高速钢轧辊

【原创】高速钢轧辊的性能与应用作者: xucz 发布日期: 2009-04-08 13:46 轧辊是钢铁材料生产中的重要构件，而其本身材质开发与应用也十分重要，在此简要概述一下高速钢辊材的发展与应用，抛砖引玉，请大家讨论！1，应用现状 轧制过程自动化、连续化、重型化是现代轧制技术的发展方向。近年来，随着我国汽车、家电、铁路、桥梁、建筑业的快速发展，推动了轧钢工业的迅速发展，对轧材的尺寸精度、表面质量、使用性能也提出了更高的要求，促进了轧制技术的进步，轧辊的工作环境越来越苛刻，轧辊的使用性能要求也越来越高。如何提高轧辊的使用性能以适应轧钢的需求是轧辊工作者面临的新课题。 上世纪末，高速钢复合轧辊工业应用已经取得成功，高速钢复合轧辊是将工作层和芯部以熔铸方式复合起来的高性能轧辊，工作层具有高硬度、高耐磨性和优异的抗热裂纹性能。采用锻钢、铸钢或球墨铸铁作为轧辊芯部材料具有较高的强韧性。高速钢复合轧辊充分发挥了两种材料的性能优势，使用寿命比高铬铸铁轧辊提高3倍以上。目前，高速钢轧辊主要应用于热轧精轧前段机架，并逐步向后段机架推广，有可能在未来十年内完全取代高铬铸铁轧辊。高速钢轧辊的使用可以减少换辊次数、降低辊耗和周转量，还可以提高轧制精度、实现无规程轧制，具有广阔的应用前景。 1988年日本首先开始采用高速钢轧辊，美国在90年代初开始引入高速钢轧辊，欧洲起步相对较晚但发展很快，我国大型高速钢复合轧辊还处于研制阶段，关键生产工艺尚未成熟，高速钢复合轧辊的使用也仅限于宝钢等几家大型钢铁企业。开展高速钢轧辊的制造和使用技术研究，可以为新型高速钢轧辊的推广应用奠定基础，因而具有十分重要的实用价值。未完，待续. 相关回复：作者: xucz 发布日期: 2009-04-08 14:05热轧工作辊的工况条件非常复杂，承受剧烈的机械负荷、热负荷和冷却水的循环作用，因而存在多种损伤形式。热轧工作辊承受的基本应力可分为三类： 1). 机械应力：即在轧制过程中，由轧制载荷而产生的直接剪应力、弯曲应力和为了驱动轧辊克服轧制摩擦力所必需的转矩而产生的扭转剪切应力，尤其是在咬钢和抛钢瞬时产生的机械冲击负荷，加剧了机械应力的作用。 2). 热应力：即在热轧情况下，轧辊与轧材接触，表层温度很快上升并随后水冷，使轧辊径向产生较大的温度梯度，是一个不断循环的过程。 3). 摩擦力：是轧辊与轧件之间相对滑动造成的，轧辊在轧材上发生打滑时会加剧轧辊摩擦程度。 热轧工作辊实际工作时，往往同时承受以上三种应力的综合作用，苛刻的工况条件要求热轧工作辊具备以下使用性能： 1). 强韧性：热轧工作辊在承受弯曲应力、热应力、咬入冲击力等的反复作用下，不产生断裂的性能。这就要求辊体的强度、韧性、疲劳性能满足静强度和疲劳强度要求。而辊面则要求强度、硬度、冷热疲劳性能、接触疲劳强度等的综合性能。轧辊在铸造、热处理以及加工过程中都会产生残余应力，使用时残余应力与基本应力叠加，有可能加剧断裂倾向，因此，必须考虑轧辊残余应力状态尤其是工作层残余应力状态的影响。 2). 抗氧化腐蚀性：热轧工作辊在承受高温、水冷的循环作用下，不产生严重高温氧化和腐蚀的性能。不同材质轧辊具有不同的抗氧化腐蚀能力，工作层材料中铬元素含量是影响氧化腐蚀性能的关键，控制辊面氧化膜生长及与基体的结合状态才能防止氧化膜异常脱落。 3). 耐磨性：热轧工作辊与轧材接触，辊面不产生过度磨损或不均匀磨损的性能。磨损是热轧工作辊最常见的损伤形式，它直接影响轧材表面质量和尺寸精度。引起工作辊磨损的因素很多,主要有载荷、辊面状态、运动形式、温度和介质、摩擦系数等。一般情况下，提高辊面硬度和组织中碳化物数量能提高耐磨性能。 4). 耐热裂性：热轧工作辊在高温、循环水冷的作用下，不产生热龟裂的性能。热轧工作辊外层承受交变热应力作用容易产生热裂纹，辊面异常热裂纹是引起轧辊剥落失效的重要原因之一，热轧辊的冷却条件和工作层材料的高温稳定性是改善耐热裂性能的重要因素。 5). 耐表面粗糙性：热轧工作辊辊面存在热裂纹、磨损和氧化腐蚀情况下，不产生辊面粗糙度不均匀或异常升高的性能，是辊面材料耐磨性、抗氧化腐蚀性、耐热裂性的集中表现形式。 6). 抗事故性：热轧工作辊在反复的基本应力作用下或轧制异常情况下，不产生异常失效的性能。 7). 抗压扁性：在轧制冲击条件下，辊面不产生局部塑性变形或压痕的性能。