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2009年1月8日星期四
国内外电渣冶金发展概况
国内外电渣冶金发展概况
电渣冶金起源于美国，一九四O年霍普金斯取得了发明专利。一九五八年，苏联德聂泊尔特钢厂工业电渣炉建成，现代电渣冶金开始进入工业化进程。46年来国内外电渣冶金取得了突飞猛进的发展，新工艺、新技术层出不穷，形成了一个跨专业、跨行业的新学科。了解和掌握国内外电渣冶金发展概况，对东北特钢电渣冶金的定位及决策具有一定的参考价值。
1 国外电渣冶金发展概况 一九四○年虽然霍普金斯已取得了发明专利，但是由于当时技术上的封闭和不成熟，以及理论上存在着电渣冶金是埋弧过程的错误的主导思想，致使电渣冶金的发展长期处于停滞状态。 现代电渣冶金技术是由前苏联发展起来的。乌克兰巴顿电焊研究院在埋弧焊接过程中偶然发现，过多的渣液会使电弧熄灭，并使操作变得平稳，于是发明了电渣焊。并在电渣焊的基础上开发出电渣冶金技术。一九五八年，乌克兰德聂泊尔特钢厂建成了世界第一台0.5t工业电渣炉，使电渣冶金进入了工业化生产进程。 进入六十年代，出于航空航天及军备竞赛的需要，苏联对电渣冶金开展了大量的研究工作，并曾一度把发展电渣冶金作为苏联的第二党纲，极大地推动了电渣冶金的发展。而美国和西欧的一些国家，在真空电弧重熔与电渣金熔经历了七年激烈竞争后确认，电渣重熔不仅设备简单，易于操作，成本较低，在质量方面，除去气不及真空电弧重熔外，结晶组织、钢锭表面、脱硫及去除夹杂物的能力均优于真空电弧重熔。因此，很多航空材料转向由电渣重熔设备生产。一些生产真空冶金设备的专业厂家如美国的Consarc公司，西德的Loybold-Hereaus公司及奥地利的BohClr公司等，也都转向生产电渣炉。由于很多国家都致力于发展电渣冶金，六、七十年代是电渣冶金飞跃发展的年代。 多年来，国外电渣冶金已不满足于一般电渣锭的生产，在工业技术成熟的基础上向着更深更广的领域发展，形成了一个跨专业、跨行业的新学科。已开发出的工艺技术有：电渣熔铸、电渣浇注、电渣转注、电渣热封顶、电渣离心浇注、电渣复合熔铸及快速电渣重熔等。 尤其值得重视的是电渣熔铸异形件的发展，小到几十克重的不锈钢假牙齿，大到几十吨重的发电机转子，直至重量超过百吨的水泥回转窑炉圈等，均可不经锻造在异形水冷结晶器中直接熔铸成型。现在电渣熔铸的主要产品有大型发电机转子、水轮机叶片、船舶柴油机大型曲轴、各种高压容器、大型环件、各类轧辊、模具、透平涡轮盘、厚壁中空管、石油裂化管、齿轮毛坯、三通管、核电站压水堆主回路管道等。种类规格之多，形状之复杂不胜枚举。 除此之外，实用性较强，具有发展前景的还有电渣热封顶、电渣离心浇注及快速电渣重熔等。 电渣热封顶(ESHT)即电渣热补缩有两种类型。一是大型铸锭的电渣热封顶，二是大型铸件的电渣热封顶。其功效都在于减小缩孔深度，消除疏松和偏析，提高铸锭及铸件的成材率。大型铸锭的电渣热封顶是用一般冶炼方法冶炼的钢液浇入盛有渣料的钢锭模。由于融渣的比重大大小于钢液，因此在锭模内钢液上面迅速形成一个渣池，将金属电极或石墨电极插入渣池，适量输入电能即可进行热封顶。采用金属电极热封顶，可使金属液以熔滴的形式不断地填充缩孔，效果优于石墨电极。但必须制备与铸锭化学成分相同的“本钢种”金属电极。 在采用电渣热封顶技术的国家中，奥地利采用水冷保温帽，意大利采用耐火材料做保温帽，乌克兰采用石墨衬和耐火水泥勾缝的保温帽。水冷保温帽热损失稍高，但可避免耐火材料污染钢液，并且没有耐火材料消耗。 日本特殊电极份公司与小松制造厂推出冒口加热装置，实质上是用于铸件的电渣热封顶装置。热封顶过程中，将带有石墨电极的活动的三角支架，固定在已浇注完毕的砂型上，然后将石墨电极降至冒口端的渣中通电保温，防止铸件在凝固过程中产生缩孔及疏松等缺陷。实验报告表明，同样是7.6t的铸钢件，用常规方法浇注的铸件，冒口重量为3.52t，而用电渣热封顶的方法冒口重量仅为620kg。收得率由常规方法的68%提高到92%。过去必须开动两台电炉同时浇注才能满足铸件重量要求的产品，采用电渣热封顶，提高金属收得率后，有时仅开动一台炉子即可浇注成，使电费、耐火材料费、人工费、火切费及热处理费等均明显降低。 电渣离心浇注是把有衬电渣冶炼及离心浇注两项技术融合在一起，将有衬电渣炉冶炼的钢液连同融渣一起倒入模内，在离心铸造的旋转过程中，模具内表面形成均匀的渣壳，为各种异形铸件表面质量的提高创造了有利条件;液态金属在离心力的作用下凝固结晶，成为组织致密的铸件。该技术在国内外应用较为广泛。 快速电渣重熔的内容已由 2003年《辽宁特殊钢》杂志第一期详细刊载，故不赘述。 随着电渣冶金的发展及金属材料要求的不断提高，钢锭大型化已成为电渣冶金发展的必然趋势。最初各国工业电渣炉容量仅为0.5t，大一些的一般也不超过3吨。八十年代中期，很多国家都有了50吨以上的电渣炉，就连印度这样的发展中国家也建立了88吨电渣炉。目前，世界上最大的电渣炉是我国上海重型机器厂的200吨电渣炉及德国萨尔钢厂的165吨电渣炉。世界上最大的电渣钢生产厂家是乌克兰德聂泊尔特钢厂，该厂拥有22台电渣炉和年产10万吨电渣钢的生产能力。 在理论上，电渣冶金去除非金属夹杂物的机理发生了极大变化。过去受苏联的影响电渣冶金工作者普遍认为，电渣冶金去除非金属夹杂物主要靠夹杂物从金属熔池中向上浮升，之后被融渣吸附。当浮升速度大于金属的结晶速度时，夹杂物就能得以去除;当浮升速度小于金属的结晶速度时，夹杂物就残留在金属中。 我国李正邦等电渣冶金工作者经过实验，提出电渣冶金去除非金属夹杂物主要靠电极末端熔滴形成的过程。这一过程使近三分之二的夹杂物得以去除。其余三分之一是在熔滴通过渣池向金属熔池过渡及夹杂物由金属熔池向上浮升等阶段去除的。这一理论在80年代逐渐为诸多国家的电渣冶金工作者所接受，在1988年第九届国际真空冶金会议上，美国真空冶金学会主席G·K·Bhat博士表示：“从此去夹杂物机理之争可以结束”。 在工艺方面，正常重熔期采用递减功率代替了恒功率输入，使电渣钢的冶金质量得到很大的提高。扩大充填比(电极直径/结晶器直径)已成为电渣冶金发展的必然趋势。很多欧美国家都采用大充填比的工艺，充填比一般控制在0.7-0.8左右，收到了明显的节电效果。在渣系的研究和使用上，已不局限于惯用的ANF-6即CaF 2 /Al 2 O 3 ＝70/30的为数不多的渣系，各种二元渣、三元渣、四元渣及五元渣的出现，为提高电渣冶金工艺的适用性和再现性创造了有利条件。 在电渣冶金设备的设计与制造方面，应用了很多新技术、新材料，实现了电渣冶金先进的工艺思想与生产实际的完美结合。尤其是保护性气氛电渣炉、高压电渣炉和真空电渣炉相继问世，为电渣冶金的发展开创了更加广阔的空间。早期的保护性气氛电渣炉是在结晶器上方安置了可输入气体的环形保护罩，结晶器与大气是相通的。封闭结晶器并起到保护作用的主要靠氩气、氨气及干燥空气较空气重的比重。另外，气体输入过程中也有一定的压力。保护性气氛电渣炉在防止电渣钢增氢，减少易氧化元素烧损方面作用比较明显。 新型保护性气氛电渣炉属于全封闭式电渣炉，结晶器上方用气密保护罩封闭、冶炼是在全封闭式惰性气体保护下进行的，因此，保护效果会更好些。 高压电渣炉主要用于生产发电机护环用无磁高氮奥氏体不锈钢。高压电磁炉属于全封闭式电渣炉，重熔过程中熔炼室的氮气压力高达4.2MPa。自耗电极由电弧炉生产，氮是以Si3N4 的形式加入钢中的。德国已用高压电渣炉生产出直径为一米，重达20吨的电渣锭。重熔后钢中氮含量与自耗电极相比有很大的提高。含氮0.85%-1.05%的元磁护环钢屈服强度达到1500N/mm 2 以上，满足了核电站建设的技术要求。近几年来奥地利、保加利亚等国家也建造了高压电渣炉。 真空电渣炉始建于德国，它结合和保留了真空电弧炉及电渣炉的优点，克服了二者的缺点，使重熔金属不仅具有良好的结晶组织、高的纯净度、低的含硫量及气体含量，而且消除了白点及年轮状偏析，没有元素烧损，使高温合金的重熔质量得到极大的改善。真空电炉炉和真空电渣炉同样是在真空状态下进行精炼，其主要区别在于，真空电弧炉的精炼是在没有融渣的情况下进行的，精炼过程属于电弧过程，而真空电渣炉的精炼是自耗电极自始自终插入融渣之中，精炼过程属于电渣过程。目前世界上仅有德国、意大利、日本等国家有真空电渣炉，其普及率不高的原因，除造价因素外，工艺技术的适应性方面还存在着一定的问题。
2 我国的电渣冶金发展概况 我国是世界上电渣冶金起步较早的国家之一。一九六○年，重庆特殊钢厂、大冶特殊钢厂，大连钢厂及上钢五厂的电渣炉先后建成投产。紧随其后齐齐哈尔钢厂、抚顺钢厂等工业电渣炉相继建成投产。四十多年来，我国电渣冶金始终保持着旺盛的发展趋势势。随着我国科学技术突飞猛进的发展，航天航海、汽车制造、石油化工、电站建设、核设施、机械制造等诸多行业，以及军工事业的发展、产品更新换代、列车提速等诸多环节都对钢的质量提出越来越高的要求。电渣钢以其金属纯净度高、组织致密、成分均匀、金属各向异性小、钢锭表面光洁及成材率高等特点，进一步显现出勃勃生机。洛阳轴承研究所于一九九七年发表在《特殊钢》杂志第四期的题目为《轴承钢冶炼工艺对滚动轴承额定功率负荷系数的影响》的文章中，对电弧炉、真空脱气和电渣工艺冶炼的204轴承进行寿命试验后，得出的结论是：“真空脱气钢的轴承额定寿命比电炉钢提高4倍，接触疲劳额定寿命提高0.8倍;用电渣钢制造的轴承平均额定寿命比电炉钢提高11倍，接触疲劳额定寿命提高2倍”。这一事实说明，真空脱气无法代替电渣重熔。 近些年来，由于电渣钢产品质量优异，越来 越多的用户订货时在合同的冶炼方法一栏明确要求“电渣重熔”。由于电渣炉属于投资少、见效快的项目，无论是冶金行业，还是机械行业均看好电渣钢产品市场，纷纷出资建造电渣炉，很多厂家同时建造几台电渣炉。目前国内新建电渣炉的数量之多，速度之快令人难以想象。 从趋势上看，新建电渣炉向着钢锭大型化的方向发展。八十年代，绝大多数厂家的电渣炉都在三吨以下，而近10年来十吨以上的电渣炉已相当普遍。就连山东民营企业也建起了40吨电渣炉。 另外，引进电渣炉的数量也呈增加的趋势，一九七九年，齐齐哈尔钢厂从西德莱保尔德——海拉斯公司引进了一台十吨单相、单支臂、双熔位、保护性气氛电渣炉。之后近20年的时间里， 没有厂家再从国外引进电渣炉。九十年代末期以来，邢台轧辊厂、内蒙二机及上钢五厂先后从美国引进了四台电渣炉。 随着引进电渣炉数量的增加，国外电渣炉一些先进技术也逐渐被移植。重力传感器的使用为电子称重系统的应用以及计算机控制熔化速率提供了必要条件。 从我国电渣炉的发展情况看，控制系统已由简单的自耦，甚至手动控制，发展为可控硅或PLC控制，部分厂家采用了计算机控制。但是由于我国在冶炼工艺与计算机的结合方面存在着薄弱环节，当前很多厂家的计算机控制实质上还是停留在一般的冶炼过程控制上。真正意义上的计算机控制应当是在控制冶炼过程的同时，控制熔化速率及熔池的深度和形状。 在传动机构方面，已由精密球型丝杠及液压传动取代了钢丝绳及梯型丝杠，使支臂及托锭承重小车的升降更加灵活、平稳、准确。另外，立柱旋转取代了支臂旋转，不仅解决了支臂旋转巨大的齿轮制造及安装方面的困难，而且减少了零部件重量，所占空间及造价，转动更加灵活，设备外观给人以简洁明快之感。 变压器由过去的冶炼过程中必须断电换档的无载有级调压，发展为不需断电即可发迹和调整冶炼电压的有载有级和有载无级变压器，有载无级变压器可以在带有负载，即在冶炼过程中，不需断电就可把电压调整到任何所需位置。有载无级调压变压器的出现，为实现真正意义上的计算机控制提供了必要条件。从变压器的冷却方式上，由原来的强制油循环冷却，发展为干式风冷。随着铁芯材料质量的提高，变压器发热的现象明显减弱，自冷式变压器将成为电渣炉用变压器的发展方向。西安变压器厂为山东一企业制造的 40t 电渣炉用 6000KVA 大型变压器就是采用自行冷却方式冷却的。其主要缺点是为了增大散热面积，变压器的体积较大。 为了减少电抗造成的电能损失，消除散磁、降低电流的搅拌作用，防止出现点状偏析，同轴设计电路（同轴导电立柱、同轴电缆）将会成为电渣炉今后的发展方向，到目前为止，国内引进的五台电渣炉全部采用的同轴设计电路。 另外，二次环路中通过强大的电流，在电渣炉附近空间会形成一个强大的交变磁场，磁场内的钢铁构件，甚至混凝土中的钢筋都要产生涡流发热，即增加了网路的电能损耗，又有损于结构件的强度。这一点应当成为新型电渣炉设计必须考虑的问题。 从国内电渣钢产量及生产能力方面也呈现出迅猛发展的态势。李正邦著《电渣冶金原理及应用》及姜周华著《电渣冶金的物理化学及传输现象》的文章中记载：我国冶金系统有工业电渣炉 86 台，电渣钢年生产能力为 10 万台。可在短短的几年内，仅东北特钢就成为拥有 30 台电渣炉，形成年产 8.5-9 万吨电渣钢的生产能力。目前，已形成年产两万吨电渣钢生产能力的厂家有抚顺特钢、北满特钢、大冶特钢和西宁特钢。 我国是电渣冶金起步较早的国家，属于电渣冶金技术先进的国家。但是在采用电渣熔铸、电渣浇注、电渣转注、电渣热封顶、电渣离心浇注、电渣复合熔铸、快速电渣重熔等新技术方面普及面不宽，甚至在某些领域近乎处于空白状态。 我国在电渣熔铸异形件方面工作开展较早，很多厂家及院所在六、七十年代就对曲轴、炮管、飞机发动机涡轮盘、轧辊、模块等异形件进行过研制，但是电渣熔铸异形件这项技术始终没有真正发展起来。目前，实现工业化生产具有代表性的有西宁特钢电渣熔铸轧辊、模块；沈阳铸造研究所的大型电站用水轮机叶片、挖掘机复合斗齿、气压机连杆；成都冶金硬面技术加工厂的供无缝管生产用复合穿孔顶头等。 东北特钢成立后，北满、抚顺、大连三地合一，电渣炉总数为 30 台，可形成年产 8.5-9 万吨电渣钢的生产能力。成为世界上电渣炉炉台总数第一、产量规格一流的大型电渣钢生产集团公司。在发展战略上，东北特钢的电渣冶金不能仅仅满足于做大，更重要的是要做精、做强，使我们的电渣钢质量在国内最高、成本最低、产品最具市场竞争力、产品综合实力达到国际一流水平。因此如何打造东北特钢电渣冶金航母，是摆在我们面前的一项重要课题。我们坚信，有东北特钢电渣冶金雄厚的基础及资源共享、优势互补这一得天独厚的环境，三地之间互相学习、互相促进、取长补短、共同提高，通过不断地优化和改进工艺，推广新工艺、新技术，努力提高电渣钢的实物质量，降低生产制造成本，东北特钢的电渣冶金定会取得更大的发展。
作者：隋铁流 http://www.china001.com/
电渣冶金起源于美国，一九四O年霍普金斯取得了发明专利。一九五八年，苏联德聂泊尔特钢厂工业电渣炉建成，现代电渣冶金开始进入工业化进程。46年来国内外电渣冶金取得了突飞猛进的发展，新工艺、新技术层出不穷，形成了一个跨专业、跨行业的新学科。了解和掌握国内外电渣冶金发展概况，对东北特钢电渣冶金的定位及决策具有一定的参考价值。
