高铬铸铁轧辊表面氧化膜影响因素的研究

  STEELROLLINGJun2008Vol25安徽工业大学,安徽马鞍山243002)分析研究了高铬铸铁轧辊在不同氧化温度、氧化时间、表面粗糙度和介质条件下的氧化膜形貌,得出高铬铸铁轧辊高的表面光洁度有利于获得均匀致密的氧化膜;随氧化温度的升高和时间的增加,氧化膜不断长大、增厚;高温水蒸气会加速轧辊氧化。并提出应适当调整轧辊冷却条件,使下线左右。关键词:高铬铸铁轧辊;氧化膜;温度;时间中图分类号:G33317文献标识码:文章编号:1003-9996(2008)03-0034-04ResearchInfluenceFactorsSurfaceOxideFilmHighChromiumCastIronRolWANGXiaojian,DONGHanjun,ZHANGHuiechnology,Maanshan243002,China)Abstract:morphologyssurfaceoxidefilmhighchromiumcastirdifferentoxidaiontemperature,oxidationtime,surfaceroughnessdifferentmediumconditionserestudiedscanningelectronmicroscope(SEM)meticulousoxidefilmcanobtainedundergoodsurfaceroughnessoxidefilmcontinousincreasedwitoxidationtemperaturetimeincreasedMeanwhile,coolingconditionshouldoffworkingshould60~65Keywords:highchromiumcastironrolls;oxidefilm;temperature;time收稿日期:2007-11-06作者简介:江苏如东人,高级工程师,硕士研究生。前言高铬铸铁轧辊在热轧过程中辊面与高温带钢接触将形成一层氧化膜,这种氧化膜具有降低轧辊摩擦系数、减少辊耗的作用。然而,只有辊面形成连续、致密、均匀、粘结性好的氧化膜,才能发挥其降低辊耗的优势。事实上,轧辊氧化膜有一个形成、长大、剥落的过程,这与轧辊摩擦、冷却、磨损等紧密关联,随着轧制时间的增加,氧化膜不断长大增厚,加之交变轧制剪切应力等作用,生开裂、剥落、再氧化,从而造成辊面粗糙并影响带钢表面上的质量。本文通过一系列分析高铬铸铁工作辊氧化膜的形貌,并结合现场实际提出轧辊氧化膜形貌改善和控制的建议。试验材料与方法试验材料取自高铬铸铁工作辊,金相组织为碳化物+马氏体+残余奥氏体,化学成分见表1。NiCrMo25202700采用3种试验方案,将高铬铸铁试样放入电阻炉中加热、缓冷后,采用飞利浦XL30扫描电镜观察试样表面氧化膜形貌。方案1:将分别在200500目砂纸打磨的试样,在电阻炉中580保温60min;方案2:将500目砂纸打磨的试样,电阻炉中580各保温180min;方案3:模拟现场水气环境,500目砂纸打磨的试样放在58010min循环其中加热保温时间约9min,喷水冷却时间约1min。辊面形貌观察采用现场体视显微镜数码拍照系统,拍摄下线后轧辊的辊面氧化膜形貌,并在下线min内测量辊身轴向温度分布。为不同粗糙度试样加热到580、保温180min的氧化膜形貌。试样表面粗糙时,首先沿磨痕方向主要生成长条形氧化膜(氧化膜优先生成部位与金相组织和碳化物分布无对应关系。试样表面光洁时,明显观察到氧化膜的选择性生成,图1b中深色部分为氧化膜很薄、不易氧化的碳化物(浅灰色部位为优先生成一定厚度氧化膜的基体(。可见,基体优先发生选择性氧化,而碳化物氧化速度很慢,这是由于碳化物中含有较多的抗氧化性合金元素。此外,样试验条件下,粗糙试样表面氧化膜明显更粗大、疏松和厚一些。可见,试样表面光洁度越高,形成的氧化膜分布越均匀、致密,这与吸附在试样表面的氧浓度分布有关。为不一样的温度下试样的氧化膜形貌。