輥頸鑄造收縮熱裂紋的解決范文

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[摘要]

本文針對(duì)大型鑄鋼軋輥在生產(chǎn)中形成的上輥頸熱裂紋，從鑄造凝固收縮方面進(jìn)行了成因分析。并結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出了生產(chǎn)中切實(shí)可行的解決方案。這些解決方案包括增加冒口及上輥頸的鑄造斜度、采用傾翻包實(shí)現(xiàn)低溫快澆、使用懸浮圈和高效保溫冒口等。

[關(guān)鍵詞]

鑄鋼軋輥；凝固收縮；熱裂紋

大型鑄鋼軋輥雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，卻是厚大實(shí)體件，在靜態(tài)澆注時(shí)其軸向凝固收縮量很大（伸尺都超過(guò)20‰），收縮中心指向輥身中部，一旦收縮受阻極易產(chǎn)生鑄造熱裂紋。最常見(jiàn)的是上輥頸熱裂紋。上輥頸熱裂紋產(chǎn)生的具體位置為輥身與上輥頸轉(zhuǎn)角上部50～300mm范圍內(nèi)，如（圖一）所示。我公司在生產(chǎn)這類軋輥的初期，由于經(jīng)驗(yàn)不足，對(duì)其凝固收縮特性認(rèn)識(shí)不充分，在上輥頸部位經(jīng)常出現(xiàn)橫向熱裂紋。這些裂紋缺陷較輕的可以修復(fù)，嚴(yán)重時(shí)只能報(bào)廢，質(zhì)量很不穩(wěn)定。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間地探索，才逐步加深了認(rèn)識(shí)，使這種缺陷得以解決。

1上輥頸熱裂紋成因分析

鑄造熱裂紋主要出現(xiàn)在上輥頸，說(shuō)明軋輥在凝固收縮時(shí)，有大量應(yīng)力集中該處，分析原因應(yīng)與鑄造方式有很大關(guān)系。靜態(tài)澆注的大型鑄鋼軋輥，輥身多采用冷型掛涂；而上輥頸和冒口采用砂型，為增大冒口模數(shù)，有效補(bǔ)縮輥身，還會(huì)使用保溫冒口。這種狀況下，當(dāng)軋輥開(kāi)始凝固時(shí)，輥身與冷型將率先形成脫離狀態(tài)。大致有以正是三方面原因：⑴輥身處，直徑最大，相對(duì)徑向收縮也越多；⑵冷型的激冷作用，加快了輥身凝固收縮，且使輥身表面有了厚硬凝固層；⑶冷型內(nèi)表的涂料作用，隔斷了輥身與冷型的高溫?zé)郏馆伾砼c冷型能夠脫離。輥身與冷型的率先脫離，使輥身失去冷型支撐，收縮應(yīng)力和自重拉力都向上輥頸集中。而此時(shí)的上輥頸和冒口，由于上部工裝的散熱能力弱，所以凝固較慢，表面的凝固層還與型砂燒結(jié)在一起，無(wú)法與之脫離，而是提拉著軋輥，使其收縮應(yīng)力和自重拉力都較大地集中在上輥頸。而上輥頸此時(shí)只有薄薄地凝固表層，表層下更多是半凝固狀態(tài)（芯部液態(tài)），所以自身強(qiáng)度弱，抵擋不住外力時(shí)就會(huì)在其表產(chǎn)生熱裂紋。

2解決方案

2.1增加上輥頸及冒口的鑄造斜度增大上輥頸及冒口的鑄造斜度，盡可能使上輥頸與冒口在軋輥凝固過(guò)程中能自由收縮，減少向下的收縮受阻，也就降低了上輥頸熱裂紋傾向。上輥頸及冒口的鑄造斜度越大，其自由收縮越有利，但這樣會(huì)減小冒口直徑而不利于補(bǔ)縮，所以斜度的設(shè)定要和上輥頸直徑、冒口高度等因素綜合考慮，一般情況下斜度選擇不超過(guò)1.2°。另外需要說(shuō)明的是，上輥頸及冒口的斜度，并不能使軋輥完全自由收縮。上輥頸和冒口的粘砂，加上溫度高凝固慢、內(nèi)外凝固時(shí)間不一致等因素，都會(huì)造成收縮受阻。

2.2使用懸浮圈懸浮圈的使用讓軋輥的上部工裝能伴隨軋輥的收縮而移動(dòng)。如下（圖二）所示，合箱時(shí)用墊鐵支撐澆注后由于浮力能讓?xiě)腋∪ι细∫欢尉嚯x，此時(shí)勾掉墊鐵，懸浮圈和上部工裝就能隨軋輥的凝固收縮而下移。設(shè)計(jì)懸浮圈時(shí)應(yīng)注意使之與冷型間隙應(yīng)在2～5mm內(nèi)，過(guò)大易跑火；合箱時(shí)注意從冷型內(nèi)彌縫，彌好的間隙還可以塞填干砂；采用自重冒口時(shí)，要根據(jù)浮力計(jì)算好重量。過(guò)重不能使其上浮取墊鐵，也就不能起到隨軋輥收縮而移動(dòng)的作用，過(guò)輕又易倒箱。如采用壓梁壓箱時(shí)，應(yīng)注意冒口箱與壓梁應(yīng)預(yù)留2mm左右間隙，以備其有上浮空間；澆注完，懸浮圈上浮后應(yīng)立即勾掉墊鐵，否則上部工裝下移時(shí)會(huì)被卡死。經(jīng)生產(chǎn)中實(shí)際檢測(cè)，懸浮圈的下移高度并不等于軋輥上部應(yīng)有的收縮長(zhǎng)度，僅有其40～50%。這說(shuō)明懸浮圈的使用并不能完全抵消軋輥上部的收縮。分析原因，應(yīng)是輥身在冷型作用下，凝固早期就有較厚較硬的凝固層，頂住了懸浮圈；懸浮圈下移高度只體現(xiàn)了軋輥輥身外殼的收縮量；而輥身中上部未凝固區(qū)，繼續(xù)接收上輥頸和冒口內(nèi)的補(bǔ)縮鋼水，逐步凝固時(shí)拉扯著上輥頸收縮。