1 国外电渣冶金发展概况 一九四○年虽然霍普金斯已取得了发明专利，但是由于当时技术上的封闭和不成熟，以及理论上存在着电渣冶金是埋弧过程的错误的主导思想，致使电渣冶金的发展长期处于停滞状态。 现代电渣冶金技术是由前苏联发展起来的。乌克兰巴顿电焊研究院在埋弧焊接过程中偶然发现，过多的渣液会使电弧熄灭，并使操作变得平稳，于是发明了电渣焊。并在电渣焊的基础上开发出电渣冶金技术。一九五八年，乌克兰德聂泊尔特钢厂建成了世界第一台0.5t工业电渣炉，使电渣冶金进入了工业化生产进程。 进入六十年代，出于航空航天及军备竞赛的需要，苏联对电渣冶金开展了大量的研究工作，并曾一度把发展电渣冶金作为苏联的第二党纲，极大地推动了电渣冶金的发展。而美国和西欧的一些国家，在真空电弧重熔与电渣金熔经历了七年激烈竞争后确认，电渣重熔不仅设备简单，易于操作，成本较低，在质量方面，除去气不及真空电弧重熔外，结晶组织、钢锭表面、脱硫及去除夹杂物的能力均优于真空电弧重熔。因此，很多航空材料转向由电渣重熔设备生产。一些生产真空冶金设备的专业厂家如美国的Consarc公司，西德的Loybold-Hereaus公司及奥地利的BohClr公司等，也都转向生产电渣炉。由于很多国家都致力于发展电渣冶金，六、七十年代是电渣冶金飞跃发展的年代。 多年来，国外电渣冶金已不满足于一般电渣锭的生产，在工业技术成熟的基础上向着更深更广的领域发展，形成了一个跨专业、跨行业的新学科。已开发出的工艺技术有：电渣熔铸、电渣浇注、电渣转注、电渣热封顶、电渣离心浇注、电渣复合熔铸及快速电渣重熔等。 尤其值得重视的是电渣熔铸异形件的发展，小到几十克重的不锈钢假牙齿，大到几十吨重的发电机转子，直至重量超过百吨的水泥回转窑炉圈等，均可不经锻造在异形水冷结晶器中直接熔铸成型。现在电渣熔铸的主要产品有大型发电机转子、水轮机叶片、船舶柴油机大型曲轴、各种高压容器、大型环件、各类轧辊、模具、透平涡轮盘、厚壁中空管、石油裂化管、齿轮毛坯、三通管、核电站压水堆主回路管道等。种类规格之多，形状之复杂不胜枚举。 除此之外，实用性较强，具有发展前景的还有电渣热封顶、电渣离心浇注及快速电渣重熔等。 电渣热封顶(ESHT)即电渣热补缩有两种类型。一是大型铸锭的电渣热封顶，二是大型铸件的电渣热封顶。其功效都在于减小缩孔深度，消除疏松和偏析，提高铸锭及铸件的成材率。大型铸锭的电渣热封顶是用一般冶炼方法冶炼的钢液浇入盛有渣料的钢锭模。由于融渣的比重大大小于钢液，因此在锭模内钢液上面迅速形成一个渣池，将金属电极或石墨电极插入渣池，适量输入电能即可进行热封顶。采用金属电极热封顶，可使金属液以熔滴的形式不断地填充缩孔，效果优于石墨电极。但必须制备与铸锭化学成分相同的“本钢种”金属电极。 在采用电渣热封顶技术的国家中，奥地利采用水冷保温帽，意大利采用耐火材料做保温帽，乌克兰采用石墨衬和耐火水泥勾缝的保温帽。水冷保温帽热损失稍高，但可避免耐火材料污染钢液，并且没有耐火材料消耗。 日本特殊电极份公司与小松制造厂推出冒口加热装置，实质上是用于铸件的电渣热封顶装置。热封顶过程中，将带有石墨电极的活动的三角支架，固定在已浇注完毕的砂型上，然后将石墨电极降至冒口端的渣中通电保温，防止铸件在凝固过程中产生缩孔及疏松等缺陷。实验报告表明，同样是7.6t的铸钢件，用常规方法浇注的铸件，冒口重量为3.52t，而用电渣热封顶的方法冒口重量仅为620kg。收得率由常规方法的68%提高到92%。过去必须开动两台电炉同时浇注才能满足铸件重量要求的产品，采用电渣热封顶，提高金属收得率后，有时仅开动一台炉子即可浇注成，使电费、耐火材料费、人工费、火切费及热处理费等均明显降低。 电渣离心浇注是把有衬电渣冶炼及离心浇注两项技术融合在一起，将有衬电渣炉冶炼的钢液连同融渣一起倒入模内，在离心铸造的旋转过程中，模具内表面形成均匀的渣壳，为各种异形铸件表面质量的提高创造了有利条件;液态金属在离心力的作用下凝固结晶，成为组织致密的铸件。该技术在国内外应用较为广泛。 快速电渣重熔的内容已由 2003年《辽宁特殊钢》杂志第一期详细刊载，故不赘述。 随着电渣冶金的发展及金属材料要求的不断提高，钢锭大型化已成为电渣冶金发展的必然趋势。最初各国工业电渣炉容量仅为0.5t，大一些的一般也不超过3吨。八十年代中期，很多国家都有了50吨以上的电渣炉，就连印度这样的发展中国家也建立了88吨电渣炉。目前，世界上最大的电渣炉是我国上海重型机器厂的200吨电渣炉及德国萨尔钢厂的165吨电渣炉。世界上最大的电渣钢生产厂家是乌克兰德聂泊尔特钢厂，该厂拥有22台电渣炉和年产10万吨电渣钢的生产能力。 在理论上，电渣冶金去除非金属夹杂物的机理发生了极大变化。过去受苏联的影响电渣冶金工作者普遍认为，电渣冶金去除非金属夹杂物主要靠夹杂物从金属熔池中向上浮升，之后被融渣吸附。当浮升速度大于金属的结晶速度时，夹杂物就能得以去除;当浮升速度小于金属的结晶速度时，夹杂物就残留在金属中。 我国李正邦等电渣冶金工作者经过实验，提出电渣冶金去除非金属夹杂物主要靠电极末端熔滴形成的过程。这一过程使近三分之二的夹杂物得以去除。其余三分之一是在熔滴通过渣池向金属熔池过渡及夹杂物由金属熔池向上浮升等阶段去除的。这一理论在80年代逐渐为诸多国家的电渣冶金工作者所接受，在1988年第九届国际真空冶金会议上，美国真空冶金学会主席G·K·Bhat博士表示：“从此去夹杂物机理之争可以结束”。 在工艺方面，正常重熔期采用递减功率代替了恒功率输入，使电渣钢的冶金质量得到很大的提高。扩大充填比(电极直径/结晶器直径)已成为电渣冶金发展的必然趋势。很多欧美国家都采用大充填比的工艺，充填比一般控制在0.7-0.8左右，收到了明显的节电效果。在渣系的研究和使用上，已不局限于惯用的ANF-6即CaF 2 /Al 2 O 3 ＝70/30的为数不多的渣系，各种二元渣、三元渣、四元渣及五元渣的出现，为提高电渣冶金工艺的适用性和再现性创造了有利条件。 在电渣冶金设备的设计与制造方面，应用了很多新技术、新材料，实现了电渣冶金先进的工艺思想与生产实际的完美结合。尤其是保护性气氛电渣炉、高压电渣炉和真空电渣炉相继问世，为电渣冶金的发展开创了更加广阔的空间。早期的保护性气氛电渣炉是在结晶器上方安置了可输入气体的环形保护罩，结晶器与大气是相通的。封闭结晶器并起到保护作用的主要靠氩气、氨气及干燥空气较空气重的比重。另外，气体输入过程中也有一定的压力。保护性气氛电渣炉在防止电渣钢增氢，减少易氧化元素烧损方面作用比较明显。 新型保护性气氛电渣炉属于全封闭式电渣炉，结晶器上方用气密保护罩封闭、冶炼是在全封闭式惰性气体保护下进行的，因此，保护效果会更好些。 高压电渣炉主要用于生产发电机护环用无磁高氮奥氏体不锈钢。高压电磁炉属于全封闭式电渣炉，重熔过程中熔炼室的氮气压力高达4.2MPa。自耗电极由电弧炉生产，氮是以Si3N4 的形式加入钢中的。德国已用高压电渣炉生产出直径为一米，重达20吨的电渣锭。重熔后钢中氮含量与自耗电极相比有很大的提高。含氮0.85%-1.05%的元磁护环钢屈服强度达到1500N/mm 2 以上，满足了核电站建设的技术要求。近几年来奥地利、保加利亚等国家也建造了高压电渣炉。 真空电渣炉始建于德国，它结合和保留了真空电弧炉及电渣炉的优点，克服了二者的缺点，使重熔金属不仅具有良好的结晶组织、高的纯净度、低的含硫量及气体含量，而且消除了白点及年轮状偏析，没有元素烧损，使高温合金的重熔质量得到极大的改善。真空电炉炉和真空电渣炉同样是在真空状态下进行精炼，其主要区别在于，真空电弧炉的精炼是在没有融渣的情况下进行的，精炼过程属于电弧过程，而真空电渣炉的精炼是自耗电极自始自终插入融渣之中，精炼过程属于电渣过程。目前世界上仅有德国、意大利、日本等国家有真空电渣炉，其普及率不高的原因，除造价因素外，工艺技术的适应性方面还存在着一定的问题。
2 我国的电渣冶金发展概况 我国是世界上电渣冶金起步较早的国家之一。一九六○年，重庆特殊钢厂、大冶特殊钢厂，大连钢厂及上钢五厂的电渣炉先后建成投产。紧随其后齐齐哈尔钢厂、抚顺钢厂等工业电渣炉相继建成投产。四十多年来，我国电渣冶金始终保持着旺盛的发展趋势势。随着我国科学技术突飞猛进的发展，航天航海、汽车制造、石油化工、电站建设、核设施、机械制造等诸多行业，以及军工事业的发展、产品更新换代、列车提速等诸多环节都对钢的质量提出越来越高的要求。电渣钢以其金属纯净度高、组织致密、成分均匀、金属各向异性小、钢锭表面光洁及成材率高等特点，进一步显现出勃勃生机。洛阳轴承研究所于一九九七年发表在《特殊钢》杂志第四期的题目为《轴承钢冶炼工艺对滚动轴承额定功率负荷系数的影响》的文章中，对电弧炉、真空脱气和电渣工艺冶炼的204轴承进行寿命试验后，得出的结论是：“真空脱气钢的轴承额定寿命比电炉钢提高4倍，接触疲劳额定寿命提高0.8倍;用电渣钢制造的轴承平均额定寿命比电炉钢提高11倍，接触疲劳额定寿命提高2倍”。这一事实说明，真空脱气无法代替电渣重熔。 近些年来，由于电渣钢产品质量优异，越来 越多的用户订货时在合同的冶炼方法一栏明确要求“电渣重熔”。由于电渣炉属于投资少、见效快的项目，无论是冶金行业，还是机械行业均看好电渣钢产品市场，纷纷出资建造电渣炉，很多厂家同时建造几台电渣炉。目前国内新建电渣炉的数量之多，速度之快令人难以想象。 从趋势上看，新建电渣炉向着钢锭大型化的方向发展。八十年代，绝大多数厂家的电渣炉都在三吨以下，而近10年来十吨以上的电渣炉已相当普遍。就连山东民营企业也建起了40吨电渣炉。 另外，引进电渣炉的数量也呈增加的趋势，一九七九年，齐齐哈尔钢厂从西德莱保尔德——海拉斯公司引进了一台十吨单相、单支臂、双熔位、保护性气氛电渣炉。之后近20年的时间里， 没有厂家再从国外引进电渣炉。九十年代末期以来，邢台轧辊厂、内蒙二机及上钢五厂先后从美国引进了四台电渣炉。 随着引进电渣炉数量的增加，国外电渣炉一些先进技术也逐渐被移植。重力传感器的使用为电子称重系统的应用以及计算机控制熔化速率提供了必要条件。 从我国电渣炉的发展情况看，控制系统已由简单的自耦，甚至手动控制，发展为可控硅或PLC控制，部分厂家采用了计算机控制。但是由于我国在冶炼工艺与计算机的结合方面存在着薄弱环节，当前很多厂家的计算机控制实质上还是停留在一般的冶炼过程控制上。真正意义上的计算机控制应当是在控制冶炼过程的同时，控制熔化速率及熔池的深度和形状。 在传动机构方面，已由精密球型丝杠及液压传动取代了钢丝绳及梯型丝杠，使支臂及托锭承重小车的升降更加灵活、平稳、准确。另外，立柱旋转取代了支臂旋转，不仅解决了支臂旋转巨大的齿轮制造及安装方面的困难，而且减少了零部件重量，所占空间及造价，转动更加灵活，设备外观给人以简洁明快之感。 变压器由过去的冶炼过程中必须断电换档的无载有级调压，发展为不需断电即可发迹和调整冶炼电压的有载有级和有载无级变压器，有载无级变压器可以在带有负载，即在冶炼过程中，不需断电就可把电压调整到任何所需位置。有载无级调压变压器的出现，为实现真正意义上的计算机控制提供了必要条件。从变压器的冷却方式上，由原来的强制油循环冷却，发展为干式风冷。随着铁芯材料质量的提高，变压器发热的现象明显减弱，自冷式变压器将成为电渣炉用变压器的发展方向。西安变压器厂为山东一企业制造的 40t 电渣炉用 6000KVA 大型变压器就是采用自行冷却方式冷却的。其主要缺点是为了增大散热面积，变压器的体积较大。 为了减少电抗造成的电能损失，消除散磁、降低电流的搅拌作用，防止出现点状偏析，同轴设计电路（同轴导电立柱、同轴电缆）将会成为电渣炉今后的发展方向，到目前为止，国内引进的五台电渣炉全部采用的同轴设计电路。 另外，二次环路中通过强大的电流，在电渣炉附近空间会形成一个强大的交变磁场，磁场内的钢铁构件，甚至混凝土中的钢筋都要产生涡流发热，即增加了网路的电能损耗，又有损于结构件的强度。这一点应当成为新型电渣炉设计必须考虑的问题。 从国内电渣钢产量及生产能力方面也呈现出迅猛发展的态势。李正邦著《电渣冶金原理及应用》及姜周华著《电渣冶金的物理化学及传输现象》的文章中记载：我国冶金系统有工业电渣炉 86 台，电渣钢年生产能力为 10 万台。可在短短的几年内，仅东北特钢就成为拥有 30 台电渣炉，形成年产 8.5-9 万吨电渣钢的生产能力。目前，已形成年产两万吨电渣钢生产能力的厂家有抚顺特钢、北满特钢、大冶特钢和西宁特钢。 我国是电渣冶金起步较早的国家，属于电渣冶金技术先进的国家。但是在采用电渣熔铸、电渣浇注、电渣转注、电渣热封顶、电渣离心浇注、电渣复合熔铸、快速电渣重熔等新技术方面普及面不宽，甚至在某些领域近乎处于空白状态。 我国在电渣熔铸异形件方面工作开展较早，很多厂家及院所在六、七十年代就对曲轴、炮管、飞机发动机涡轮盘、轧辊、模块等异形件进行过研制，但是电渣熔铸异形件这项技术始终没有真正发展起来。目前，实现工业化生产具有代表性的有西宁特钢电渣熔铸轧辊、模块；沈阳铸造研究所的大型电站用水轮机叶片、挖掘机复合斗齿、气压机连杆；成都冶金硬面技术加工厂的供无缝管生产用复合穿孔顶头等。 东北特钢成立后，北满、抚顺、大连三地合一，电渣炉总数为 30 台，可形成年产 8.5-9 万吨电渣钢的生产能力。成为世界上电渣炉炉台总数第一、产量规格一流的大型电渣钢生产集团公司。在发展战略上，东北特钢的电渣冶金不能仅仅满足于做大，更重要的是要做精、做强，使我们的电渣钢质量在国内最高、成本最低、产品最具市场竞争力、产品综合实力达到国际一流水平。因此如何打造东北特钢电渣冶金航母，是摆在我们面前的一项重要课题。我们坚信，有东北特钢电渣冶金雄厚的基础及资源共享、优势互补这一得天独厚的环境，三地之间互相学习、互相促进、取长补短、共同提高，通过不断地优化和改进工艺，推广新工艺、新技术，努力提高电渣钢的实物质量，降低生产制造成本，东北特钢的电渣冶金定会取得更大的发展。
作者：隋铁流 http://www.china001.com/
轧辊材料及热处理工艺
轧辊材料及热处理工艺
频道：钢铁 发布时间：2008-05-14
