半钢轧辊

20世纪40年代末，美国冶金学家研究开发了碳含量介于铸铁和铸钢之间的轧辊新材料，称之为“ADAMITE”，其碳含量在1.3%－2.2%范围内，力学性能处于钢和铁之间。它既具有铸钢轧辊的高强度和韧性，又兼有铸铁轧辊的良好耐磨性，国内通称为“半钢”。当半钢轧辊的碳含量大于1.8%时，又称之为高碳半钢轧辊。

碳含量小于1．8%的半钢轧辊含有铬、镍、钼等合金元素，它的显微组织为回火索氏体，其基体上分布着细粒状及棒状碳化物，其硬度范围在 HS 35－55之间。随着碳含量的增加，半钢轧辊的组织中出现了越来越多的共晶碳化物。

依据轧辊用途调整半钢轧辊的碳含量、合金元素含量，配合相应的热处理工艺，控制得到不同的基体、碳化物含量及形态的半钢轧辊组织，以适应不同轧机的使用要求。因此，半钢轧辊材质已经发展成为系列材质，适用于不同类型轧机的使用要求。

半钢轧辊辊身工作层的碳化物含量、形态分布沿辊身半径方向变化很小，它突出的性能特点在于轧辊使用层内硬度降落很少，适合于开孔型较深的大中型型钢轧机中轧机架、钢坯连轧机轧辊，采用预开孔型热处理工艺生产型钢半钢轧辊使用效果更好。

半钢轧辊还广泛用于小型型钢棒线材粗轧机架；热带连轧机4辊粗轧、精轧前架工作辊、小立辊。热轧中窄带钢精轧支撑辊等。

半钢轧辊大多采用静态整体铸造方法生产，2002年国内开发试制出了离心复合半钢支撑辊，辊身外层为半钢材料，辊身心部和辊颈为球墨铸铁材料，并成功地应用于热轧中宽带钢精轧机组。半钢材质辊环采用离心铸造方法生产，辊环外层为高碳半钢，辊环内层为石墨钢或球墨铸铁材料，在高速旋转的离心机上，分别浇入两种不同材质的钢铁水复合铸造而成

半钢轧辊一定要经过高温扩散退火处理：铬和碳是形成半钢轧辊碳化物的重要元素，从而也是提高轧辊耐磨性的重要元素。但是由于轧辊凝固是一个非平衡过程，固溶体从钢液中结晶是一个选分结晶过程，因而在半钢轧辊铸态组织中存在着严重的铬偏析。奥氏体晶界处为富铬区、富碳区，二次碳化物会在此处析出并形成网状，这种碳化物对轧辊的组织性能破坏很大。因此要消除轧辊凝固偏析所造成的铬偏析，必须要对半钢轧辊进行高温扩散退火处理。

非金属夹杂物对半钢轧辊组织的影响：钢液中存在大量的高熔点非金属夹杂物时，易形成伪共晶碳化物核心，在凝固过程中析出的共晶或伪共晶碳化物优先长大，而且极易形成大块碳化物，巨大的渗碳体易成为热龟裂的发生点，并起加速裂纹扩展的作用，非金属夹杂物的存在将使半钢轧辊的断裂韧性值和塑性指标降低。所以，半钢轧辊一般要求将非金属夹杂物总量控制在0.05%以下。

a、半钢轧辊抗热裂性能差，对冷却水要求较高，孔槽底部冷却水量少，容易形成热裂纹，应调整冷却水给水位置和方向，保证充足的冷却水。

b、生产时严格按工艺规程，正确控制压下量，避免轧制黑头钢、冷钢，减少轧制事故，增加辊面粗糙度；轧完高合金钢后，应使轧辊在没有冷却水的情况下空转，进行缓慢冷却，待轧辊温度下降到一定程度时再进行轧制。正确安装导板，并做到经常检查，防止错位。

c、加工车时应将肉眼可见的周向裂纹车削干净，再次上机要进行裂纹检测，确保无残余裂纹。

d、轧辊结构设计上加以改进，合理确定辊环宽度，钢轧辊的辊环宽度一般大于孔型深度的一半；减少辊颈与辊身连接处的应力集中，如加大过渡圆弧半径。

半钢轧辊起源于美国，20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，严重影响轧机效率。为解决这一问题，美国冶金学家研制出兼有铸钢轧辊的高强度和韧性、类似铸铁轧辊的良好耐磨性的半钢轧辊。半钢轧辊在国外被称为Adamite轧辊，20世纪70年代在国外得到广泛的应用，在一定程度上代表r当时轧辊生产的国际水平和发展方向。这种轧辊的碳含量在1.4%～2.4%之间，日本将其归属于铸铁类，称其为“特殊高碳铬镍耐磨铸铁”轧辊；前苏联及东欧将其归属于铸钢类，称其为“过共析钢”轧辊；我国称其为半钢轧辊。半钢中游离碳化物的体积分数约为6%～10%，共析成分以外的碳可以是碳化物或石墨。

以碳化物为主要存在形式的称做半钢，以石墨为主要存在形式的称做球墨铸钢或石墨钢。半钢中常加入Si、Mn、Ni、Mo等合金元素，其加入量根据期望的组织与性能而定。半钢的强韧性接近于钢辊而优于铁辊，其硬度与耐磨性接近于铁辊而优于钢辊，它综合了钢与铸铁两者的优点。

半钢轧辊的另一特点是断面硬度落差小，能切削较深的孔型。半钢轧辊最适于工作繁重的钢坯轧机、大型型材轧机、中型轧机、万能型钢轧机、热连轧粗轧机及热连轧精轧机（前段）等。

近年来，国内也开展了离心铸造半钢复合轧辊的研究，其外层材质的化学成分设计为高碳、中合金钢。这样，可以得到较多的一次碳化物和二次碳化物，可提高辊身的耐磨性。由于半钢与球铁液相线的温度相差很大，如果采用一次复合的方法，在卧式离心机的条件下，因合箱时间的耽搁，填心铁水温度稍低便会结合不好；铁水温度过高，既增加外层钢水回熔，又使心部组织粗大，二者均会降低辊心性能。因此，添加合适的中间层及并控制其厚度，可减少辊身和辊心不同材质之间的线膨胀系数差；可有效防止外层铬等碳化物形成元素凹熔造成的不利影响，从而实现内外层材质的冶金结合。辊心材质选为球墨铸铁，轧辊成分如表1-3所示。

半钢复合轧辊用于本钢1700 mm热轧机精轧前段Fi～F3机架，毫米轧制量为3800 t。 由于半钢轧辊的硬度不及冷硬铸铁轧辊，以及它受热时易膨胀等特点，它一般不用于精轧机及成品机架。半钢轧辊还存在一些问题，如热处理周期长，工艺和生产技术较复杂，质量要求严，硬度与韧性的配合还没有达到更理想的境地，成本较高。自20世纪80年代以来，在许多场合它逐渐被高铬铸铁轧辊和锻造白口铸铁轧辊替代。