这要求辊面材料具有较高的弹性模量、基体组织具有较高的抗压入性能，弹性压扁量小。 8). 咬入性能：热轧工作辊轧制时，不产生打滑或摩擦力太大的现象。 不同类型轧机或不同机架的热轧工作辊使用工况均有一定的差异，对使用性能的要求也各有特点，目前还没有统一的控制标准，一般都是沿袭传统的使用经验或根据实际使用情况逐渐优化选材和使用性能。最理想的状况是轧辊同时具有以上的使用性能，满足轧机使用要求，但热轧工作辊所要求的这些特性之间往往是相互矛盾的，例如：提高硬度、增加耐磨性则要损失韧性，所以应根据具体的使用条件，来满足最主要的使用性能。未完，待续. .作者: semanzhang 发布日期: 2009-04-08 14:39:):D:D作者: xucz 发布日期: 2009-04-11 14:04与其它类型的热轧工作辊相比，高速钢轧辊的性能特点主要体现在耐磨性、耐表面粗糙性、耐热裂性三方面。1).耐磨性 高速钢轧辊的组织与合金设计、制造工艺条件等有关。成份和制造工艺条件不同，其组织往往相差较大。目前，研究和应用较多的是高碳高钒系列高速钢轧辊，其碳含量一般在1.5-2.0%，合金总量一般都超过15%，含有较多的V、Mo、W、Cr等合金元素。高速钢轧辊工作层组织一般为回火马氏体+共晶碳化物+二次碳化物+少量残余奥氏体。碳化物不再以网状存在，而是弥散分布为主，碳化物类型由传统的M3C (Hv1300)和M7C3 (Hv2500) 型变为性能优异的MC (Hv3000)、M2C (Hv2300) 和M6C (Hv2000)型碳化物，碳化物类型的改变显著提高了轧辊工作层的硬度，硬度可达到80-90HSD 38-42。另外，高速钢轧辊使用中能很快形成氧化膜，初期磨损较小，这对于提高轧辊耐磨性是非常有利的；高速钢轧辊还具有良好的淬透性，辊面及工作层范围内，硬度均匀性及硬度降一般小于3HSD，可确保均匀一致的耐磨性。2).耐表面粗糙性 高速钢轧辊的表面粗糙度与热轧过程中其表面形成的氧化膜密切相关，保持氧化膜的连续、致密是非常重要的。与高铬铸铁轧辊相比，高速钢轧辊辊面氧化膜较薄，厚度通常仅为几个微米。根据辊面颜色可判断氧化膜厚度，辊面颜色越暗氧化膜越厚，相反则越薄。当氧化膜颜色为灰色或蓝色时，氧化膜较薄，此时的粘结性好，粗糙度低且均匀，可降低摩擦系数，防止轧辊粘钢，保证轧材表面质量，是十分理想的氧化膜状态。当氧化膜颜色变为黑色时，氧化膜较厚，粘结性差，易破碎和脱落，导致辊面粗糙度、磨损量增大，脱落的氧化膜易造成带钢氧化铁皮压入，影响轧材表面质量，应避免这种氧化膜状态。3).耐热裂性 高速钢轧辊辊面裂纹主要包括热疲劳裂纹和机械裂纹两大类。热疲劳裂纹是由激冷激热工况或轧制异常造成辊面局部过热所引起，有沿晶分布特征、呈龟裂状，属于垂直裂纹，高速钢轧辊具有较高的裂纹敏感性，在冷却不当的情况下容易产生热疲劳裂纹，热疲劳裂纹一旦生成就沿碳化物和基体的界面迅速扩展，容易造成轧辊局部剥落失效，因此，必须严格检查和控制高速钢轧辊的辊面热疲劳裂纹，高速钢轧辊辊面氧化膜对拟制热裂纹扩展是有利的。机械裂纹是由于冲击过载或打滑而产生的，无明显分布特征，属于斜裂纹，一般逆轧制方向扩展，扩展速度较快，容易引发灾难性事故。高速钢轧辊工作层允许存在较大的残余压应力，可达200-300MPa，对防止辊面裂纹扩展是有利的，但要求辊体具有较大的断面和较高的强韧性，以承受芯部残余拉应力。未完，待续. . .作者: 亦木朔 发布日期: 2009-04-13 13:10楼主，你好!你做高速钢轧辊研究吗？！握个手，多多交流！作者: sirljz 发布日期: 2009-04-14 16:14关于轧辊的修复也介绍一下啊，是不是坏了就换啊，还是修复，修复使用哪种方法啊？作者: 亦木朔 发布日期: 2009-04-15 01:23现在做的多的修复应该是表面涂覆，堆焊之类的吧？！作者: xucz 发布日期: 2009-04-15 01:33楼上说得对。惭愧，修复这块了解不多啊，看哪位能够再开个专题，介绍一下轧辊的修复。作者: xucz 发布日期: 2009-05-03 13:26减少磨辊次数 由于高速钢轧辊的耐磨性优异，同等轧制条件下与无限冷硬铸铁轧辊和高铬铸铁轧辊相比磨损量小得多，多次使用仍可保证原始辊型的相对稳定，从而可保证轧材良好的断面精度。 