轧辊的寿命主要取决于轧辊的内在性能和工作受力，内在性能包括强度和硬度等方面。要使轧辊具有足够的强度，主要从轧辊材料方面来考虑；硬度通常是指轧辊工作表面的硬度，它决定轧辊的耐磨性，在一定程度上也决定轧辊的使用寿命，通过合理的材料选用和热处理方式可以满足轧辊的硬度要求。概述了传统的轧辊选材及其热处理工艺，同时，对轧辊材料及其热处理工艺的发展进行了展望。 传统冷轧辊材料及其热处理方式 冷轧辊在工作过程中要承受很大的轧制压力，加上轧件的焊缝、夹杂、边裂等问题，容易导致瞬间高温，使工作辊受到强烈热冲击造成裂纹、粘辊甚至剥落而报废。因此，冷轧辊要有抵抗因弯曲、扭转、剪切应力引起的开裂和剥落的能力，同时也要有高的耐磨性、接触疲劳强度、断裂韧性和热冲击强度等。 国内外冷轧工作辊一般使用的材质有ＧＣｒ15、9Ｃｒ2、9Ｃｒ、9ＣｒＶ、9Ｃｒ2Ｗ、9Ｃｒ2Ｍｏ、60ＣｒＭｏＶ、80ＣｒＮｉ3Ｗ、8ＣｒＭｏＶ、86ＣｒＭｏＶ7、Ｍｏ3Ａ等。 20世纪50～60年代，这一时期的轧件多为碳素结构钢，强度和硬度不高，所以轧辊一般采用1.5%～2%Ｃｒ锻钢。此类钢的最终热处理通常采用淬火加低温回火，常见的淬火方式有感应表面淬火和整体加热淬火。其主要任务是考虑如何提高轧辊的耐磨性能、抗剥落性能，并提高淬硬层深度，尽量保证轧辊表面组织均匀，改善轧辊表层金属组织的稳定性。 从20世纪70年代开始，随着轧件合金化程度的提高，高强度低合金结构钢(ＨＳＬＡ)的广泛应用，轧件的强度和硬度也随之增加，对轧辊材料的强度和硬度也提出了更高的要求，国际上普遍开始采用铬含量约2%的Ｃｒ-Ｍｏ型或Ｃｒ-Ｍｏ-Ｖ型钢工作辊，如我国一直使用的9Ｃｒ2Ｍｏ、9Ｃｒ2ＭｏＶ和86ＣｒＭｏＶ7、俄罗斯的9Ｘ2ＭΦ、西德的86Ｃｒ2ＭｏＶ7、日本的ＭＣ2等。这类材质的合金化程度较低，在经过最终热处理后，其淬硬层深度一般为12～15ｍｍ(半径)，仅能满足一般要求，而且使用中剥落和裂纹倾向严重，轧制寿命低。 通过改进热处理方式，即进行重淬1～2次，提高了该类轧辊的淬硬层，但每次重淬不仅需要一定的热处理费用，而且会使轧辊直径都要损失5ｍｍ左右，同时轧辊在经过多次热处理后容易变形，难以满足高精度轧辊的形位公差要求。因此，研制深淬硬层冷轧辊不仅可以大幅度地降低冷轧辊的消耗，减少轧辊在使用过程中的重新淬火次数，延长轧辊寿命，具有重大的经济效益。 为了减少重淬消耗，提高轧辊的淬硬层深度、接触疲劳强度、韧性，延长其使用寿命，从20世纪70年代后期到80年代中期，国内外开始研究使用铬含量在3%～5%的深淬硬层冷轧工作辊钢。3%铬冷轧辊不需重淬，且有效淬硬层深度可达到25～30ｍｍ，5%Ｃｒ冷轧辊有效淬硬层深度则达到40ｍｍ，其耐磨性和抗事故性能也有显著提高。在这一阶段，国内试制了9Ｃｒ3ＭｏＶ钢，国外一些制造厂也先后开发推广了深淬硬层冷轧辊，如美国的3.25%Ｃｒ钢和5%Ｃｒ钢，日本的ＫａｎｔｏｃＲＰ53、ＦＨ13、ＭｎＭＣ3和ＭＣ5等。这些钢都采用高碳高合金材料，具有良好的硬度和耐磨性，但轧辊淬硬表面脆性大，接触疲劳寿命低，质量不稳定。 为提高淬硬层深及接触疲劳寿命，降低淬硬层脆性及过热敏感性，同时也为满足轧件对冷轧工作辊力学性能和使用性能的进一步要求，自20世纪80年代中、后期，国外轧辊生产厂对5%Ｃｒ冷轧辊钢进行了化学成分的优化工作，主要是在5%Ｃｒ钢中增加钼、钒的含量或加入钛、镍等元素。 添加0.1%左右钛的5%Ｃｒ钢轧辊中，钛以碳氮化合物(ＴｉＣＮ)形式在基体中微细析出，经过摩擦损耗后ＴｉＣＮ脱落，在轧辊表面形成划痕，使适度的粗度再生。在镀锡板轧机的实际操作中，有效利用粗糙度降低小的优点，从轧制初期就可高速轧制。 在最终热处理过程中，对轧辊钢的淬火和加热限制在奥氏体中含碳量不超过0.6%的程度，然后进行尽可能强烈的冷却，这样就可以得到较深的淬硬层。此时，轧辊的淬硬层组织除隐针马氏体(以板条为主)外，尚有约4%的碳化物和10%左右的残留奥氏体。轧辊的表面硬度(包括残余压应力的影响)约为ＨＳ(Ｄ)95～99。最后，用低温回火将轧辊表面硬度调整到规定值，低温回火越充分，硬度偏低时韧性越好，抗热裂能力越高。钼、钒含量的增加导致淬火后钢中含有较多的残余奥氏体，回火后大部分又转变为新马氏体，这样就有助于提高轧辊硬度，增强耐磨性并降低磨损面粗糙度。 传统热轧辊材料的选用及热处理工艺 热轧辊常工作在700℃～800℃的高温环境，与灼热的钢坯相接触，需要承受强大的轧制力，同时表面要承受轧材的强力磨损，反复被热轧材加热及冷却水冷却，经受温度变化幅度较大的热疲劳作用。这就要求热轧辊材料必须具有高的淬透性、低的热膨胀系数、高的热传导能力和高的高温屈服强度及高的抗氧化性。 国内曾经使用过锻钢轧辊和无限冷硬铸铁轧辊，除普通冷硬铸铁外，还有低镍铬钼、中镍铬钼、高镍铬钼铸铁材料，高档次的冷硬铸铁材料为高镍铬钼冷硬铸铁。这类材质轧辊的缺点是硬度低，耐磨性不好。后来采用了球墨复合铸铁轧辊，相对而言，使用寿命提高了几倍，至今仍然在使用。国外则一般采用半钢和高硬度特殊半钢材质，对克服表面粗糙和抗磨损都很有效。 为了提高热轧辊的表面耐磨性，热轧辊的材料不断地得到改进，其基本的发展过程是从冷硬铸铁到高铬铸铁到半高速钢和高速钢。 高铬铸铁轧辊的化学成分为：2.0%～4.0%Ｃ，10%～30%Ｃｒ，0.15%～1.6%Ｎｉ，0.3%～2.9%Ｍｏ。其本质是一种高耐磨性的高合金白口铁，铬含量一般在10%～15%，其碳化物主要是Ｍ7Ｃ3型，与白口铸铁的连续的Ｍ8Ｃ型碳化物不同，它不但具有良好的耐磨性，还有较高的硬度(ＨＶ可达1800)，基体为奥氏体、马氏体，因而其硬度和韧性结合较好。实际的轧制生产表明，高铬铸铁轧辊有较好的抗热裂性能，原因是轧辊表面生成一层致密且有韧性的铬的氧化膜，能减少热裂纹的数量和深度。因此，高铬铸铁辊在20世纪80年代被非常广泛用于精轧前架。目前，高铬铸铁复合轧辊已广泛用作热轧带 (钢)连轧机，粗轧和精轧前段工作辊、宽中厚板；粗轧和精轧工作辊及小型型钢和棒材轧机精轧辊等。 高铬铸铁轧辊的热处理有两种形式，一是低于临界转变温度的亚临界热处理，另一种是高于临界点Ａ3的高温热处理。高铬轧辊表面材料的珠光体基体，希望具有极细的片间距，并在基体上有大量弥散分布的二次碳化物，要求有尽量低的残余奥氏体和残余应力，所以一般选用后一种形式的热处理，具体为正火加回火。 高速钢作为热轧辊材料的应用在1988年始于日本，20世纪90年代初期美国和欧洲也进行了研制，我国在20世纪90年代后期开始研制和使用高速钢轧辊。一般高速钢的成分为1%～2%Ｃ，0%～5%Ｃｏ，0%～5%Ｎｂ，3%～10%Ｃｒ，2%～7%Ｍｏ，2%～7%Ｖ，1%～5%Ｗ。因为拥有大量可形成强碳化物的合金元素如Ｗ和Ｖ，其最终的显微组织含有大约10%～15%具有极高硬度和高温稳定性的碳化物，所以在高温下工作能保持较高的强度和硬度。其工作层硬度高，可达到80～85ＨＳ，具有较好的耐磨性和抗热裂性，轧辊表面没有出现热裂纹，一般没有剥落现象。 近年来国外在热轧薄板粗轧机架采用半高速钢轧辊也获成功，其耐磨性是高铬钢轧辊的2倍，且咬入性能和抗热疲劳性能好，因而成为热轧薄板粗轧机架和线棒材中轧机架轧辊的理想选择，半高速钢的化学成分范围为：1.5%～2.5%Ｃ，0.5%～1.5%Ｓｉ，0.4%～1.0%Ｍｎ，1.0%～6.0%Ｃｒ，0.1%～4.0%Ｍｏ，0.1%～3.0%Ｖ，0.1%～4.0%Ｗ。 高速钢热轧辊的热处理方式一般采用淬火加回火，在加热到高温时，钢中的二次碳化物充分溶解，一次共晶碳化物部分溶解。这些碳化物所含有的碳和合金元素溶入奥氏体中，增加了奥氏体中碳和合金元素的含量。在淬火时它们固溶于贝氏体和马氏体中，而在回火时析出了弥散的碳化物，使钢呈现出比淬火时硬度还要高的二次硬度。因此为了增加基体的硬度，应提高淬火温度，同时，为了防止基体中出现块状粗大的碳化物，应尽量降低淬火温度，一般确定最佳淬火温度为1050℃～1150℃，同时回火温度为550℃～600℃。 为了保证基体中含有大量弥散分布的球状ＭＣ型碳化物，应增加Ｖ含量，但Ｖ不宜过高，因为Ｖ会降低淬透性，凝固时生成粗大的一次碳化物，淬火时不能完全溶入奥氏体，从而降低了断裂韧性，同时还会降低轧辊的表面粗糙度。 轧辊材料及热处理工艺的发展趋势 冷轧辊的发展方向将是在进一步提高强度硬度和淬硬层深度的同时，保证一定的韧性。大型冷轧工作辊将普遍采用含钒、铣、镍等元素的改进型5%Ｃｒ钢制造。为提高材料的淬透性，Ｃｒ的含量将进一步增加，如8%～10%Ｃｒ及更高铬的锻钢已开始用于实际生产，但含Ｃｒ量的增加会导致较差的韧性，因此需要适当平衡Ｃ和Ｃｒ含量，在较低的温度下淬火获得所需要的冷轧辊硬度，从而减少轧辊的断裂和降低其断裂敏感性。 另外，随着锻件制造技术的进一步完善，高铬钢工作辊将更多地应用于大型冷连轧机。5%Ｃｒ及其含钒的改进型钢广泛用于大型支承辊锻件，高铬含量的大型锻钢支承辊进入实用阶段。大型冷轧工作辊要求采用电渣重熔锭锻制，而大型支承辊锻件用钢则被广泛采用钢包精炼并真空除气的冶铸工艺生产，钢水的纯净度均达到较高水平。 热轧辊工作在交变的高温和力的作用下，其表面反复受到摩擦，会产生强烈的磨损，因此热轧辊的发展主要在于进一步提高其耐磨性。在实际的轧制生产中，表面淬火和渗碳强化处理的热轧辊己不能满足对其高耐磨性的要求，但整体的高速钢或硬质合金轧辊成本极高，对于轧辊芯部材料将造成浪费。因此，轧辊的生产迫切需要进行表面处理，将硬质合金或陶瓷材料熔覆在轧辊的表面作为轧辊的工作表层。表面镀铬、火焰喷涂、等离子喷涂以及激光毛化都是工具表面合金强化技术，将进一步用于提高的轧辊的性能。 总之，合理选材及采用合适的热处理方式高质量地制造轧辊，可以节约大量的辊材，降低轧钢生产成本，同时提高轧辊的质量和产量。因此，应重视轧辊选材的新动向，从轧钢的实际条件出发.开发轧辊的新材质，提高轧辊的制造质量。
频道：钢铁 发布时间：2008-05-14
轧辊的寿命主要取决于轧辊的内在性能和工作受力，内在性能包括强度和硬度等方面。要使轧辊具有足够的强度，主要从轧辊材料方面来考虑；硬度通常是指轧辊工作表面的硬度，它决定轧辊的耐磨性，在一定程度上也决定轧辊的使用寿命，通过合理的材料选用和热处理方式可以满足轧辊的硬度要求。概述了传统的轧辊选材及其热处理工艺，同时，对轧辊材料及其热处理工艺的发展进行了展望。 传统冷轧辊材料及其热处理方式 冷轧辊在工作过程中要承受很大的轧制压力，加上轧件的焊缝、夹杂、边裂等问题，容易导致瞬间高温，使工作辊受到强烈热冲击造成裂纹、粘辊甚至剥落而报废。因此，冷轧辊要有抵抗因弯曲、扭转、剪切应力引起的开裂和剥落的能力，同时也要有高的耐磨性、接触疲劳强度、断裂韧性和热冲击强度等。 国内外冷轧工作辊一般使用的材质有ＧＣｒ15、9Ｃｒ2、9Ｃｒ、9ＣｒＶ、9Ｃｒ2Ｗ、9Ｃｒ2Ｍｏ、60ＣｒＭｏＶ、80ＣｒＮｉ3Ｗ、8ＣｒＭｏＶ、86ＣｒＭｏＶ7、Ｍｏ3Ａ等。 20世纪50～60年代，这一时期的轧件多为碳素结构钢，强度和硬度不高，所以轧辊一般采用1.5%～2%Ｃｒ锻钢。此类钢的最终热处理通常采用淬火加低温回火，常见的淬火方式有感应表面淬火和整体加热淬火。其主要任务是考虑如何提高轧辊的耐磨性能、抗剥落性能，并提高淬硬层深度，尽量保证轧辊表面组织均匀，改善轧辊表层金属组织的稳定性。 从20世纪70年代开始，随着轧件合金化程度的提高，高强度低合金结构钢(ＨＳＬＡ)的广泛应用，轧件的强度和硬度也随之增加，对轧辊材料的强度和硬度也提出了更高的要求，国际上普遍开始采用铬含量约2%的Ｃｒ-Ｍｏ型或Ｃｒ-Ｍｏ-Ｖ型钢工作辊，如我国一直使用的9Ｃｒ2Ｍｏ、9Ｃｒ2ＭｏＶ和86ＣｒＭｏＶ7、俄罗斯的9Ｘ2ＭΦ、西德的86Ｃｒ2ＭｏＶ7、日本的ＭＣ2等。这类材质的合金化程度较低，在经过最终热处理后，其淬硬层深度一般为12～15ｍｍ(半径)，仅能满足一般要求，而且使用中剥落和裂纹倾向严重，轧制寿命低。 通过改进热处理方式，即进行重淬1～2次，提高了该类轧辊的淬硬层，但每次重淬不仅需要一定的热处理费用，而且会使轧辊直径都要损失5ｍｍ左右，同时轧辊在经过多次热处理后容易变形，难以满足高精度轧辊的形位公差要求。因此，研制深淬硬层冷轧辊不仅可以大幅度地降低冷轧辊的消耗，减少轧辊在使用过程中的重新淬火次数，延长轧辊寿命，具有重大的经济效益。 为了减少重淬消耗，提高轧辊的淬硬层深度、接触疲劳强度、韧性，延长其使用寿命，从20世纪70年代后期到80年代中期，国内外开始研究使用铬含量在3%～5%的深淬硬层冷轧工作辊钢。3%铬冷轧辊不需重淬，且有效淬硬层深度可达到25～30ｍｍ，5%Ｃｒ冷轧辊有效淬硬层深度则达到40ｍｍ，其耐磨性和抗事故性能也有显著提高。在这一阶段，国内试制了9Ｃｒ3ＭｏＶ钢，国外一些制造厂也先后开发推广了深淬硬层冷轧辊，如美国的3.25%Ｃｒ钢和5%Ｃｒ钢，日本的ＫａｎｔｏｃＲＰ53、ＦＨ13、ＭｎＭＣ3和ＭＣ5等。这些钢都采用高碳高合金材料，具有良好的硬度和耐磨性，但轧辊淬硬表面脆性大，接触疲劳寿命低，质量不稳定。 为提高淬硬层深及接触疲劳寿命，降低淬硬层脆性及过热敏感性，同时也为满足轧件对冷轧工作辊力学性能和使用性能的进一步要求，自20世纪80年代中、后期，国外轧辊生产厂对5%Ｃｒ冷轧辊钢进行了化学成分的优化工作，主要是在5%Ｃｒ钢中增加钼、钒的含量或加入钛、镍等元素。 添加0.1%左右钛的5%Ｃｒ钢轧辊中，钛以碳氮化合物(ＴｉＣＮ)形式在基体中微细析出，经过摩擦损耗后ＴｉＣＮ脱落，在轧辊表面形成划痕，使适度的粗度再生。在镀锡板轧机的实际操作中，有效利用粗糙度降低小的优点，从轧制初期就可高速轧制。 在最终热处理过程中，对轧辊钢的淬火和加热限制在奥氏体中含碳量不超过0.6%的程度，然后进行尽可能强烈的冷却，这样就可以得到较深的淬硬层。此时，轧辊的淬硬层组织除隐针马氏体(以板条为主)外，尚有约4%的碳化物和10%左右的残留奥氏体。轧辊的表面硬度(包括残余压应力的影响)约为ＨＳ(Ｄ)95～99。最后，用低温回火将轧辊表面硬度调整到规定值，低温回火越充分，硬度偏低时韧性越好，抗热裂能力越高。钼、钒含量的增加导致淬火后钢中含有较多的残余奥氏体，回火后大部分又转变为新马氏体，这样就有助于提高轧辊硬度，增强耐磨性并降低磨损面粗糙度。 传统热轧辊材料的选用及热处理工艺 热轧辊常工作在700℃～800℃的高温环境，与灼热的钢坯相接触，需要承受强大的轧制力，同时表面要承受轧材的强力磨损，反复被热轧材加热及冷却水冷却，经受温度变化幅度较大的热疲劳作用。这就要求热轧辊材料必须具有高的淬透性、低的热膨胀系数、高的热传导能力和高的高温屈服强度及高的抗氧化性。 国内曾经使用过锻钢轧辊和无限冷硬铸铁轧辊，除普通冷硬铸铁外，还有低镍铬钼、中镍铬钼、高镍铬钼铸铁材料，高档次的冷硬铸铁材料为高镍铬钼冷硬铸铁。这类材质轧辊的缺点是硬度低，耐磨性不好。后来采用了球墨复合铸铁轧辊，相对而言，使用寿命提高了几倍，至今仍然在使用。国外则一般采用半钢和高硬度特殊半钢材质，对克服表面粗糙和抗磨损都很有效。 为了提高热轧辊的表面耐磨性，热轧辊的材料不断地得到改进，其基本的发展过程是从冷硬铸铁到高铬铸铁到半高速钢和高速钢。 高铬铸铁轧辊的化学成分为：2.0%～4.0%Ｃ，10%～30%Ｃｒ，0.15%～1.6%Ｎｉ，0.3%～2.9%Ｍｏ。其本质是一种高耐磨性的高合金白口铁，铬含量一般在10%～15%，其碳化物主要是Ｍ7Ｃ3型，与白口铸铁的连续的Ｍ8Ｃ型碳化物不同，它不但具有良好的耐磨性，还有较高的硬度(ＨＶ可达1800)，基体为奥氏体、马氏体，因而其硬度和韧性结合较好。实际的轧制生产表明，高铬铸铁轧辊有较好的抗热裂性能，原因是轧辊表面生成一层致密且有韧性的铬的氧化膜，能减少热裂纹的数量和深度。因此，高铬铸铁辊在20世纪80年代被非常广泛用于精轧前架。目前，高铬铸铁复合轧辊已广泛用作热轧带 (钢)连轧机，粗轧和精轧前段工作辊、宽中厚板；粗轧和精轧工作辊及小型型钢和棒材轧机精轧辊等。 高铬铸铁轧辊的热处理有两种形式，一是低于临界转变温度的亚临界热处理，另一种是高于临界点Ａ3的高温热处理。高铬轧辊表面材料的珠光体基体，希望具有极细的片间距，并在基体上有大量弥散分布的二次碳化物，要求有尽量低的残余奥氏体和残余应力，所以一般选用后一种形式的热处理，具体为正火加回火。 高速钢作为热轧辊材料的应用在1988年始于日本，20世纪90年代初期美国和欧洲也进行了研制，我国在20世纪90年代后期开始研制和使用高速钢轧辊。