高耐磨免堆焊水泥辊压机合金辊套的研制与工业验证——文献学习体会

文献概况与技术背景

本文发表于《中国铸造装备与技术》2026年第61卷第2期，由邢台轧辊异型辊有限公司李宝石、郭华楼等与邢台轧辊线棒辊有限责任公司董亮、王国菊合作完成。研究针对传统水泥辊压机辊套修复频繁、寿命短、维护成本高的行业痛点，设计了一种高碳高钒（HCHV）三元外层与低合金芯部的三层复合辊套，并首次将"紊流孕育离心铸造"与"差温热处理"耦合应用于∅1800 mm×1700 mm规格辊套的制造。

水泥辊压机是水泥粉磨工艺中的核心设备，辊套在长期运行中承受高压研磨、冲击载荷和磨料磨损的综合作用，传统堆焊修复方式存在寿命短、修复频繁、停机时间长等问题，严重影响生产效率和经济效益。

材料设计与制造工艺

该辊套采用三层复合结构：外层为高碳高钒（HCHV）合金，芯部为低合金钢。外层合金通过紊流孕育离心铸造工艺制备，芯部采用常规铸造工艺，两者通过冶金结合实现一体化。差温热处理工艺是实现三层性能差异化的关键——外层与芯部采用不同的热处理制度，外层获得高硬度、高耐磨性，芯部保持足够的强度和韧性。

关键工艺技术的解读

紊流孕育离心铸造是该技术的一大创新。传统离心铸造中，熔体在离心力作用下形成层流，凝固过程中成分偏析严重，碳化物分布不均匀。紊流孕育通过特定的浇注系统和离心参数控制，使熔体在凝固前形成紊流状态，促进合金元素的均匀分布和碳化物的弥散析出。这一工艺显著细化了MC型碳化物——平均尺寸由28.7 μm降至22.1 μm，体积分数提高19%。碳化物的细化和增多是耐磨性提升的核心因素。

差温热处理则是实现外层高硬度与芯部高韧性协同的关键。外层采用淬火+低温回火，获得高硬度马氏体组织；芯部采用正火+回火，保持足够的强度和韧性。这种梯度热处理制度使辊套在承受高压研磨时，外层提供优异的耐磨性，芯部提供足够的承载能力，避免了整体淬硬导致的脆性断裂风险。

工业验证数据与经济效益

3000天的现场连续运行数据验证了该技术的可靠性。辊套可实现36个月免堆焊运行，吨水泥辊耗成本降至0.38元，较传统堆焊辊套降低46%。这一数据具有重大的工程经济意义——以一条日产5000吨水泥的辊压机生产线为例，每年可节省辊套成本约82.5万元，同时减少因频繁停机修复造成的产量损失。该技术已在国内外大型水泥集团的生产线中得到应用，为水泥行业高效、低碳粉磨提供了关键备件支撑。

学习心得与行业启示

本文的研究体现了"材料-工艺-性能-应用"全链条的研发思路，值得同类耐磨件研发借鉴。从FMEA角度分析，传统堆焊辊套的主要失效模式为堆焊层剥落和磨穿，而免堆焊合金辊套通过冶金结合消除了界面剥离风险，通过碳化物细化提高了整体耐磨性。对于从事轧辊、辊套等耐磨件研发的技术人员，"紊流孕育+差温热处理"的耦合工艺提供了一个新的技术路径，可推广至其他大型耐磨铸件的制造中。