开放性课题研究

① 锻钢轧制工具的材质设计和冶炼技术
锻钢轧制工具的材料特性要求是由其工作条件决定的,所用的材料基本上是在各类工具钢基础上逐步发展演变出来的,主要分为以下几类:热作模具钢,铬系轧辊钢,冷作模具钢,高速钢、半高速钢,锻造半钢等。冷轧辊由于工作时表面受到很高的工件载荷,因此轧辊材质必须具有很高的强度;同时由于工作辊和轧制材料之间、工作辊和支承辊之间,都有相互的摩擦,因此冷轧辊材质必须具有很高的耐磨性能;冷轧辊在使用过程中还经常会遇到轧制事故,因此轧辊材质必须具有较高的抗事故性能;另外轧辊材质还应具有可毛化性、耐腐蚀性能、磨削性能等。在钢管生产过程中,限动芯棒穿入1000℃以上的毛管中,与外部的连轧辊共同作用使管壁轧制变形,因而限动芯棒属于形状特殊的锻钢轧辊产品。重载、高温、摩擦、腐蚀、冷热交变剧烈等工况特点,决定了限动芯棒材料要求很高。目前,轧钢和轧管行业正不断开发新品种,这就要求我们开发出适合钢铁企业个性化需求的锻钢轧制工具,目前冷轧辊材质通常根据材质的含Cr量来分类,分为2%Cr、3%Cr、5%Cr系列等,限动芯棒材质通常以H13为主,怎样根据钢铁企业要求,开发出新的材质,是我们的研究方向。
② 大型锻钢轧制工具高效清洁热处理技术研究
热处理技术是锻钢轧制工具的核心技术,其主要的热处理类型有去应力退火、等温球化退火、扩散退火、正火、回火、淬火、深冷处理等。随着轧辊材质的进步和发展,相应的热处理加热淬火方法也在不断出现,目前轧辊常用的热处理技术包括锻后控冷、球化、调质和淬火等。这些技术都处在一个不断地发展中,其中以轧辊的最终淬火技术最为关键。目前国内外常用的技术包括工频感应淬火、低频感应淬火和双频感应淬火及整体差温加热淬火等。我中心采用的是引进比利时OSB公司技术基础上自主开发的双频淬火技术。国内大部分中小轧辊制造企业采用工频表面淬火,在淬硬层深度和硬度均匀性方面不能符合高档轧机的需求。同时国外轧辊制造企业纷纷采用计算机控制的全自动淬火设备。芯棒目前主要是采用油淬火,油淬火有污染环境,容易引起火灾等危害,目前已成功开发出高效清洁的淬火新工艺。
  • 高精度辊轴加工技术
大型的现代化轧机的发展方向是高速精密,轧制产品愈来愈薄,所以对辊轴的旋转精度要求很高,例如由德国SMS设计的用于轧制汽车板的六辊CVC轧机,整体5.23米长度的跳动度要求小于0.005毫米,有的甚至小于0.002毫米,这样的高精度一方面需要好的设备保证,另一方面,由于轧辊是高碳高铬钢经淬火和低温回火,内应力非常大,所以容易产生各种变形,因而对产品的加工工艺要求很高。大规格限动芯棒工作段最长达18m,最重近20吨,全长直线度要求小于3mm,同轴度要求≤Φ0.2,限动芯棒连接部分采用偏梯形螺纹连接,该螺纹为1:16的锥度螺纹,精度要求高,粗糙度要求Ra0.4um。因此,需加大对高精机加工技术及设备的研发。
④ 产品检测分析技术(包括自动检测及无损检测技术)
锻钢轧制工具一般有重载、高温、摩擦、腐蚀、冷热交变剧烈等工况特点,如目前的五机架连轧机最高轧制速度已达到了40米/秒,轧材屈服强度甚至达到800~1200MP等,因而对轧制工具内在质量要求很高,如芯部的冶金组织、超声波探伤条件等;同时还要求有很好的表面耐磨性、硬度均匀性、抗事故性、可毛化性等。由于采用大型锻件制造,在工程上往往会有一些缺陷,如何检测和分析缺陷的状态和安全性,都需要专业的检测设备和专业人员来完成,同时随着冷轧技术的发展,现代锻钢轧制工具使用中不断遇到新的问题,需要引入和开发相应的检测分析技术。