一般高速钢的成分为1%～2%Ｃ，0%～5%Ｃｏ，0%～5%Ｎｂ，3%～10%Ｃｒ，2%～7%Ｍｏ，2%～7%Ｖ，1%～5%Ｗ。因为拥有大量可形成强碳化物的合金元素如Ｗ和Ｖ，其最终的显微组织含有大约10%～15%具有极高硬度和高温稳定性的碳化物，所以在高温下工作能保持较高的强度和硬度。其工作层硬度高，可达到80～85ＨＳ，具有较好的耐磨性和抗热裂性，轧辊表面没有出现热裂纹，一般没有剥落现象。 近年来国外在热轧薄板粗轧机架采用半高速钢轧辊也获成功，其耐磨性是高铬钢轧辊的2倍，且咬入性能和抗热疲劳性能好，因而成为热轧薄板粗轧机架和线棒材中轧机架轧辊的理想选择，半高速钢的化学成分范围为：1.5%～2.5%Ｃ，0.5%～1.5%Ｓｉ，0.4%～1.0%Ｍｎ，1.0%～6.0%Ｃｒ，0.1%～4.0%Ｍｏ，0.1%～3.0%Ｖ，0.1%～4.0%Ｗ。 高速钢热轧辊的热处理方式一般采用淬火加回火，在加热到高温时，钢中的二次碳化物充分溶解，一次共晶碳化物部分溶解。这些碳化物所含有的碳和合金元素溶入奥氏体中，增加了奥氏体中碳和合金元素的含量。在淬火时它们固溶于贝氏体和马氏体中，而在回火时析出了弥散的碳化物，使钢呈现出比淬火时硬度还要高的二次硬度。因此为了增加基体的硬度，应提高淬火温度，同时，为了防止基体中出现块状粗大的碳化物，应尽量降低淬火温度，一般确定最佳淬火温度为1050℃～1150℃，同时回火温度为550℃～600℃。 为了保证基体中含有大量弥散分布的球状ＭＣ型碳化物，应增加Ｖ含量，但Ｖ不宜过高，因为Ｖ会降低淬透性，凝固时生成粗大的一次碳化物，淬火时不能完全溶入奥氏体，从而降低了断裂韧性，同时还会降低轧辊的表面粗糙度。 轧辊材料及热处理工艺的发展趋势 冷轧辊的发展方向将是在进一步提高强度硬度和淬硬层深度的同时，保证一定的韧性。大型冷轧工作辊将普遍采用含钒、铣、镍等元素的改进型5%Ｃｒ钢制造。为提高材料的淬透性，Ｃｒ的含量将进一步增加，如8%～10%Ｃｒ及更高铬的锻钢已开始用于实际生产，但含Ｃｒ量的增加会导致较差的韧性，因此需要适当平衡Ｃ和Ｃｒ含量，在较低的温度下淬火获得所需要的冷轧辊硬度，从而减少轧辊的断裂和降低其断裂敏感性。 另外，随着锻件制造技术的进一步完善，高铬钢工作辊将更多地应用于大型冷连轧机。5%Ｃｒ及其含钒的改进型钢广泛用于大型支承辊锻件，高铬含量的大型锻钢支承辊进入实用阶段。大型冷轧工作辊要求采用电渣重熔锭锻制，而大型支承辊锻件用钢则被广泛采用钢包精炼并真空除气的冶铸工艺生产，钢水的纯净度均达到较高水平。 热轧辊工作在交变的高温和力的作用下，其表面反复受到摩擦，会产生强烈的磨损，因此热轧辊的发展主要在于进一步提高其耐磨性。在实际的轧制生产中，表面淬火和渗碳强化处理的热轧辊己不能满足对其高耐磨性的要求，但整体的高速钢或硬质合金轧辊成本极高，对于轧辊芯部材料将造成浪费。因此，轧辊的生产迫切需要进行表面处理，将硬质合金或陶瓷材料熔覆在轧辊的表面作为轧辊的工作表层。表面镀铬、火焰喷涂、等离子喷涂以及激光毛化都是工具表面合金强化技术，将进一步用于提高的轧辊的性能。 总之，合理选材及采用合适的热处理方式高质量地制造轧辊，可以节约大量的辊材，降低轧钢生产成本，同时提高轧辊的质量和产量。因此，应重视轧辊选材的新动向，从轧钢的实际条件出发.开发轧辊的新材质，提高轧辊的制造质量。
中国轧辊制造业技术现状与发展趋势(上)
中国轧辊制造业技术现状与发展趋势(上)
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核心提示：近几年，具有国际先进水平的轧机和轧制技术相继落户中国，推动了我国冶金轧辊制造装备和制造技术快速发展，使我们逐渐从早期的手工操作向自动化、智能化控制方向发展，无论从控制水平还是精度都得到大幅度提高，轧辊质量稳定提高。
一、概述
从20世纪90年代开始，中国的钢铁行业开始快速发展，前5年钢产量的年平均增量为600.2万吨，后5年的年平均增量在662.6万吨，进入21世纪后的前5年，钢产量的增幅迅速加大，年平均增量达4477.4万吨，为90年代初的7.09倍，2006年产钢4.23亿吨，占世界钢产量的三分之一，2007年，我国钢产量进一步提升，达4.89亿吨，占世界总钢产量13.44亿吨的36.44%。
在钢产量快速增长的同时，我国钢材品种的结构优化步伐也在加快，尤其是以发展板材为中心的产品结构优化与调整。第一个特点是冷轧板比例大大提高，汽车板、家电板等高级板材以及电工钢板、不锈钢板等高附加值特殊用途板材产能提升迅速。从整个冷轧行业来看，工艺装备能力及技术水平明显提高，2007年我国已建及在建的宽带冷连轧机已达到30余套，新上轧机以及一些老轧机通过技术改造，基本都配备了先进的板型控制系统，高级冷轧薄板的生产能力已达到4000万吨以上。如果再考虑单机架冷轧等小型轧机，我国冷轧板材产能约在7000万吨左右。第二个特点是钢材生产逐渐由常规型向高等级方向发展，如型线材产品向高强度方向发展，建筑用钢筋由过去的Ⅱ级钢筋向HRB400钢筋推广；第三个特点是以汽车板、管线钢、容器板、造船板为主体的各类板材，向高强度、高韧性、良好焊接性能及表面质量方向发展；薄板产品向着超细晶、高强度方向发展。总体上讲，除少数品种和规格特殊用钢外，目前我国钢材实物质量已逐步接近或达到国际先进水平。
为实现高等级钢材产品的轧制需求，国内高端轧辊的研制和开发进程加快，大量替代进口的轧辊在短时间研制成功并取代进口，极大地满足了国内钢铁工业发展的需求。
轧辊作为轧钢工业的重要工具，是轧钢设备的最主要消耗部件，随着产钢量的增加，轧辊消耗量迅速增加。粗略计算，如果按吨钢消耗轧辊1kg估算，仅2007年的轧辊消耗就约在50万吨左右。随着钢铁企业产出能力的大规模迅速扩张，新建投产轧机的不断增加，给轧辊制造行业带来“井喷式”的强劲需求，中国的轧辊制造行业获得了前所未有的发展机遇。
为紧跟钢铁产业迅猛发展的步伐，满足日益增长的市场需求，国内各轧辊制造企业近年来也加快了技术改造、产能扩张的速度。通过加强技术改造、自主研发能力培育，在技术装备、产品的使用性能上已达到国际水平，并形成了一大批具有自主知识产权的专有技术。经过多年发展，目前中国轧辊制造企业产品品种多、覆盖面广，可以生产不同材质、不同规格、不同品种的各种轧辊，服务并满足于国内各种轧机需求，通过与钢铁企业的合作与互动，建立战略联盟关系，深化技术交流与合作，共同立项研发课题，使上下游双方达成了一定的默契和协调，优化了市场资源和发展基础。
受轧辊行业火爆形势影响，大量的资金投入轧辊制造行业，扩建和新上一批轧辊制造企业。与此同时，国外轧辊制造企业也看中了中国轧辊业这块蛋糕，纷纷斥资在中国建立或合资兴建轧辊制造厂。据不完全统计，目前我国现有大大小小300多家轧辊厂，产出能力达到70万吨左右。
我国轧辊制造业经过几十年的发展，已取得较大成绩，主要表现在以下几方面：
一是产量有较大幅度的增长。随着轧钢产量的快速发展，轧辊制造业的产能和轧辊的产量也快速增长，对满足国内钢铁行业的需求和发展起到了积极的作用。
二是产品质量合格率稳定提高。以2007年上半年统计数据，主要铸铁轧辊综合质量合格率为94.06%，比2006年同期提高0.56%。
三是生产轧辊的品种结构有所变化。轧辊生产逐渐向板带等优质轧辊集中，特别是用于板带行业的高等级轧辊产量，近年来增长最为迅速。目前，中钢邢机所生产的用于现代化板带轧机轧辊已占到各类轧辊产量的70%以上。
四是轧辊出口创汇大幅度增长。2007年上半年，在被统计的31家企业中有9个单位出口铸铁轧辊3430吨，比去年同期增长75%。2007年中钢邢机完成各类轧辊出口创汇4000万美元。
但是也应该看到，国内的轧辊企业虽然在产量上不断扩大，但在品种结构调整却没有完全跟上钢铁工业技术进步、结构优化调整的步伐，高端轧辊生产能力明显不足。如高速钢、半高速钢轧辊，目前国内仅有中钢邢机具备批量生产能力，市场占有量较低；宽带冷连轧机用高质量轧辊，国内只有中钢邢机、常冶具备工作辊、中间辊批：量供货能力，而对于大型支承辊目前只有一重、二重以及中钢邢机等具备生产能力且产能难以满足市场需求。有些高等级板材的轧制还依赖进口轧辊，特别是“十一五”期间新上的宽带钢生产线，板材精度要求较高，这方面的矛盾会显得更加突出。宝钢、鞍钢等大型钢铁企业宽板带轧机每年都要从国外进口轧辊，这也反映出我国轧辊总体制造水平还有待于进一步提高。因此，为现代化轧机配备高性能的轧辊成为我国轧辊制造业面临的新课题，而选择轧辊生产工艺和材质是制造不同种类高等级轧辊的关键。
二、中国轧辊制造技术现状
近几年，具有国际先进水平的轧机和轧制技术相继落户中国，推动了我国冶金轧辊制造装备和制造技术快速发展，使我们逐渐从早期的手工操作向自动化、智能化控制方向发展，无论从控制水平还是精度都得到大幅度提高，轧辊质量稳定提高。
1.铸造轧辊
在冶炼设备方面，对于铸铁轧辊，落后的冲天炉、反射炉已在上世纪末被陆续淘汰，代之以工频炉、中频炉，铁水质量改善，工作效率大大提高，工作环境净化，降低了工人的劳动强度。但目前国内工、中频炉冶炼主要还是采用酸性炉衬，不具备氧化、还原功能，降低铁水中的P、S含量受到一定限制，只能采用其他辅助手段进行降P脱S。铸钢轧辊因对钢水中P、S等杂质含量要求较严，一般冶炼采用电弧炉，随着轧辊对夹杂、气体含量要求的提高，铸钢轧辊的冶炼开始向电弧炉+钢包精炼炉冶炼发展，有些厂家还采用了保护浇注、真空浇注等先进生产工艺，进一步提高轧辊的内在质量。
在制造工艺方面，也从过去常法浇铸单一材质、半冲洗、全冲洗浇铸复合材质发展到今天的离心复合浇铸工艺、CPC复合制造以及喷射成型、热等静压成型、液态金属电渣复合等，目前以离心复合、全冲洗溢流复合为主要生产方式，CPC和其他——些先进的轧辊制造技术日前尚未形成生产能力。近年来，堆焊轧辊作为一种新型轧辊制造和修复方法，取得了快速发展，堆焊的品种主要包括铸钢、锻钢轧辊，堆焊方式已发展到目前的药芯焊丝堆焊、电刷涂镀、激光表面合金化和粘接轧辊等。有些轧辊品种实现了组合装配生产，如板带轧机的立辊、型钢万能机组组合辊等。针对型钢轧辊孔型深的特点，为保证孔型面磨损均匀，有些厂家采用了带槽铸造技术。为解决大型铸钢轧辊补缩问题，中钢邢机自主开发了无流浇注技术，使轧辊制造过程实现了顺序凝固，减少了中心疏松。
中钢邢机从德国GP公司引进了大型立式离心浇铸机及离心轧辊制造技术、增建了30吨、45吨电弧炉、70吨LF/VD钢包精炼炉以及多台中频、工频感应炉设备，已经建成大型铸钢轧辊、离心复合系列铸铁轧辊、大型复合铸钢支撑辊等优质轧辊生产线，其工艺、技术、装备代表着我国目前轧辊制造业的先进水平。另外，太钢和瑞典Akers、一重和德国依勒尔、宝钢和日立也实现了合资，外资和技术的引进，也使中国的轧辊制造技术快速发展。
在轧辊材质方面，铸铁轧辊由过去的冷硬铸铁、无限冷硬、冷硬球复等发展到目前的珠光体球铁、针状组织球铁、高NiCr无限冷硬铸铁、高Cr铸铁等新型轧辊材质，为适应不同轧机需要，各个材质的性能也在不断细化和提高，如适用于宽厚板轧机、炉卷轧机及带钢热连轧机的高NiCr无限冷硬铸铁，适用于带钢热连轧机粗轧、精轧前段的高Cr铸铁工作辊、宽厚板轧机高Cr铁上作辊及平整轧机用高Cr铁工作辊。为满足市场需求，在品种优化的同时，产品性能也向更高层次发展，如改进型高镍铬无限冷硬铸铁、改进型高Cr铸铁等材质新品种的开发和推广。铸钢轧辊过去一直采用的是低合金的普通铸钢、半钢材质，随着轧辊性能要求的提高，铸钢轧辊在向高合金方向发展，如在板带轧机两辊粗轧工作辊及型钢轧机开坯辊上用于替代常规铸钢材质的热作模具钢材质、热带钢精轧前段使用的高速钢材质、粗轧机架使用的高路钢、半高速钢材质、立辊使用的半钢材质、型钢万能轧机辊环使用的半钢、高碳半钢、高Cr铁、高Cr钢、高速钢材质等。根据轧机特点，为增加耐磨性，有些机架实现了以铁代钢，如型钢万能轧机的合金球铁BD辊。
在热处理方式上，过去有些轧辊基本不进行热处理，靠自然时效消除应力，如冷硬铸铁轧辊、普通铸钢轧辊系列，随着轧辊材质的发展，高合金的轧辊开始进行人工时效热处理，不仅用于消除铸造应力，更主要的是通过适宜的热处理，获得所需的轧辊使用性能，热处理一般采用箱式电阻炉或燃气炉。近年来，为进一步提高轧辊性能，差温、准差温热处理方式开始采用，差温热处理可将轧辊的工作层和芯部采用不同的热处理方式，获得优异的综合性能。目前，中钢邢机的优质复合轧辊和复合铸钢支撑辊均采用差温方式进行热处理。对于深开孔型的型钢轧辊，为保证轧辊的使用性能，采用了预开孔型热处理的生产方式。
2.锻钢轧辊
目前，我国锻钢轧辊主要应用于冷轧带钢工作辊、中间辊以及各类板带钢轧机支承辊，也用于带钢热连轧机小立辊、粗轧机架工作辊，初轧机及钢坯连轧机轧辊，H型钢万能轧机水平辊轴，棒线材轧机粗轧机架轧辊，无缝钢管轧机穿孔机架及轧管机前架轧辊，焊管轧机各类轧辊，有色金属板带材冷热轧工作辊、支承辊及铸轧辊，以及各类轧机辊道辊、夹送辊、校平辊、矫直辊等。产品制作一般经冶炼、铸锭及锻造，并通过热处理方法达到辊身、辊颈不同的性能要求。
(1)钢锭冶炼
锻钢轧辊的发展离不开轧辊毛坯生产技术的进步，钢锭冶炼作为决定轧辊最终使用性能的重要工艺步骤然被高度重视起来。钢水的纯净度对锻钢轧辊的使用性能特别是抗事故性能有重要的影响，存在于轧辊锻坯中的非金属夹杂物、有害气体(如[H)等)以及碳化物的偏析都有可能成为剥落或断辊的裂纹源。目前，我国锻钢轧辊常用的冶炼方法主要有以下几类：
电炉冶炼，主要适用于一些合金含量较低的锻钢热轧辊以及矫直辊、辊道辊、夹送辊等一般用途轧辊。现在大型轧辊企业制做锻钢轧辊时，电炉一般仅用作熔炼设备，所需成分的精炼和最终成分精确调整均在炉外钢包精炼的第二阶段进行。
电炉冶炼+炉外钢包精炼，主要适用于锻钢支承辊、合金含量较高的锻钢热轧辊以及部分冷轧工作辊。钢包精炼工艺可满足Cr5材质以下大部分黑色和有色金属轧制用冷轧辊的制作使用要求。1996年邢机公司研制成功并形成了批量生产钢包精炼冷轧辊的能力，开辟了国内首条钢包精炼冷轧辊生产线，产品在武钢、攀钢等厂家冷轧机上机实轧，取得了与电渣重熔冷轧辊相当的使用效果。目前，中钢邢机具备Cr2、Cr3、Cr4等系列钢包精炼冷轧辊的生产能力。
电炉冶炼+电渣重熔，主要适用于冷轧工作辊、高合金有色热轧辊以及铸轧辊套等特殊用途轧辊。电渣重熔属二次熔炼，制造周期长，需要消耗大量电能，使冷轧辊的制造成本提高，但对于偏析程度相对严重的Cr5等高材质冷轧辊钢，电渣重熔冶炼铸锭工艺还是不可缺少的。目前，中国带材冷轧工作辊及中间辊生产基本经过电渣重熔工序。
电炉冶炼+钢包精炼+电渣重熔，用于现代化连轧机用高性能冷轧工作辊。中钢邢机是目前世界范围内唯一采用这种“双精炼”冶炼方式生产锻钢冷轧辊的厂家，这种钢锭冶炼方式兼备电渣重熔和钢包精炼两种方式的优点，是目前冷轧辊常规冶炼方式中的最高配置，材料的冶金质量达到最优，最大限度地保证了产品的最终使用性能。
(2)辊坯锻造