2.3采用低溫快澆實(shí)行低溫澆注，能大幅度減少其液固收縮量，從而大幅度降低軋輥的凝固收縮應(yīng)力，也就會(huì)減弱對(duì)上輥頸的拉應(yīng)力，使其熱裂紋傾向變小。要實(shí)現(xiàn)低溫澆注，也就要更快速地澆注方式。由于無(wú)論柱塞式漏包，還是滑動(dòng)水口式漏包澆注，澆注速度都相對(duì)較低，還存在低溫水口打不開(kāi)問(wèn)題，所以最好使用傾翻包澆注。為保證傾翻包澆注鋼水的純凈度，可以采用包內(nèi)吹氬；加碳化稻殼造渣減少氧化，后用集渣劑排盡渣；澆前拔渣速度要快，拔后盡快澆注，澆時(shí)鋼液面應(yīng)微有結(jié)皮現(xiàn)象為宜。鋼水在型內(nèi)上升到冒口位置時(shí)，改將鋼水直接從冒口傾入。我公司以前在鑄鋼軋輥的生產(chǎn)上都是采用柱塞式漏包，水口最大也只有φ65（平均澆注量65kg/s），雙澆道（φ90）澆38噸的軋輥，時(shí)間要用5分鐘左右。改用傾翻包后，澆道設(shè)為φ120，澆注時(shí)間僅用2.5分鐘左右。從而實(shí)現(xiàn)鋼水的澆注溫度下調(diào)了20～30℃。不僅減弱了軋輥輥頸的粘砂，也降低了上輥頸熱裂紋傾向。

2.4運(yùn)用保溫冒口保持冒口鋼水溫度，增加冒口模數(shù)，有效地為輥身提供補(bǔ)縮。但不同的方法，就有不同的效果，產(chǎn)生的收縮應(yīng)力也有差別。我公司以前一直采用電加熱法，由于其熱影響區(qū)域有限，冒口的收縮后為漏斗型，冒口邊部早已凝固，并粘連在冒口箱型壁上，使軋輥收縮受阻，增加了上輥頸熱裂紋傾向。也曾使用木棒，在電加熱時(shí)，把冒口邊部初凝飛邊搗掉，但效果依然不明顯。現(xiàn)改為Fuseco公司的保溫板與Ferrux707覆蓋劑配合使用，效果較好。在凝固初期，冒口的中部和邊部都能保持高溫液態(tài)，收縮后為平鍋底型；這種狀態(tài)下，軋輥凝固初期，冒口與冒口箱型壁未粘連緊，收縮自由度大，減少了上輥頸的應(yīng)力集中，也就減少了該處的熱裂紋傾向。另外采用這種保溫冒口，可以較大程度降低冒口高度（可降30～50%左右），這樣也減少了收縮受阻長(zhǎng)度。

2.5其它方面：懸浮圈、上輥頸、冒口箱的砂型，刷涂后，一定要表面光整、具有較高地耐火度，盡量減少粘砂，從而減少軋輥的收縮阻力。我公司按以上方式，成功解決大型鑄鋼軋輥上輥頸收縮熱裂紋，目前較穩(wěn)定生產(chǎn)著42CrMo輥軸、熱軋R1半鋼軋輥、萬(wàn)能軋機(jī)BD輥。當(dāng)然形成鑄鋼軋輥的鑄造熱裂紋還有很多如成份、組織上的復(fù)雜原因，需要在設(shè)計(jì)軋輥鑄造工藝時(shí)綜合考慮，這樣才能有更完善地解決此類問(wèn)題。

3結(jié)論

在鑄鋼軋輥的鑄造生產(chǎn)中，增加冒口及上輥頸的鑄造斜度、采用傾翻包實(shí)現(xiàn)低溫快澆、使用懸浮圈和高效保溫冒口等，能有效解決上輥頸鑄造收縮熱裂紋。

[參考文獻(xiàn)]

[1《]鑄鋼手冊(cè)》編寫(xiě)組.鑄鋼手冊(cè)[S].機(jī)械工業(yè)出版社，1982.

[2《]特種鑄造手冊(cè)》編寫(xiě)組.特種鑄造[S].機(jī)械工業(yè)出版社，1978.

[3]第三屆鑄造標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).最新鑄造標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用手冊(cè)[S].機(jī)械工業(yè)出版社，1997

作者：丁春明 單位：四川鴻艦重型機(jī)械制造有限責(zé)任公司