顿涉及到新建及变 更企业和原有的老企业，并从铸造工厂所处位置的环境要求、专业化发展要求、产品质量及能 耗指标、劳动保护、劳动卫生、环保等多方面进行考查，工厂应具备必要的管理制度、达到要求的铸 件成品率、最小的年产量及必备的职能人员、职能机构等等，凡经审查合格，并上报天津市工业调 整办公室，批复后发放“铸造生产许可证”。预计这项工作将在 !""# 年初由天津市调办责成天津 市铸造协坐开展。 ! 防止上辊颈裂纹的措施 !$% 适当降低$ %&’和$ %(’量 用工频电炉熔炼铸铁轧辊，根据材料的要求， 严格控制化学成分。把$ %&’ 量控制在#)*"+, #)-*+（比冲天炉下降").*,")!"百分点）。由于工 频电炉没有增硫的作用，冷硬轧辊的$ %(’量一般 都较低（")"/+,")"-+），平均比冲天炉下降*"+ 左右，有利于减少热裂纹的产生。 !$! 严格控制浇注温度 冷硬轧辊的浇注温度根据轧辊的直径而定： 0 1! #2" 33，. !-",. !4" 5，! #2.,-"" 33， . !*",. !4" 5，0 6! -"" 33，. !/" ,. !2" 5。由于工频电炉出炉温度可以严格控制，浇注温 度一般都能达到规定的要求，避免了低温浇注，有 利于减少冷硬轧辊上辊颈裂纹的产生。 !$# 稳定白口深度 根据工频电炉熔炼的特性，通过调整炉料中 的废钢比例、采用增碳剂、铁液进行孕育和脱氧、 严格控制铁液出炉温度和浇注温度，减少碲的加 入量等措施，使轧辊白口稳定，避免过深，减小由 于轧辊白口深对上辊颈裂纹产生的不利影响。 !$& 改用砂型冒口 冒口改用砂型，并限制其使用次数，同时加强 修模质量，保证冒口内壁圆整平直，减小冒口引起 的收缩阻力。 !$’ 采用辊颈砂芯 工艺规程规定辊身长度与辊身直径之比大于 !的细长冷硬轧辊必须使用辊颈砂芯。采用辊颈砂 芯的轧辊浇毕后必须拆除垫铁，使冒口和辊颈砂芯 可以自由向下移动，起到防止上辊颈裂纹的作用。 !$( 冒口加发热剂 轧辊浇毕后，在冒口内加入一定数量的发热 剂，延长冒口保持液态的时间，使冒口缓慢冷却， 达到轧辊定向凝固的目的，也有利于减少上辊颈 热裂纹。 !$) 限制碲加入量 用碲调整白口时，应严格限制其加入量。碲是 十分强烈的反石墨化元素 7.，!8，碲的反石墨化能力 比硼强.2倍，比镁强!#倍，比铬强.!"倍，比钼强 /*"倍7#8。碲加入量过多，石墨化作用下降，在凝固 过程中析出的石墨数量减少，使裂纹产生的倾向 增大，同时会导致冷硬轧辊过渡区域显微组织变 差和力学性能降低。因此，碲的加入量应严格限制， 一般情况下每吨铁液中碲加入量应不大于." 9为 宜。 参 考 文 献 7.8" # $ % & ’( ( ) * + ，著 )王杰，应先，译 )铸造轧辊生产理 论与工艺基础7:8)北京：中国工业出版社，.4-!：2!，!42) 7!8盖绍尔维奇，著)刘世楷，译)铸铁学7:8)北京：机械工 业出版社，.4*2：/*.) 7#8王殿刚，杨和林)铸铁轧辊生产7:8)北京：冶金工业出版社，.422： ;;) !"#"$% & $’()%"*+",-(*" 缺 陷 与 对 策 业 界 信 息 < =>?0@ ABCD>:?=ADB !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! " !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!" ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! " !!