锻造工序是锻钢轧辊制造过程中承上启下的重要环节。一方面，它通过辊坯的锻造成形过程消除铸态组织粗大的树枝状晶，细化晶粒，焊合钢锭内部疏松、气泡、裂纹等宏观缺陷，密实金属组织，提高材料的强韧性；另一方面，由于锻钢轧辊材质合金含量不断提高，成分和组织偏析程度相对更为严重，液析碳化物量以及碳化物带状倾向增大，因此更为重要的是通过锻造加热及变形工艺的合理制定，充分溶解、破碎、改善碳化物及非金属夹杂物在钢中的分布，降低偏析程度，均匀组织，提高材料的使用性能，并为后续的热处理工序奠定良好的基础。
目前，随着冷轧辊材质的发展，Cr8、热作模具钢、半高速钢、高速钢等新型锻钢轧辊逐步推广使用，轧辊材料的合金含量越来越高，锻造难度大大增加，锻造内部裂纹导致的超声波探伤超标成为制约锻钢轧辊成品率提高的主要因素。因此在我国，以内裂控制为核心的高合金冷轧辊坯控制锻造工艺技术正逐步发展起来。充分利用扩散均质化、高温停锻以及裂纹自修复原理，通过合理设定锻造温度、安排锻造火次、控制镦粗与终锻变形量，达到最大限度控制辊坯内裂的目的，提高辊坯超声波探伤合格率。
(3)热处理
锻钢轧辊通过热处理达到辊身、辊颈不同的性能要求，在辊坯质量保证的前提下，热处理直接决定了产品使用性能。锻钢轧辊根据不同使用性能要求，热处理种类很多，一般分为预备热处理和最终热处理两类。
预备热处理一般包括锻前加热时高温扩散退火，锻后正火、球化退火以及扩氢处理等，粗加工后调质处理，还包括针对辊颈表面硬度较高(≥HSD50)产品的辊颈强化处理。最终热处理主要有整体处理、感应加热淬火、差温热处理以及准差温加热淬火。整体处理包括调质、正火及整体淬火，主要用于初轧辊等辊身硬度要求较低(小于HSD50)的轧辊、多辊轧机用辊等小型冷轧辊以及辊轴、辊套类产品。
感应加热淬火分为连续式感应加热、整体感应加热两种方式，主要用于辊身硬度较高的冷轧辊以及规格在中1000mm以下的支承辊、有色热轧辊。按感应器类型不同，又分为单工频、中频、工频双感应器、双工频、双频等多种淬火工艺方式。目前，我国大型锻钢冷轧工作辊的最终热处理大多采用双频连续式感应淬火方式，对于合金含量相对较高的产品一般应经深冷处理控制残奥、提高硬度及淬硬层深度，并保证工作层组织的稳定性。产品辊身硬度均匀性可达到2HS以内，淬硬层深度最高可达到半径方向50mm以上。
差温及准差温热处理方式主要适用于规格较大的支承辊与热轧辊(辊身硬度不小于HSD50)。目前，国内一重、二重、中钢邢机等企业均具备成熟的大型支承辊差温热处理技术。
总体来说，中国锻钢轧辊制造装备能力基本达到国际先进水平，同时锻钢冷轧辊、大型锻钢支承辊等高端产品的制造技术水平也与国际先进水平不相上下。但轧辊企业之间水平发展不均衡，只有少数大型企业掌握了先进的轧辊制作技术，——些小型企业装备较差，生产工艺落后，制造技术水平还有待提高。
3.检测与加工
在检测设备方面，我国有实力的大部分轧辊制造企业也同国外基本接轨，真空光电直读光谱仪、碳硫分析仪、远红外线分析仪、扫描电子显微镜、数字超声波探伤分析仪、大工件现场金相显微镜、现场肖氏、里氏硬度计等先进的检测设备，为产品质量提供了有力的技术保证。
在加工精度方面，随着我国轧钢装备的改造和不断从国外引进先进的轧机，轧机向自动化、连续化、重型化方向发展，对轧辊的几何尺寸、表面精度、机械性能要求更高，特别是近年来板带轧制向宽、薄、平方向发展，对轧辊的精度提出特别要求，许多轧机的精度要求已达到微米级，目前国内许多轧辊制造企业已开始加工设备的数控化，不仅提高加工精度，也使加工效率大幅提高。
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核心提示：近几年，具有国际先进水平的轧机和轧制技术相继落户中国，推动了我国冶金轧辊制造装备和制造技术快速发展，使我们逐渐从早期的手工操作向自动化、智能化控制方向发展，无论从控制水平还是精度都得到大幅度提高，轧辊质量稳定提高。
一、概述
从20世纪90年代开始，中国的钢铁行业开始快速发展，前5年钢产量的年平均增量为600.2万吨，后5年的年平均增量在662.6万吨，进入21世纪后的前5年，钢产量的增幅迅速加大，年平均增量达4477.4万吨，为90年代初的7.09倍，2006年产钢4.23亿吨，占世界钢产量的三分之一，2007年，我国钢产量进一步提升，达4.89亿吨，占世界总钢产量13.44亿吨的36.44%。
在钢产量快速增长的同时，我国钢材品种的结构优化步伐也在加快，尤其是以发展板材为中心的产品结构优化与调整。第一个特点是冷轧板比例大大提高，汽车板、家电板等高级板材以及电工钢板、不锈钢板等高附加值特殊用途板材产能提升迅速。从整个冷轧行业来看，工艺装备能力及技术水平明显提高，2007年我国已建及在建的宽带冷连轧机已达到30余套，新上轧机以及一些老轧机通过技术改造，基本都配备了先进的板型控制系统，高级冷轧薄板的生产能力已达到4000万吨以上。如果再考虑单机架冷轧等小型轧机，我国冷轧板材产能约在7000万吨左右。第二个特点是钢材生产逐渐由常规型向高等级方向发展，如型线材产品向高强度方向发展，建筑用钢筋由过去的Ⅱ级钢筋向HRB400钢筋推广；第三个特点是以汽车板、管线钢、容器板、造船板为主体的各类板材，向高强度、高韧性、良好焊接性能及表面质量方向发展；薄板产品向着超细晶、高强度方向发展。总体上讲，除少数品种和规格特殊用钢外，目前我国钢材实物质量已逐步接近或达到国际先进水平。
为实现高等级钢材产品的轧制需求，国内高端轧辊的研制和开发进程加快，大量替代进口的轧辊在短时间研制成功并取代进口，极大地满足了国内钢铁工业发展的需求。
轧辊作为轧钢工业的重要工具，是轧钢设备的最主要消耗部件，随着产钢量的增加，轧辊消耗量迅速增加。粗略计算，如果按吨钢消耗轧辊1kg估算，仅2007年的轧辊消耗就约在50万吨左右。随着钢铁企业产出能力的大规模迅速扩张，新建投产轧机的不断增加，给轧辊制造行业带来“井喷式”的强劲需求，中国的轧辊制造行业获得了前所未有的发展机遇。
为紧跟钢铁产业迅猛发展的步伐，满足日益增长的市场需求，国内各轧辊制造企业近年来也加快了技术改造、产能扩张的速度。通过加强技术改造、自主研发能力培育，在技术装备、产品的使用性能上已达到国际水平，并形成了一大批具有自主知识产权的专有技术。经过多年发展，目前中国轧辊制造企业产品品种多、覆盖面广，可以生产不同材质、不同规格、不同品种的各种轧辊，服务并满足于国内各种轧机需求，通过与钢铁企业的合作与互动，建立战略联盟关系，深化技术交流与合作，共同立项研发课题，使上下游双方达成了一定的默契和协调，优化了市场资源和发展基础。
受轧辊行业火爆形势影响，大量的资金投入轧辊制造行业，扩建和新上一批轧辊制造企业。与此同时，国外轧辊制造企业也看中了中国轧辊业这块蛋糕，纷纷斥资在中国建立或合资兴建轧辊制造厂。据不完全统计，目前我国现有大大小小300多家轧辊厂，产出能力达到70万吨左右。
我国轧辊制造业经过几十年的发展，已取得较大成绩，主要表现在以下几方面：
一是产量有较大幅度的增长。随着轧钢产量的快速发展，轧辊制造业的产能和轧辊的产量也快速增长，对满足国内钢铁行业的需求和发展起到了积极的作用。
二是产品质量合格率稳定提高。以2007年上半年统计数据，主要铸铁轧辊综合质量合格率为94.06%，比2006年同期提高0.56%。
三是生产轧辊的品种结构有所变化。轧辊生产逐渐向板带等优质轧辊集中，特别是用于板带行业的高等级轧辊产量，近年来增长最为迅速。目前，中钢邢机所生产的用于现代化板带轧机轧辊已占到各类轧辊产量的70%以上。
四是轧辊出口创汇大幅度增长。2007年上半年，在被统计的31家企业中有9个单位出口铸铁轧辊3430吨，比去年同期增长75%。2007年中钢邢机完成各类轧辊出口创汇4000万美元。
但是也应该看到，国内的轧辊企业虽然在产量上不断扩大，但在品种结构调整却没有完全跟上钢铁工业技术进步、结构优化调整的步伐，高端轧辊生产能力明显不足。如高速钢、半高速钢轧辊，目前国内仅有中钢邢机具备批量生产能力，市场占有量较低；宽带冷连轧机用高质量轧辊，国内只有中钢邢机、常冶具备工作辊、中间辊批：量供货能力，而对于大型支承辊目前只有一重、二重以及中钢邢机等具备生产能力且产能难以满足市场需求。有些高等级板材的轧制还依赖进口轧辊，特别是“十一五”期间新上的宽带钢生产线，板材精度要求较高，这方面的矛盾会显得更加突出。宝钢、鞍钢等大型钢铁企业宽板带轧机每年都要从国外进口轧辊，这也反映出我国轧辊总体制造水平还有待于进一步提高。因此，为现代化轧机配备高性能的轧辊成为我国轧辊制造业面临的新课题，而选择轧辊生产工艺和材质是制造不同种类高等级轧辊的关键。
二、中国轧辊制造技术现状
近几年，具有国际先进水平的轧机和轧制技术相继落户中国，推动了我国冶金轧辊制造装备和制造技术快速发展，使我们逐渐从早期的手工操作向自动化、智能化控制方向发展，无论从控制水平还是精度都得到大幅度提高，轧辊质量稳定提高。
1.铸造轧辊
在冶炼设备方面，对于铸铁轧辊，落后的冲天炉、反射炉已在上世纪末被陆续淘汰，代之以工频炉、中频炉，铁水质量改善，工作效率大大提高，工作环境净化，降低了工人的劳动强度。但目前国内工、中频炉冶炼主要还是采用酸性炉衬，不具备氧化、还原功能，降低铁水中的P、S含量受到一定限制，只能采用其他辅助手段进行降P脱S。铸钢轧辊因对钢水中P、S等杂质含量要求较严，一般冶炼采用电弧炉，随着轧辊对夹杂、气体含量要求的提高，铸钢轧辊的冶炼开始向电弧炉+钢包精炼炉冶炼发展，有些厂家还采用了保护浇注、真空浇注等先进生产工艺，进一步提高轧辊的内在质量。
在制造工艺方面，也从过去常法浇铸单一材质、半冲洗、全冲洗浇铸复合材质发展到今天的离心复合浇铸工艺、CPC复合制造以及喷射成型、热等静压成型、液态金属电渣复合等，目前以离心复合、全冲洗溢流复合为主要生产方式，CPC和其他——些先进的轧辊制造技术日前尚未形成生产能力。近年来，堆焊轧辊作为一种新型轧辊制造和修复方法，取得了快速发展，堆焊的品种主要包括铸钢、锻钢轧辊，堆焊方式已发展到目前的药芯焊丝堆焊、电刷涂镀、激光表面合金化和粘接轧辊等。有些轧辊品种实现了组合装配生产，如板带轧机的立辊、型钢万能机组组合辊等。针对型钢轧辊孔型深的特点，为保证孔型面磨损均匀，有些厂家采用了带槽铸造技术。为解决大型铸钢轧辊补缩问题，中钢邢机自主开发了无流浇注技术，使轧辊制造过程实现了顺序凝固，减少了中心疏松。
中钢邢机从德国GP公司引进了大型立式离心浇铸机及离心轧辊制造技术、增建了30吨、45吨电弧炉、70吨LF/VD钢包精炼炉以及多台中频、工频感应炉设备，已经建成大型铸钢轧辊、离心复合系列铸铁轧辊、大型复合铸钢支撑辊等优质轧辊生产线，其工艺、技术、装备代表着我国目前轧辊制造业的先进水平。另外，太钢和瑞典Akers、一重和德国依勒尔、宝钢和日立也实现了合资，外资和技术的引进，也使中国的轧辊制造技术快速发展。
在轧辊材质方面，铸铁轧辊由过去的冷硬铸铁、无限冷硬、冷硬球复等发展到目前的珠光体球铁、针状组织球铁、高NiCr无限冷硬铸铁、高Cr铸铁等新型轧辊材质，为适应不同轧机需要，各个材质的性能也在不断细化和提高，如适用于宽厚板轧机、炉卷轧机及带钢热连轧机的高NiCr无限冷硬铸铁，适用于带钢热连轧机粗轧、精轧前段的高Cr铸铁工作辊、宽厚板轧机高Cr铁上作辊及平整轧机用高Cr铁工作辊。为满足市场需求，在品种优化的同时，产品性能也向更高层次发展，如改进型高镍铬无限冷硬铸铁、改进型高Cr铸铁等材质新品种的开发和推广。铸钢轧辊过去一直采用的是低合金的普通铸钢、半钢材质，随着轧辊性能要求的提高，铸钢轧辊在向高合金方向发展，如在板带轧机两辊粗轧工作辊及型钢轧机开坯辊上用于替代常规铸钢材质的热作模具钢材质、热带钢精轧前段使用的高速钢材质、粗轧机架使用的高路钢、半高速钢材质、立辊使用的半钢材质、型钢万能轧机辊环使用的半钢、高碳半钢、高Cr铁、高Cr钢、高速钢材质等。根据轧机特点，为增加耐磨性，有些机架实现了以铁代钢，如型钢万能轧机的合金球铁BD辊。
在热处理方式上，过去有些轧辊基本不进行热处理，靠自然时效消除应力，如冷硬铸铁轧辊、普通铸钢轧辊系列，随着轧辊材质的发展，高合金的轧辊开始进行人工时效热处理，不仅用于消除铸造应力，更主要的是通过适宜的热处理，获得所需的轧辊使用性能，热处理一般采用箱式电阻炉或燃气炉。近年来，为进一步提高轧辊性能，差温、准差温热处理方式开始采用，差温热处理可将轧辊的工作层和芯部采用不同的热处理方式，获得优异的综合性能。目前，中钢邢机的优质复合轧辊和复合铸钢支撑辊均采用差温方式进行热处理。对于深开孔型的型钢轧辊，为保证轧辊的使用性能，采用了预开孔型热处理的生产方式。
2.锻钢轧辊
目前，我国锻钢轧辊主要应用于冷轧带钢工作辊、中间辊以及各类板带钢轧机支承辊，也用于带钢热连轧机小立辊、粗轧机架工作辊，初轧机及钢坯连轧机轧辊，H型钢万能轧机水平辊轴，棒线材轧机粗轧机架轧辊，无缝钢管轧机穿孔机架及轧管机前架轧辊，焊管轧机各类轧辊，有色金属板带材冷热轧工作辊、支承辊及铸轧辊，以及各类轧机辊道辊、夹送辊、校平辊、矫直辊等。产品制作一般经冶炼、铸锭及锻造，并通过热处理方法达到辊身、辊颈不同的性能要求。
(1)钢锭冶炼
锻钢轧辊的发展离不开轧辊毛坯生产技术的进步，钢锭冶炼作为决定轧辊最终使用性能的重要工艺步骤然被高度重视起来。钢水的纯净度对锻钢轧辊的使用性能特别是抗事故性能有重要的影响，存在于轧辊锻坯中的非金属夹杂物、有害气体(如[H)等)以及碳化物的偏析都有可能成为剥落或断辊的裂纹源。目前，我国锻钢轧辊常用的冶炼方法主要有以下几类：
电炉冶炼，主要适用于一些合金含量较低的锻钢热轧辊以及矫直辊、辊道辊、夹送辊等一般用途轧辊。现在大型轧辊企业制做锻钢轧辊时，电炉一般仅用作熔炼设备，所需成分的精炼和最终成分精确调整均在炉外钢包精炼的第二阶段进行。
电炉冶炼+炉外钢包精炼，主要适用于锻钢支承辊、合金含量较高的锻钢热轧辊以及部分冷轧工作辊。钢包精炼工艺可满足Cr5材质以下大部分黑色和有色金属轧制用冷轧辊的制作使用要求。1996年邢机公司研制成功并形成了批量生产钢包精炼冷轧辊的能力，开辟了国内首条钢包精炼冷轧辊生产线，产品在武钢、攀钢等厂家冷轧机上机实轧，取得了与电渣重熔冷轧辊相当的使用效果。目前，中钢邢机具备Cr2、Cr3、Cr4等系列钢包精炼冷轧辊的生产能力。
电炉冶炼+电渣重熔，主要适用于冷轧工作辊、高合金有色热轧辊以及铸轧辊套等特殊用途轧辊。电渣重熔属二次熔炼，制造周期长，需要消耗大量电能，使冷轧辊的制造成本提高，但对于偏析程度相对严重的Cr5等高材质冷轧辊钢，电渣重熔冶炼铸锭工艺还是不可缺少的。目前，中国带材冷轧工作辊及中间辊生产基本经过电渣重熔工序。
电炉冶炼+钢包精炼+电渣重熔，用于现代化连轧机用高性能冷轧工作辊。中钢邢机是目前世界范围内唯一采用这种“双精炼”冶炼方式生产锻钢冷轧辊的厂家，这种钢锭冶炼方式兼备电渣重熔和钢包精炼两种方式的优点，是目前冷轧辊常规冶炼方式中的最高配置，材料的冶金质量达到最优，最大限度地保证了产品的最终使用性能。
(2)辊坯锻造