580氧化比较缓慢,有明显选择性氧化,氧化膜较致密,氧化物颗粒细小(化速度加剧,试样表面被氧化物全部覆盖,选择性氧化痕迹不明显,但氧化物颗粒明显长大,在基体上优先形成的氧化物随时间的延长,尺寸较碳化物上稍后形成的氧化物颗粒粗大、疏松,易发生氧化膜开裂现象(图2b)不一样的温度下试样表面的氧化膜形貌试验温度/时间:温度下不同氧化时间试样的氧化膜形貌。氧化初期首先在基体发生选择性氧氧化物颗粒细小均匀,形成比较致密、与基体粘接良好的Fe氧化膜。随着氧化时间的延长,一方面碳化物表面也发生氧化,表面覆盖一层致Cr2O3氧化膜,同时还会发生置换反应:2Cr3FeO!Cr2O3Fe,形成单一的Cr2O3氧化膜。完整致密的Cr2O3氧化膜形成后,氧化速度开始变慢。氧化180min基体局部氧化膜已明显长大、增厚,并伴随氧化物颗粒长大,出现疏松瘤状氧化物(图3c)。随着氧化时间进一步延长,高铬铸铁轧辊表面氧化膜影响因素的研究化膜长大应力不间断地积累,疏松氧化膜与基体之间发生氧化,局部氧化膜开裂、剥落,见图3d。580温度下不同氧化时间试样表面的氧化膜形貌氧化时间/min:时不同氧化介质条件下的氧化膜形貌。高温喷水循环氧化条件下,氧化膜的颗粒明显粗大,说明高温水蒸气中有氧化加快趋势,而且发现粗大疏松的氧化膜有明显剥落现象。文研究表明,Fe13Cr合金在980、水蒸气含量为2%的氧气中时,氧化速度加快,形成厚的氧氧化膜由多层组成,分别是Fe2O3Fe3O4水蒸气会造成氧化膜隆起,并发生开裂和剥落。而干燥气氛下形成的具有保护性的氧化膜由Cr2O3、Fe2O3O3组成。为现场高铬铸铁辊面中部氧化膜形貌的典型照片。据统计表明,F1辊面氧化膜质量明显优于F2、F3氧化膜均匀致密,未发生剥落现象;F2辊面氧化膜产生周向疲劳裂纹,并有微区点状氧化膜剥落现象;F3辊面出现氧化膜脱落、粗糙现象。经分析,这与轧辊温度有关,F1月出版温度呈中部最高、边部逐渐降低的趋势,温差均在20以上,说明辊身中部和边部冷却不均匀,当增加辊身中部冷却水。不同机架间辊面最高温度差也较大,F1辊面最高温度为65左右,F2辊最高温度为72左右,F3辊面最高温度为77左右,这与每个机架轧辊的转速、加速轧制升温和轧制长度有关。综合分析辊面氧化膜形貌和辊身温度可见,辊身温度与氧化膜形貌存在较好的对应关系,辊身温度越高,氧化膜越易长大、增厚,且易发生开裂、剥落。因此应改善和控制轧辊冷却状况, 别是F2、F3 机架, 应适当增加轧辊冷却强度, 温控制在60~ 65 左右。同时辊身中部应适当增加冷却水量, 减少辊身温差。此外, 应结合辊面 氧化膜形貌质量, 合理确定轧制长度和换辊周期, 避免辊面氧化膜脱落而影响带钢表面上的质量。 高铬铸铁轧辊的氧化膜形貌取决于表面粗糙度、氧化温度和时间以及环境介质。高的表面光 洁度有利于获得均匀致密的氧化膜; 随着氧化温度 的升高和时间的增加, 氧化膜不断长大、增厚; 水循环氧化的条件下,出现了氧化加速现象。 现场试验分析表明,高铬铸铁工作辊表面 氧化膜形貌的质量与辊身温度存在较好的对应关 系。辊身温度高, 易使氧化膜长大增厚、开裂、剥 造成辊面粗糙,加剧氧化磨损。 为有效改善高铬铸铁轧辊氧化膜形貌的质量, 应适当改善轧辊冷却条件, 使下线 左右。参考文献: 轧钢,2007, 24( 增刊2) 54-59. 北京:冶金工业出版社, 2001. 轧钢,2007, 24( 增刊2) 45-48. 首钢冷轧薄板生产线 的首钢冷轧薄板生产线近日在北京市顺义区李桥镇全面投产。这是首钢实施压产、搬迁、结构调整和环境治理方案中第1 个竣工的重点项目, 也是首钢在北京唯一保留的钢铁精品项目。 首钢冷轧薄板生产线采用了世界最先进和成熟的技术设备, 将物质循环经济理念贯穿于设计、施工和生产经营的全过程, 采用相关 技术的数量和水平均居国内外领先水平。在全国冶金系统中首次将城市污水深度处理后的中水作为整个厂区的循环冷却水和制冷换 热水补水, 年可节约地下水280 多万吨; 并采用多种废弃净化处理新技术, 使项目中多种废气排放指标大大低于国家及北京市排放标准。 摘编自中国钢铁新闻网#