锻造工序是锻钢轧辊制造过程中承上启下的重要环节。一方面，它通过辊坯的锻造成形过程消除铸态组织粗大的树枝状晶，细化晶粒，焊合钢锭内部疏松、气泡、裂纹等宏观缺陷，密实金属组织，提高材料的强韧性；另一方面，由于锻钢轧辊材质合金含量不断提高，成分和组织偏析程度相对更为严重，液析碳化物量以及碳化物带状倾向增大，因此更为重要的是通过锻造加热及变形工艺的合理制定，充分溶解、破碎、改善碳化物及非金属夹杂物在钢中的分布，降低偏析程度，均匀组织，提高材料的使用性能，并为后续的热处理工序奠定良好的基础。
目前，随着冷轧辊材质的发展，Cr8、热作模具钢、半高速钢、高速钢等新型锻钢轧辊逐步推广使用，轧辊材料的合金含量越来越高，锻造难度大大增加，锻造内部裂纹导致的超声波探伤超标成为制约锻钢轧辊成品率提高的主要因素。因此在我国，以内裂控制为核心的高合金冷轧辊坯控制锻造工艺技术正逐步发展起来。充分利用扩散均质化、高温停锻以及裂纹自修复原理，通过合理设定锻造温度、安排锻造火次、控制镦粗与终锻变形量，达到最大限度控制辊坯内裂的目的，提高辊坯超声波探伤合格率。
(3)热处理
锻钢轧辊通过热处理达到辊身、辊颈不同的性能要求，在辊坯质量保证的前提下，热处理直接决定了产品使用性能。锻钢轧辊根据不同使用性能要求，热处理种类很多，一般分为预备热处理和最终热处理两类。
预备热处理一般包括锻前加热时高温扩散退火，锻后正火、球化退火以及扩氢处理等，粗加工后调质处理，还包括针对辊颈表面硬度较高(≥HSD50)产品的辊颈强化处理。最终热处理主要有整体处理、感应加热淬火、差温热处理以及准差温加热淬火。整体处理包括调质、正火及整体淬火，主要用于初轧辊等辊身硬度要求较低(小于HSD50)的轧辊、多辊轧机用辊等小型冷轧辊以及辊轴、辊套类产品。
感应加热淬火分为连续式感应加热、整体感应加热两种方式，主要用于辊身硬度较高的冷轧辊以及规格在中1000mm以下的支承辊、有色热轧辊。按感应器类型不同，又分为单工频、中频、工频双感应器、双工频、双频等多种淬火工艺方式。目前，我国大型锻钢冷轧工作辊的最终热处理大多采用双频连续式感应淬火方式，对于合金含量相对较高的产品一般应经深冷处理控制残奥、提高硬度及淬硬层深度，并保证工作层组织的稳定性。产品辊身硬度均匀性可达到2HS以内，淬硬层深度最高可达到半径方向50mm以上。
差温及准差温热处理方式主要适用于规格较大的支承辊与热轧辊(辊身硬度不小于HSD50)。目前，国内一重、二重、中钢邢机等企业均具备成熟的大型支承辊差温热处理技术。
总体来说，中国锻钢轧辊制造装备能力基本达到国际先进水平，同时锻钢冷轧辊、大型锻钢支承辊等高端产品的制造技术水平也与国际先进水平不相上下。但轧辊企业之间水平发展不均衡，只有少数大型企业掌握了先进的轧辊制作技术，——些小型企业装备较差，生产工艺落后，制造技术水平还有待提高。
3.检测与加工
在检测设备方面，我国有实力的大部分轧辊制造企业也同国外基本接轨，真空光电直读光谱仪、碳硫分析仪、远红外线分析仪、扫描电子显微镜、数字超声波探伤分析仪、大工件现场金相显微镜、现场肖氏、里氏硬度计等先进的检测设备，为产品质量提供了有力的技术保证。
在加工精度方面，随着我国轧钢装备的改造和不断从国外引进先进的轧机，轧机向自动化、连续化、重型化方向发展，对轧辊的几何尺寸、表面精度、机械性能要求更高，特别是近年来板带轧制向宽、薄、平方向发展，对轧辊的精度提出特别要求，许多轧机的精度要求已达到微米级，目前国内许多轧辊制造企业已开始加工设备的数控化，不仅提高加工精度，也使加工效率大幅提高。
电渣冶金法制造高性能轧辊大有可为
电渣冶金法制造高性能轧辊大有可为
来源：中国钢铁新闻网 作者： 发布时间：2008.06.25
轧辊是轧机的重要部件之一，是轧钢行业的大宗消耗件。轧辊质量的优劣直接影响着轧钢生产的效率、工艺的合理性及所轧制产品的质量和经济性。如何提高轧辊的性能和使用寿命，以适应现代轧钢业发展的需要是当今轧辊制造业所面临的重要课题。轧制技术自动化、连续化、重型化的不断发展，对轧辊的性能提出了更高的要求。近年来，国内外轧辊制造业在不断研究和开发各种新型轧辊材料的同时，对轧辊制造工艺进行了大量的研究和开发，以期制造出性能优良的轧辊，满足现代轧辊业发展的需要。
电渣冶金，性能优越的精炼工艺
电渣冶金是金属及其合金的一种特殊熔炼方法。它是一种利用强电流通过渣池区域所产生的焦耳热将固态渣熔化成液态熔渣，自耗电极（或液态金属）在高温液态渣池中逐渐熔化和精炼的方法。电渣冶金与其他冶金方法的不同之处在于，在电渣冶金过程中，自耗电极的熔化、钢—渣的冶金反应、钢液的结晶、铸锭的形成等都是在一个连续的工作程序中进行的。其冶金特点是:重熔或熔铸始终在液态渣层下进行，与大气隔绝而不会被污染；液态金属在铜制水冷结晶器中凝固不与耐火材料接触；反应温度高；钢渣充分接触；渣池强烈搅拌；钢渣界面电毛细震荡以及顺序结晶。
因此，电渣冶金是一种二次精炼工艺，是一种在水冷铜结晶器内进行的，有冶金炉渣参与反应的净化性重熔与熔铸过程，因此也叫做电渣精炼。
电渣冶金技术的发展，使其已派生出了许多分支，目前的电渣冶金包括电渣重熔、电渣熔铸、电渣浇注、电渣转注、电渣自熔模、电渣离心浇铸、电渣热封顶、电渣焊接、电渣复合等技术及新近开发的可控气氛电渣冶金等新技术。
电渣冶金由于它本身的特点，具有一系列特性：一是性能优越，电渣产品金属纯净度高、组织致密、成分均匀、表面光洁，产品使用性能优异；二是生产灵活，电渣重熔可生产各种圆锭、方锭、扁锭和空心锭以及圆管、方管等产品，还可以生产各种异形产品和双金属复合产品，所熔铸的异形铸件从几克重到150吨重，还有几十吨重的复合轧辊；三是工艺稳定，其质量与性能的再现性高，稳定性好；四是经济合理，设备简单、操作方便、生产费用低、金属成材率高；五是过程可控，过程控制参量较少且易于实现，便于自动化；六是质量可控，对产品微量的化学成分、夹杂物的形态及性质、晶粒尺寸、结晶方向、显微偏析、碳化物颗粒度及结构等都能予以控制。
用电渣冶金工艺制造高性能轧辊
在现代轧辊制造中，通常低负荷的热轧辊用铸造辊，而承受大负荷的热轧辊及表面质量要求高的冷轧辊均用锻造辊。随着轧制技术自动化、连续化、重型化的不断发展，轧制速度的提高及轧制负荷的增大，对热轧辊而言要求具有更高的抗冲击负荷及抗热冲击的能力，以及在热应力及反复负荷作用下的抗疲劳性能。对冷轧辊而言，由于轧制产品表面光洁度要求的提高，除要求轧辊有足够的表面硬度及淬透深度以保证耐磨性外，还要求材质成分及组织高度均匀，金属致密，确保轧辊表面硬度均匀以保证轧制产品的表面光洁度。
为了满足现代轧制工业对高性能轧辊的要求，人们向电渣冶金领域进行开发，以制造出高性能的轧辊。当前世界上应用电渣冶金法生产轧辊有四种形式：电渣重熔法、电渣熔铸法、电渣熔铸堆焊复合法及液态金属电渣连续复合法。
虽然电渣冶金有许多优点，但电渣冶金也存在着局限性，如熔炼和凝固速度偏低、自耗电极氧化、熔渣吸气以及活泼金属的氧化等，且生产工艺流程较一般炼钢方法复杂，电耗高，重熔费用高，生产效率低。
因此，近年来国内外均在开展各种研究工作，不断研究开发出新的工艺技术途径来加以改进，以求克服上述缺陷，降低电耗，提高生产效率，改善产品质量。目前，在国内外电渣冶金工作者的不懈努力下，电渣冶金技术又有了新的突破，相继开发出了可控气氛电渣冶金、电渣表面镀膜、洁净金属喷射成形、高压下电渣重熔、导电结晶器电渣冶金、快速电渣重熔等技术，其中适合轧辊制造的技术主要是快速电渣重熔和导电结晶器电渣冶金技术。
应大力推进研究成果产业化
我国是世界上最早进行电渣冶金技术研究、开发和应用的国家，是目前世界上仅有的完全掌握和独立发展电渣冶金技术的少数几个国家之一。在电渣冶金制造轧辊技术方面，我国目前主要采用电渣重熔法制造冷轧辊用钢锭，然后经锻造后制造冷轧辊，小部分小型轧辊制造企业采用电渣熔铸工艺制造小型整体冷轧辊。在采用电渣熔铸工艺制造热轧辊上，国内有关单位进行了研究和开发工作，如采用电渣球墨铸铁和30号钢进行电渣熔铸复合轧辊，采用双臂交替抽锭式电渣炉制造了?准750毫米×1430毫米的辊身为球墨铸铁，辊颈和接头为30号钢的双金属复合轧辊，开发了多种电渣冶金制造轧辊工艺等。在新型电渣复合工艺的研究开发上，国内已有十多家单位在从事该项工作，已开发了液态电渣复合法、熔铸熔焊复合法制造复合轧辊新工艺，目前已取得了良好的效果。
我国在电渣冶金工艺技术的研究开发上虽然获得了一定的突破，但在生产应用方面与国外尚存在很大差距。目前国内除在冷轧辊用钢锭和小型冷轧辊的制造上得到了一定的应用外，在热轧辊制造和热轧辊复合上的应用较少。因此，加强技术推广，加快产业化步伐，缩小我国与国外的差距，是目前我国轧辊研究和轧辊制造业的当务之急。
来源：中国钢铁新闻网 作者： 发布时间：2008.06.25
轧辊是轧机的重要部件之一，是轧钢行业的大宗消耗件。轧辊质量的优劣直接影响着轧钢生产的效率、工艺的合理性及所轧制产品的质量和经济性。如何提高轧辊的性能和使用寿命，以适应现代轧钢业发展的需要是当今轧辊制造业所面临的重要课题。轧制技术自动化、连续化、重型化的不断发展，对轧辊的性能提出了更高的要求。近年来，国内外轧辊制造业在不断研究和开发各种新型轧辊材料的同时，对轧辊制造工艺进行了大量的研究和开发，以期制造出性能优良的轧辊，满足现代轧辊业发展的需要。
电渣冶金，性能优越的精炼工艺
电渣冶金是金属及其合金的一种特殊熔炼方法。它是一种利用强电流通过渣池区域所产生的焦耳热将固态渣熔化成液态熔渣，自耗电极（或液态金属）在高温液态渣池中逐渐熔化和精炼的方法。电渣冶金与其他冶金方法的不同之处在于，在电渣冶金过程中，自耗电极的熔化、钢—渣的冶金反应、钢液的结晶、铸锭的形成等都是在一个连续的工作程序中进行的。其冶金特点是:重熔或熔铸始终在液态渣层下进行，与大气隔绝而不会被污染；液态金属在铜制水冷结晶器中凝固不与耐火材料接触；反应温度高；钢渣充分接触；渣池强烈搅拌；钢渣界面电毛细震荡以及顺序结晶。
因此，电渣冶金是一种二次精炼工艺，是一种在水冷铜结晶器内进行的，有冶金炉渣参与反应的净化性重熔与熔铸过程，因此也叫做电渣精炼。
电渣冶金技术的发展，使其已派生出了许多分支，目前的电渣冶金包括电渣重熔、电渣熔铸、电渣浇注、电渣转注、电渣自熔模、电渣离心浇铸、电渣热封顶、电渣焊接、电渣复合等技术及新近开发的可控气氛电渣冶金等新技术。
电渣冶金由于它本身的特点，具有一系列特性：一是性能优越，电渣产品金属纯净度高、组织致密、成分均匀、表面光洁，产品使用性能优异；二是生产灵活，电渣重熔可生产各种圆锭、方锭、扁锭和空心锭以及圆管、方管等产品，还可以生产各种异形产品和双金属复合产品，所熔铸的异形铸件从几克重到150吨重，还有几十吨重的复合轧辊；三是工艺稳定，其质量与性能的再现性高，稳定性好；四是经济合理，设备简单、操作方便、生产费用低、金属成材率高；五是过程可控，过程控制参量较少且易于实现，便于自动化；六是质量可控，对产品微量的化学成分、夹杂物的形态及性质、晶粒尺寸、结晶方向、显微偏析、碳化物颗粒度及结构等都能予以控制。
用电渣冶金工艺制造高性能轧辊
在现代轧辊制造中，通常低负荷的热轧辊用铸造辊，而承受大负荷的热轧辊及表面质量要求高的冷轧辊均用锻造辊。随着轧制技术自动化、连续化、重型化的不断发展，轧制速度的提高及轧制负荷的增大，对热轧辊而言要求具有更高的抗冲击负荷及抗热冲击的能力，以及在热应力及反复负荷作用下的抗疲劳性能。对冷轧辊而言，由于轧制产品表面光洁度要求的提高，除要求轧辊有足够的表面硬度及淬透深度以保证耐磨性外，还要求材质成分及组织高度均匀，金属致密，确保轧辊表面硬度均匀以保证轧制产品的表面光洁度。
为了满足现代轧制工业对高性能轧辊的要求，人们向电渣冶金领域进行开发，以制造出高性能的轧辊。当前世界上应用电渣冶金法生产轧辊有四种形式：电渣重熔法、电渣熔铸法、电渣熔铸堆焊复合法及液态金属电渣连续复合法。
虽然电渣冶金有许多优点，但电渣冶金也存在着局限性，如熔炼和凝固速度偏低、自耗电极氧化、熔渣吸气以及活泼金属的氧化等，且生产工艺流程较一般炼钢方法复杂，电耗高，重熔费用高，生产效率低。
因此，近年来国内外均在开展各种研究工作，不断研究开发出新的工艺技术途径来加以改进，以求克服上述缺陷，降低电耗，提高生产效率，改善产品质量。目前，在国内外电渣冶金工作者的不懈努力下，电渣冶金技术又有了新的突破，相继开发出了可控气氛电渣冶金、电渣表面镀膜、洁净金属喷射成形、高压下电渣重熔、导电结晶器电渣冶金、快速电渣重熔等技术，其中适合轧辊制造的技术主要是快速电渣重熔和导电结晶器电渣冶金技术。
应大力推进研究成果产业化
我国是世界上最早进行电渣冶金技术研究、开发和应用的国家，是目前世界上仅有的完全掌握和独立发展电渣冶金技术的少数几个国家之一。在电渣冶金制造轧辊技术方面，我国目前主要采用电渣重熔法制造冷轧辊用钢锭，然后经锻造后制造冷轧辊，小部分小型轧辊制造企业采用电渣熔铸工艺制造小型整体冷轧辊。在采用电渣熔铸工艺制造热轧辊上，国内有关单位进行了研究和开发工作，如采用电渣球墨铸铁和30号钢进行电渣熔铸复合轧辊，采用双臂交替抽锭式电渣炉制造了?准750毫米×1430毫米的辊身为球墨铸铁，辊颈和接头为30号钢的双金属复合轧辊，开发了多种电渣冶金制造轧辊工艺等。在新型电渣复合工艺的研究开发上，国内已有十多家单位在从事该项工作，已开发了液态电渣复合法、熔铸熔焊复合法制造复合轧辊新工艺，目前已取得了良好的效果。
我国在电渣冶金工艺技术的研究开发上虽然获得了一定的突破，但在生产应用方面与国外尚存在很大差距。目前国内除在冷轧辊用钢锭和小型冷轧辊的制造上得到了一定的应用外，在热轧辊制造和热轧辊复合上的应用较少。因此，加强技术推广，加快产业化步伐，缩小我国与国外的差距，是目前我国轧辊研究和轧辊制造业的当务之急。
2009年1月7日星期三
努力打造全球大型铸锻件主要生产基地
努力打造全球大型铸锻件主要生产基地 【张国宝同志在一重中层干部座谈会上的讲话】 2006年12月30日，一重15000吨水压机竣工投产时，我曾来到这里，与大家交流看法。当时，一重提出2007年产值目标达到80亿，经过一年多努力，一重超额完成任务，总产值达到85亿元，效益也大大提高，缴税8亿，利润超过12亿元。一重取得了很大成绩，进入了企业发展史上最辉煌的时期，希望你们抓住机遇，乘势而上，推动企业实现跨越式发展，为国家建设和装备国产化做出更大贡献。近年来，在重大装备国产化工作中，大型关键铸锻件依靠进口供货，且受到国外供货能力和一些外交问题上的制约，国产件能力、质量难以满足需求，已成为重大装备制造业发展的瓶颈。下面，我对大型铸锻件行业的发展谈几点看法。 一、重大装备极端化趋势对大型铸锻件行业提出了更高要求 当前，装备制造业的一个突出技术发展趋势是极端制造，一方面是朝超微超精发展，另一方面是朝超大发展。以发电设备为例，火电机组今后发展将以60万千瓦和100万千瓦级的超临界、超超临界机组为主；核电将以百万千瓦级以上机组为主；水电将以混流式70万千瓦及70万千瓦以上机组和用于抽水蓄能的轴流式机组为主。电力、石化、冶金等领域装备大型化、复杂化对大型铸锻件行业提出了更高要求。我这里举几个例子。 一是核电核岛铸锻件。核岛部分的压力壳、蒸汽发生器、稳压器的壳体和管板普遍采用低合金钢锻件。在百万千瓦级核电机组中，无论是二代加，还是三代AP1000、EPR，都含有大量技术要求高、规格大、形状复杂的铸锻件。其中压力容器整体顶盖、下封头、锥形筒体等形状复杂的锻件都需要整体锻造。此外，特厚饼形件的蒸发器管板锻造以及主泵泵壳、主管道等不锈钢铸锻件的制造难度也都很大。 二是百万千瓦级核电机组常规岛低压整体转子锻件。这是目前世界上所需钢锭最大、锻件毛坯重量最大、截面尺寸最大、技术要求最高的实心锻件，是代表热加工最高综合技术水平的产品。转子重量为170吨，需600吨级钢锭。目前，国外只有JSW（日本制钢所）具备制造能力。 三是超纯净汽轮机低压转子锻件。为满足超超临界汽轮机组高参数设计要求，其回火脆性是技术关键，目前国内尚属空白。国外已用超纯净35NiCrMoV钢取代传统用钢，钢锭必须采用真空精炼和真空浇注，以保证化学成分的纯净和均匀性。 四是高中压复合转子锻件。超临界机组高中压复合转子要求制造兼具高中压功能的复合转子，难点是要求整体转子两端有不同的性能。该技术的关键是选择合适的化学成分，采用特殊的热处理方法。国外更多采用超纯净冶炼技术和新材料，转子重量在100吨左右，所需钢锭超过了200吨。 五是大型混流式水轮机铸锻件。三峡工程采用的70万千瓦机组是目前世界上最大功率等级的水轮机组，其不锈钢水轮机转轮直径达到了9.8米，重量达500吨，上冠、下环和叶片不仅需要大容量的不锈钢冶炼设备和精炼钢水设备，而且对冶炼工艺要求也很高。三峡工程中主要依靠进口，国内只有鞍重、大重华锐等少数企业攻关成功。目前，三峡开发总公司正在论证乌东德、白鹤滩电站采用100万千瓦水轮机组的可行性，一旦实施，对水电大型铸锻件要求又将是新突破。
六是大型抽水蓄能水轮机铸件。大型轴流式水轮机叶片铸件的制造是关键。这种叶片通常采用不锈钢制造，尺寸大，各处截面尺寸相差很大，型线要求严格，重达几十吨，对炼钢、浇铸、热处理设备和工艺都有特殊要求。 在石化、冶金装备和造船领域，也是如此。如大型锻焊结构加氢反应器，一重生产的世界最大的单台重量已超过2000吨。 5.5米中厚板轧机的支撑辊净重230吨，也需要600吨级钢锭，国内不具备生产能力；其机架作为整体铸件，净重410吨。组合式船用曲轴长度可达18米，重量达到300吨。这些例子都是一些典型产品，今后重大技术装备的发展还会催生出规格更大、工艺更复杂、技术含量更高的大型铸锻件。 二、国内大型铸锻件能力水平与国际先进水平相比仍有一定差距 世界上大型铸锻件的生产能力主要集中在日本、韩国、欧洲和中国。日本每年锻件生产量在75万吨左右，韩国产量在90万吨左右。国际上在大型铸锻件生产制造方面处于先进水平的企业主要有JSW、法国克鲁索、韩国斗山重工等。其中JSW整体技术水平世界领先，2007年产锻件8.7万吨，它拥有600吨级钢锭制造能力，装备有两台300吨炼钢天车、100吨电渣重熔炉。法国克鲁索公司拥有空心钢锭制造技术，在筒形锻件制造上独占鳌头。斗山重工生产能力世界最大，2007年生产锻件12万吨。 我国能够提供大型铸锻件的主要企业是一重、二重和上重。2007年一重锻件产量11万吨，二重7万吨，上重5万吨。在劳动生产率方面，国内企业与国外先进企业仍有较大差距。拿一重与韩国斗山相比，2007年一重产值约12亿美元，斗山48亿美元，一重职工超出10000人，斗山只有5000人左右，相比而言，一重的劳动生产率仅相当于斗山的1/8。在技术水平方面，中国企业也有一定差距，部分大型、复杂铸锻件尚未攻关成功，只能依靠进口。在生产能力上，也无法满足国内旺盛的市场需求。像火电设备汽轮机、发电机每年需要的转子几百根，前几年80%以上都依靠进口。这么大的市场拱手让人，其中原因既有水平不行，也有能力不足。 三、大型锻件市场需求巨大，国内外供不应求 未来10～15年将是我国推进工业化的关键时期，电力、石化、冶金、船舶等行业都将继续快速发展，孕育着对大型铸锻件的空前需求。 在核电装备领域，根据我国核电中长期发展规划，到2020年核电装机容量将达到4000万千瓦，实际可能还会有所突破。近两年已经或即将开工建设的二代改进型和三代百万千瓦级核电机组在20台以上。法国在其核电建设高峰期最多年份开工建设10台左右，我国每年开工建设量将会创造世界核电发展史上新记录。一套百万千瓦压水堆核电机组核岛部分的反应堆压力容器、蒸汽发生器和稳压器的壳体及管板、主管道锻件按3亿元计算，平均每开工建设10台核电机组，大型铸锻件市场就在30亿元以上。此外，核电常规岛部分也需要大量的铸锻件。 在火电装备领域，到2007年年底，全国7.13亿千瓦装机容量中火电占到了77%以上，特别是近年新增装机中，80%以上是火电。按照现在发展态势，今后，我国火电建设速度将会适当放缓。即便如此，未来若干年每年火电装机也都会维持在大约5000万千瓦。按每台大型燃煤机组需要大型锻件200吨计算，预计每年火电锻件年均需求量在2万吨左右。 在水电装备领域，按水电发展规划，国内15年内将新增单机容量50万千瓦及50万千瓦以上大型水电机组近400台，每年平均新装30台50万千瓦及50万千瓦以上大型水电机组，每台大型水电机组需要大型锻件200～240吨，年锻件市场需求在6000～7200吨。 在石化装备领域，预计我国原油加工能力2010年达到4亿吨，2020年达到5亿吨左右。为此，将新建和改造20多个千万吨级大型炼油厂，预计每年需锻焊结构的厚壁重型容器30台左右，其中千吨级以上加氢反应器占1/3。 在煤化工装备领域，神华集团已在内蒙古开工建设我国第一座年产油品500万吨的煤液化工程，一期工程第一条线为100万吨/年。每套100万吨/年的装置需要加氢反应器12台，其中2000吨级超大型加氢反应器就有4台。此外，煤制烯烃、甲醇、二甲醚、合成气等煤化工项目也都需要大量的反应容器。
在冶金设备领域，随着钢铁工业的技术升级和结构调整步伐进一步加快，预计"十一五"期间，每年冷热连轧机新建和配件所需锻钢支承辊约700支左右，毛坯锻件约5万吨（每支毛坯锻件重70吨）；每年中厚板轧机锻钢支承辊新建和配件约150支（每支毛坯锻件重100吨），毛坯锻件约1.5万吨。热轧工作辊每年需要毛坯锻件约3万吨。合计起来，每年需在万吨级水压机上生产的大型轧辊毛坯锻件接近10万吨。 在船舶装备领域，2007年中国承接新船订单已占世界市场份额42.5%，成为世界造船史上第一个订单量超亿吨的造船大国，未来几年，我国造船能力也会成长为全球第一。预计到2010年，国内每年将需要大型船用曲轴300根以上，平均每年需要在万吨级水压机上生产的毛坯锻件需求量超过2万吨。 国际上大型铸锻件近期明显供不应求，很多主机厂的生产进度受到大型铸锻件的影响和制约。JSW、斗山重工等大型铸锻件生产企业都是满负荷生产，订单排到几年后。甚至有消息传出，GE、西屋、法玛通三家核电技术装备供应商对JSW不能按时提供锻件提出意见，称其已经制约了世界核电事业的发展。 四、不能靠买国外大型铸锻件支撑我国核电事业发展 我国作为一个发展中大国，今后一段时期，依然面临繁重的能源建设任务。核电是一种技术成熟的清洁能源。与火电相比，核电不排放二氧化硫、烟尘、氮氧化物和二氧化碳。以核电替代部分煤电，不但可以减少煤炭的开采、运输和燃烧总量，而且是电力工业减排污染物的有效途径，也是减缓地球温室效应的重要措施。随着全球对气候变暖问题的日益重视，核电在能源结构调整中将发挥积极而且重要的作用。 目前，世界上33个国家和地区共有440多台核电机组在运行，核电装机总量已达到3.6亿千瓦，核电发电量占总发电量的17%。全球有16个国家和地区的核电发电量占总发电量的比重超过25%，其中法国高达77%、比利时达50%、欧盟为35%、日本为34%、美国为20%、俄罗斯为15%，我国还不足2%。 最近，我国南方发生的低温、雨雪冰冻灾害提示我们要进一步调整优化电力结构，发展核电等清洁能源，减少温室气体排放。同时，也要求我们合理提高中心负荷地区的供电能力，降低煤炭运输压力，把加快推进核电建设落实到具体行动中。 根据规划和当前形势，未来10～15年，我国核电将会迎来世界核电建设史上前所未有的大发展。这样一块容量大、技术含量高的市场对国内装备制造业提出了新的挑战，其中大型铸锻件的研制又是重中之重，是最有可能制约核电建设进度的卡脖子问题。我们不能指望依靠买国外大型铸锻件支撑我国核电发展。一是因为买国外的大型铸锻件，价格至少高出30%～50%；二是国外铸锻件生产企业任务也很满，交货周期长；三是关键时候想买也买不来。这里，我举两个例子。 一个是关于红沿河一期工程核岛锻件。东方电气集团和上海锅炉厂于2006年7月和11月分别向JSW订购了红沿河一期工程的核岛锻件。按合同要求，反应堆压力容器的一体化顶盖和接管段筒体的第一批锻件应于2007年9月到港；但日本政府以目前“中日原子能协定的少量补充条款尚未达成一致”为由，拒绝了JSW出口许可证的申请。中日两国政府于1985年签订和平利用核能协定，2005年8月，在第三代核电招标期间，日方提出了 “关于中日核电项目保障监督问题”，提出了“全面跟踪、全面保障和违约返还”等要求，未能与中方达成一致。2006年，日方放弃了“全面保障和违约返还”的要求，但仍坚持对所谓“作为副产品回收或产生的特殊裂变材料”的全程跟踪，双方磋商陷入僵局。在此情况下，日本停止执行两国间核能协定，拒绝受理核电大锻件的出口许可申请，延误了红沿河一期工程的设备制造进度，目前尚未得到解决。 还有，海阳项目的常规岛低压转子锻件问题。三门、海阳两个AP1000项目常规岛招标范围不同，三门常规岛是整岛招标，海阳项目常规岛招标范围仅限汽轮发电机组及其配套系统，其他设备由业主采购。这两个项目都由三菱牵头的三菱－哈电联队中标，三菱提出鉴于JSW低压转子锻件供货进度问题，只能保证三门项目两台低压转子锻件的供货进度，而海阳项目的两台低压转子锻件均比进度要求晚8～9个月，并向中方提出了提高价格和扩大供货范围要求，最终海阳项目低压转子锻件供货期推迟，价格上涨了3000万元。
另外，国际上主要核电设备供应商都认识到了大型铸锻件供货难问题，法国的法玛通已并购了克鲁索，克鲁索的锻件今后将优先保证法玛通的需要。这些事例让我们更加清醒地认识到，中国核电发展不能指望别人，必须要依靠自己的力量突破大型铸锻件制约。 五、齐心协力推动我国成为全球大型铸锻件的主要供货地 国家发展改革委全力支持一重、二重、上重等大型铸锻件制造企业的加快发展。我认为，国内骨干企业现在搞技术改造，建成后从技术水平到生产规模都要引领全球。2007年，国家发展改革委批准一重实施的铸锻钢基地及大型铸锻件自主化改造项目，在能力水平上都瞄准了世界一流。项目建成后，一重将形成年产钢水50万吨、锻件24万吨、铸钢件6万吨的生产能力。届时，可一次提供钢水700吨，浇注最大双真空钢锭600吨，最大铸件500吨，提供最大锻件400吨。2007年11月底，我们还在北京召集有关方面开会，协调一重技术改造项目进度，要求各有关方面要保证按计划完成各自承担的任务，确保一重改造项目顺利推进。今后，我们还将对一重、二重、上重等企业一如既往地给予支持。 这次调研一同前来的还有中广核集团和哈电集团的负责同志。中广核在红沿河、宁德项目上大力支持使用国产设备，这两个项目总体国产化率将达到80%，实现了新突破。希望你们进一步支持核电锻件国产化，与一重等国内企业建立更加紧密的合作关系，突破锻件制约，这将有利于核电建设降低投资，保证工期。 哈电集团作为主机企业，要把大型铸锻件作为技术战略的重要组成部分，放在突出位置考虑，尽快与国内企业签订供货合同，结成战略联盟。 大型铸锻件的生产需要硬件与软件的结合，技术与经验的结合，特别是核电锻件技术上有很大难度，一重等企业在研制中遇到的问题充分说明这绝非易事。能不能建成世界一流的铸锻钢生产基地，内因是关键，最重要的还是重机企业自己要争气。国外同行也都在积极应对旺盛的市场需求带来的机遇和挑战，JSW斥巨资进行更新改造，法玛通并购克鲁索等都是具体应对举措。突破大型铸锻件的核心技术问题，在战略上要藐视，要有必胜信心，在战术上要重视，全力应对。希望一重和国内其他重机企业以全球眼光、世界胸怀，抓住国内外市场机遇，开拓进取，胆子再大一点，步子再快一点，改革再深入一些，尽快提高国内大型铸锻件技术水平和生产能力。不仅服务于国内经济建设，同时积极开拓国际市场，努力使中国成为全球大型铸锻件的主要供货地，为实现我国装备制造业由大到强转变做出更大贡献！
六是大型抽水蓄能水轮机铸件。大型轴流式水轮机叶片铸件的制造是关键。这种叶片通常采用不锈钢制造，尺寸大，各处截面尺寸相差很大，型线要求严格，重达几十吨，对炼钢、浇铸、热处理设备和工艺都有特殊要求。 在石化、冶金装备和造船领域，也是如此。如大型锻焊结构加氢反应器，一重生产的世界最大的单台重量已超过2000吨。 5.5米中厚板轧机的支撑辊净重230吨，也需要600吨级钢锭，国内不具备生产能力；其机架作为整体铸件，净重410吨。组合式船用曲轴长度可达18米，重量达到300吨。这些例子都是一些典型产品，今后重大技术装备的发展还会催生出规格更大、工艺更复杂、技术含量更高的大型铸锻件。 二、国内大型铸锻件能力水平与国际先进水平相比仍有一定差距 世界上大型铸锻件的生产能力主要集中在日本、韩国、欧洲和中国。日本每年锻件生产量在75万吨左右，韩国产量在90万吨左右。国际上在大型铸锻件生产制造方面处于先进水平的企业主要有JSW、法国克鲁索、韩国斗山重工等。其中JSW整体技术水平世界领先，2007年产锻件8.7万吨，它拥有600吨级钢锭制造能力，装备有两台300吨炼钢天车、100吨电渣重熔炉。法国克鲁索公司拥有空心钢锭制造技术，在筒形锻件制造上独占鳌头。斗山重工生产能力世界最大，2007年生产锻件12万吨。 我国能够提供大型铸锻件的主要企业是一重、二重和上重。2007年一重锻件产量11万吨，二重7万吨，上重5万吨。在劳动生产率方面，国内企业与国外先进企业仍有较大差距。拿一重与韩国斗山相比，2007年一重产值约12亿美元，斗山48亿美元，一重职工超出10000人，斗山只有5000人左右，相比而言，一重的劳动生产率仅相当于斗山的1/8。在技术水平方面，中国企业也有一定差距，部分大型、复杂铸锻件尚未攻关成功，只能依靠进口。在生产能力上，也无法满足国内旺盛的市场需求。像火电设备汽轮机、发电机每年需要的转子几百根，前几年80%以上都依靠进口。这么大的市场拱手让人，其中原因既有水平不行，也有能力不足。 三、大型锻件市场需求巨大，国内外供不应求 未来10～15年将是我国推进工业化的关键时期，电力、石化、冶金、船舶等行业都将继续快速发展，孕育着对大型铸锻件的空前需求。 在核电装备领域，根据我国核电中长期发展规划，到2020年核电装机容量将达到4000万千瓦，实际可能还会有所突破。近两年已经或即将开工建设的二代改进型和三代百万千瓦级核电机组在20台以上。法国在其核电建设高峰期最多年份开工建设10台左右，我国每年开工建设量将会创造世界核电发展史上新记录。一套百万千瓦压水堆核电机组核岛部分的反应堆压力容器、蒸汽发生器和稳压器的壳体及管板、主管道锻件按3亿元计算，平均每开工建设10台核电机组，大型铸锻件市场就在30亿元以上。此外，核电常规岛部分也需要大量的铸锻件。 在火电装备领域，到2007年年底，全国7.13亿千瓦装机容量中火电占到了77%以上，特别是近年新增装机中，80%以上是火电。按照现在发展态势，今后，我国火电建设速度将会适当放缓。即便如此，未来若干年每年火电装机也都会维持在大约5000万千瓦。按每台大型燃煤机组需要大型锻件200吨计算，预计每年火电锻件年均需求量在2万吨左右。 在水电装备领域，按水电发展规划，国内15年内将新增单机容量50万千瓦及50万千瓦以上大型水电机组近400台，每年平均新装30台50万千瓦及50万千瓦以上大型水电机组，每台大型水电机组需要大型锻件200～240吨，年锻件市场需求在6000～7200吨。 在石化装备领域，预计我国原油加工能力2010年达到4亿吨，2020年达到5亿吨左右。为此，将新建和改造20多个千万吨级大型炼油厂，预计每年需锻焊结构的厚壁重型容器30台左右，其中千吨级以上加氢反应器占1/3。 在煤化工装备领域，神华集团已在内蒙古开工建设我国第一座年产油品500万吨的煤液化工程，一期工程第一条线为100万吨/年。每套100万吨/年的装置需要加氢反应器12台，其中2000吨级超大型加氢反应器就有4台。此外，煤制烯烃、甲醇、二甲醚、合成气等煤化工项目也都需要大量的反应容器。
在冶金设备领域，随着钢铁工业的技术升级和结构调整步伐进一步加快，预计"十一五"期间，每年冷热连轧机新建和配件所需锻钢支承辊约700支左右，毛坯锻件约5万吨（每支毛坯锻件重70吨）；每年中厚板轧机锻钢支承辊新建和配件约150支（每支毛坯锻件重100吨），毛坯锻件约1.5万吨。热轧工作辊每年需要毛坯锻件约3万吨。合计起来，每年需在万吨级水压机上生产的大型轧辊毛坯锻件接近10万吨。 在船舶装备领域，2007年中国承接新船订单已占世界市场份额42.5%，成为世界造船史上第一个订单量超亿吨的造船大国，未来几年，我国造船能力也会成长为全球第一。预计到2010年，国内每年将需要大型船用曲轴300根以上，平均每年需要在万吨级水压机上生产的毛坯锻件需求量超过2万吨。 国际上大型铸锻件近期明显供不应求，很多主机厂的生产进度受到大型铸锻件的影响和制约。JSW、斗山重工等大型铸锻件生产企业都是满负荷生产，订单排到几年后。甚至有消息传出，GE、西屋、法玛通三家核电技术装备供应商对JSW不能按时提供锻件提出意见，称其已经制约了世界核电事业的发展。 四、不能靠买国外大型铸锻件支撑我国核电事业发展 我国作为一个发展中大国，今后一段时期，依然面临繁重的能源建设任务。核电是一种技术成熟的清洁能源。与火电相比，核电不排放二氧化硫、烟尘、氮氧化物和二氧化碳。以核电替代部分煤电，不但可以减少煤炭的开采、运输和燃烧总量，而且是电力工业减排污染物的有效途径，也是减缓地球温室效应的重要措施。随着全球对气候变暖问题的日益重视，核电在能源结构调整中将发挥积极而且重要的作用。 目前，世界上33个国家和地区共有440多台核电机组在运行，核电装机总量已达到3.6亿千瓦，核电发电量占总发电量的17%。全球有16个国家和地区的核电发电量占总发电量的比重超过25%，其中法国高达77%、比利时达50%、欧盟为35%、日本为34%、美国为20%、俄罗斯为15%，我国还不足2%。 最近，我国南方发生的低温、雨雪冰冻灾害提示我们要进一步调整优化电力结构，发展核电等清洁能源，减少温室气体排放。同时，也要求我们合理提高中心负荷地区的供电能力，降低煤炭运输压力，把加快推进核电建设落实到具体行动中。 根据规划和当前形势，未来10～15年，我国核电将会迎来世界核电建设史上前所未有的大发展。这样一块容量大、技术含量高的市场对国内装备制造业提出了新的挑战，其中大型铸锻件的研制又是重中之重，是最有可能制约核电建设进度的卡脖子问题。我们不能指望依靠买国外大型铸锻件支撑我国核电发展。一是因为买国外的大型铸锻件，价格至少高出30%～50%；二是国外铸锻件生产企业任务也很满，交货周期长；三是关键时候想买也买不来。这里，我举两个例子。 一个是关于红沿河一期工程核岛锻件。东方电气集团和上海锅炉厂于2006年7月和11月分别向JSW订购了红沿河一期工程的核岛锻件。按合同要求，反应堆压力容器的一体化顶盖和接管段筒体的第一批锻件应于2007年9月到港；但日本政府以目前“中日原子能协定的少量补充条款尚未达成一致”为由，拒绝了JSW出口许可证的申请。中日两国政府于1985年签订和平利用核能协定，2005年8月，在第三代核电招标期间，日方提出了 “关于中日核电项目保障监督问题”，提出了“全面跟踪、全面保障和违约返还”等要求，未能与中方达成一致。2006年，日方放弃了“全面保障和违约返还”的要求，但仍坚持对所谓“作为副产品回收或产生的特殊裂变材料”的全程跟踪，双方磋商陷入僵局。在此情况下，日本停止执行两国间核能协定，拒绝受理核电大锻件的出口许可申请，延误了红沿河一期工程的设备制造进度，目前尚未得到解决。 还有，海阳项目的常规岛低压转子锻件问题。三门、海阳两个AP1000项目常规岛招标范围不同，三门常规岛是整岛招标，海阳项目常规岛招标范围仅限汽轮发电机组及其配套系统，其他设备由业主采购。这两个项目都由三菱牵头的三菱－哈电联队中标，三菱提出鉴于JSW低压转子锻件供货进度问题，只能保证三门项目两台低压转子锻件的供货进度，而海阳项目的两台低压转子锻件均比进度要求晚8～9个月，并向中方提出了提高价格和扩大供货范围要求，最终海阳项目低压转子锻件供货期推迟，价格上涨了3000万元。
另外，国际上主要核电设备供应商都认识到了大型铸锻件供货难问题，法国的法玛通已并购了克鲁索，克鲁索的锻件今后将优先保证法玛通的需要。这些事例让我们更加清醒地认识到，中国核电发展不能指望别人，必须要依靠自己的力量突破大型铸锻件制约。 五、齐心协力推动我国成为全球大型铸锻件的主要供货地 国家发展改革委全力支持一重、二重、上重等大型铸锻件制造企业的加快发展。我认为，国内骨干企业现在搞技术改造，建成后从技术水平到生产规模都要引领全球。2007年，国家发展改革委批准一重实施的铸锻钢基地及大型铸锻件自主化改造项目，在能力水平上都瞄准了世界一流。项目建成后，一重将形成年产钢水50万吨、锻件24万吨、铸钢件6万吨的生产能力。届时，可一次提供钢水700吨，浇注最大双真空钢锭600吨，最大铸件500吨，提供最大锻件400吨。2007年11月底，我们还在北京召集有关方面开会，协调一重技术改造项目进度，要求各有关方面要保证按计划完成各自承担的任务，确保一重改造项目顺利推进。今后，我们还将对一重、二重、上重等企业一如既往地给予支持。 这次调研一同前来的还有中广核集团和哈电集团的负责同志。中广核在红沿河、宁德项目上大力支持使用国产设备，这两个项目总体国产化率将达到80%，实现了新突破。希望你们进一步支持核电锻件国产化，与一重等国内企业建立更加紧密的合作关系，突破锻件制约，这将有利于核电建设降低投资，保证工期。 哈电集团作为主机企业，要把大型铸锻件作为技术战略的重要组成部分，放在突出位置考虑，尽快与国内企业签订供货合同，结成战略联盟。 大型铸锻件的生产需要硬件与软件的结合，技术与经验的结合，特别是核电锻件技术上有很大难度，一重等企业在研制中遇到的问题充分说明这绝非易事。能不能建成世界一流的铸锻钢生产基地，内因是关键，最重要的还是重机企业自己要争气。国外同行也都在积极应对旺盛的市场需求带来的机遇和挑战，JSW斥巨资进行更新改造，法玛通并购克鲁索等都是具体应对举措。突破大型铸锻件的核心技术问题，在战略上要藐视，要有必胜信心，在战术上要重视，全力应对。希望一重和国内其他重机企业以全球眼光、世界胸怀，抓住国内外市场机遇，开拓进取，胆子再大一点，步子再快一点，改革再深入一些，尽快提高国内大型铸锻件技术水平和生产能力。不仅服务于国内经济建设，同时积极开拓国际市场，努力使中国成为全球大型铸锻件的主要供货地，为实现我国装备制造业由大到强转变做出更大贡献！
中国大型锻件生产水平
现在我国大型锻件的生产水平
我国经过50多年的发展，能为国民经济各部门，如电站、冶金、矿山、石油、化工、造船、军工、大型机器和重型锻压设备等提供大型自由锻件。
在大锻件的生产工艺中，已基本撑握国际上采用的多种锻造法，如JTS（中心压实锻造法）、WHF（宽砧大压下量锻造法）、FM（不对称平砧锻造法）、FMV（不对称V型砧锻造法）、FML（低锻压力锻造法）、LZ（用料宽比和砧宽比控制锻件内部质量的拔长工艺）、CKD（用于锻造管板的工艺）、三点砧锻造法、收口锻造法等，以上这些锻造法是保证大型锻件内在质量的重要工艺，有些是引进技术、有些是我国自已开发。
自1973年起，第一机械工业部先后组织工厂、设计和科研单位到罗马尼亚、意大利、德国、奥地利、日本、法国、捷克等国生产轧钢、火电和核电设备用大型锻件的企业进行实地考察，回国后又进行技术交流。同时请日本制钢所室兰工厂等大锻件生产企业来华进行技术交流。并收集整理了国外有关大锻件生广的技术情报资料，使从事大锻件生产者，了解我国与国外的差距，提出缩小差距的途径。
在20世纪80年代第二重型机器厂、上海重型机器厂向日本室兰制钢所引进了冷热轧辊、火电汽轮机和发电机、核电压力壳等锻件的生产技术，遗憾的是有些锻件的生产工艺未能在规定期限内进行考核。
我国已生产过的几种大型锻件主要数据
1、广东岭澳核电站1000Mw压水堆蒸汽发生器筒体锻件
蒸汽发生器尺寸：下Φ3286mm /上Φ4280mm×21122mm、壳体总重~310 吨、 材质：18MnD5
2、秦山核电站二期600Mw压水堆压力壳接管段锻件
钢锭重：312吨、锻件约重~190吨
稳压器锻件：由封头、筒体、支撑座等6大件组成，总重95吨。
3、300Mw、600Mw、800Mw火电机组高、中、低压汽轮机转子、叶轮、叶片、发电主轴、护环。
4、300Mw、600Mw压水堆核电站核岛设备锻件（压力壳、堆内构件、管板、蒸发器、稳压器）和常规岛设备锻件（汽轮机高、中、低压转子、叶轮、叶片、发电机主轴、护环）。
5、现三峡水电站30台700Mw水力发电机组的水轮机大轴锻件、发电机主轴、镜板、上下环、叶片轴等，基本上都从国外进口。国内也制造了一些，具体有哪些品种不详。 水轮机大轴锻件重量~160吨。
从业内人士得悉，三峡水电站还有地下电站需3台700MW水轮发电机，三峡下游要建梯级电站，连同其他水电站约有30台700MW水力发电机组所用大锻件，将由我国自己制造。
6、煤液化反应器筒体锻件
反应器尺寸：筒节外径Φ5500mm、壁厚：335mm，由13个筒节和球封头、裙座组成，反应器总重2050吨
7、高压立式液氢容器锻件
材质：0Cr18Ni9、锻件重量：～42吨
8、加氢反应器（含热壁）封头和筒体锻件，筒体外径Φ5500mm~Φ6000mm、
壁厚480mm
9、520000 t合成氨塔筒体外径Φ2800mm、壁厚200mm。
10、3500mm钢板轧机支承辊锻件
辊身尺寸：Φ2050mm、轧辊总长：10600mm、锻件重：~185吨、
钢锭重：296吨。
11、船用低速柴油机6拐组合曲轴锻件
曲轴总长：8030mm、净重71吨。
12、300MN模锻液压机柱片
13、125MN自由锻水压机立柱锻件Φ1100mm×19700mm、重147吨。
14、环形锻件最大直径：用辗环机为Φ5000mm，用125MN液压机自由锻约为Φ5700mm 现在我国可浇铸的最大钢锭重量约400~500 t、可生产重260~320 t大型锻件。
资料来源：http://www.chinaforge.org.cn
我国经过50多年的发展，能为国民经济各部门，如电站、冶金、矿山、石油、化工、造船、军工、大型机器和重型锻压设备等提供大型自由锻件。
在大锻件的生产工艺中，已基本撑握国际上采用的多种锻造法，如JTS（中心压实锻造法）、WHF（宽砧大压下量锻造法）、FM（不对称平砧锻造法）、FMV（不对称V型砧锻造法）、FML（低锻压力锻造法）、LZ（用料宽比和砧宽比控制锻件内部质量的拔长工艺）、CKD（用于锻造管板的工艺）、三点砧锻造法、收口锻造法等，以上这些锻造法是保证大型锻件内在质量的重要工艺，有些是引进技术、有些是我国自已开发。
自1973年起，第一机械工业部先后组织工厂、设计和科研单位到罗马尼亚、意大利、德国、奥地利、日本、法国、捷克等国生产轧钢、火电和核电设备用大型锻件的企业进行实地考察，回国后又进行技术交流。同时请日本制钢所室兰工厂等大锻件生产企业来华进行技术交流。并收集整理了国外有关大锻件生广的技术情报资料，使从事大锻件生产者，了解我国与国外的差距，提出缩小差距的途径。
在20世纪80年代第二重型机器厂、上海重型机器厂向日本室兰制钢所引进了冷热轧辊、火电汽轮机和发电机、核电压力壳等锻件的生产技术，遗憾的是有些锻件的生产工艺未能在规定期限内进行考核。
我国已生产过的几种大型锻件主要数据
1、广东岭澳核电站1000Mw压水堆蒸汽发生器筒体锻件
蒸汽发生器尺寸：下Φ3286mm /上Φ4280mm×21122mm、壳体总重~310 吨、 材质：18MnD5
2、秦山核电站二期600Mw压水堆压力壳接管段锻件
钢锭重：312吨、锻件约重~190吨
稳压器锻件：由封头、筒体、支撑座等6大件组成，总重95吨。
3、300Mw、600Mw、800Mw火电机组高、中、低压汽轮机转子、叶轮、叶片、发电主轴、护环。
4、300Mw、600Mw压水堆核电站核岛设备锻件（压力壳、堆内构件、管板、蒸发器、稳压器）和常规岛设备锻件（汽轮机高、中、低压转子、叶轮、叶片、发电机主轴、护环）。
5、现三峡水电站30台700Mw水力发电机组的水轮机大轴锻件、发电机主轴、镜板、上下环、叶片轴等，基本上都从国外进口。国内也制造了一些，具体有哪些品种不详。 水轮机大轴锻件重量~160吨。
从业内人士得悉，三峡水电站还有地下电站需3台700MW水轮发电机，三峡下游要建梯级电站，连同其他水电站约有30台700MW水力发电机组所用大锻件，将由我国自己制造。
6、煤液化反应器筒体锻件
反应器尺寸：筒节外径Φ5500mm、壁厚：335mm，由13个筒节和球封头、裙座组成，反应器总重2050吨
7、高压立式液氢容器锻件
材质：0Cr18Ni9、锻件重量：～42吨
8、加氢反应器（含热壁）封头和筒体锻件，筒体外径Φ5500mm~Φ6000mm、
壁厚480mm
9、520000 t合成氨塔筒体外径Φ2800mm、壁厚200mm。
10、3500mm钢板轧机支承辊锻件
辊身尺寸：Φ2050mm、轧辊总长：10600mm、锻件重：~185吨、
钢锭重：296吨。
11、船用低速柴油机6拐组合曲轴锻件
曲轴总长：8030mm、净重71吨。
12、300MN模锻液压机柱片
13、125MN自由锻水压机立柱锻件Φ1100mm×19700mm、重147吨。
14、环形锻件最大直径：用辗环机为Φ5000mm，用125MN液压机自由锻约为Φ5700mm 现在我国可浇铸的最大钢锭重量约400~500 t、可生产重260~320 t大型锻件。
资料来源：http://www.chinaforge.org.cn
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