提高轧材表面质量 高速钢轧辊磨损量小，可以改善带钢断面精度，同时高速钢轧辊氧化膜保持性较好，也可以有效降低氧化膜脱落引起的轧件氧化铁皮压入缺陷。高速钢轧辊工作层抗压能力高，确保了轧件的表面质量，适用于难轧钢种的生产，也可实现无规程轧制。 增加经济效益 与传统材料的无限冷硬铸铁轧辊和高铬铸铁轧辊相比，高速钢轧辊磨辊次数和磨辊量显著减少，辊耗明显下降，轧机能力得到提高，生产计划组织更加便利，因此，高速钢轧辊的推广无疑有利于降低轧制成本、提高轧机工作效率，增加经济效益。未完，待续. . .产品介绍高速钢轧辊采用卧式离心复合铸造工艺生产，高硬度的高速钢工作层与芯部球铁冶金融合为复合轧辊。 高速钢材质中含有大量的Mo、V、Cr等合金元素，回火马氏体中分散着MC、M2C和M6C等高硬度共晶碳化物，因而具有极佳的高温耐磨性和抗热裂性。同时，抗表面粗糙性也很优秀。在热轧条件下，高速钢表面生成耐磨氧化薄膜，其对摩擦特性和带材表面质量起到良好作用。 化学成分： CSiMnCrNiMoWV1.502.400.501.200.500.804.007.000.51.203.008.00Max3.003.508.00一、高速钢轧辊在轧机上的应用 我单位的高速钢轧辊用于： 棒材轧机的成品机架、成品前机架、预切分机架； 高速线材轧机预精轧机组； 热轧窄带钢轧机精轧机组； 弹簧扁钢轧机精轧机架以及小型型钢轧机。 二、高速钢轧辊的主要特点 1. 耐磨性好：高速钢轧辊其组织中的碳化物以MC型和M2C型为主，碳化物形态好，硬度高。 2. 有较好的热稳定性和红硬性：高速钢轧辊在轧制温度下具有较高的硬度和较好的耐磨性。 3. 有良好的淬透性和淬硬性：高速钢轧辊从辊身表面到工作层内部硬度近乎一致，从而保证了轧辊从外到内具有同等良好的耐磨性。 4. 在使用过程中辊面能形成附着力强、均匀致密的氧化膜，能长时间存在不脱落。 三、高速钢轧辊在轧机上的使用效果及效益 高速钢轧辊由于耐磨性能好，与传统球铁轧辊和高镍铬轧辊比较，单槽（次）过钢量高，节省了换辊时间，提高了轧机作业率，减少了轧辊消耗，降低了生产成本，提高了工厂的综合效益。一般单槽（次）过钢量是高镍铬轧辊的35倍。下表是高速钢轧辊和贝氏体球铁轧辊在棒材轧机上使用效果的比较。 表一、高速钢轧辊在棒材连轧机上的使用效果 产品规格/mm 使用机架 高速钢轧辊 贝氏体球铁轧辊 单槽过钢量/t重车修磨量/mm单槽过钢量/t12园钢 成品 400128012带肋钢筋 成品 3502310014带肋钢筋 预切分 25002350020带肋钢筋 预切分 50002380016带肋钢筋 成品 10002320016圆钢 成品肋钢筋 成品 11002325020带肋钢筋 成品 12002330022带肋钢筋 成品前 35001280025带肋钢筋 成品前 450012100028圆钢 成品 25001250035圆钢 成品 300012600双槽弹簧扁钢 成品 3004000.42050下表是高速钢轧辊和铸铁轧辊的成本及效益分析如下（以年产36万吨12螺纹计算）： 1、直接效益：以成品机架轧辊费用计算 序号 成 本 项 目 铸铁轧辊 高速钢轧辊 1一套新轧辊费用 17000元 72000元 2孔型配置数目 28个 28个 3返修时径向修磨量 5mm 4mm 4总修磨次数 4次 8次 5单槽轧制吨位 120吨 350吨 6一套轧辊总轧制吨数 16800吨 88200吨 7一套轧辊车削费用 1万元 3万元 8一套轧辊总费用 27000元 102000元 9吨钢轧辊费用 1.61元/吨 1.16元/吨 小计 年轧辊总费用（12)57.96万元 41.76万元 由表中可以看出，以年产36万吨12螺纹计算： 每年成品架轧辊费用减少：57.9641.76=16.20（万元） 2、间接增产效益计算： （1）换孔型次数： 年产36万吨用铸铁轧辊换孔型次数：360000/120/3=1000次 年产36万吨用高速钢辊换孔型次数：360000/350/3=343次 使用高速钢辊减少换孔型次数：1000-343=657次 按每次换孔型时间8分钟计算，节省：6578=5256分钟 （2）换辊次数： 年产36万吨用铸铁轧辊换辊：360000/（12028）=107次 年产36万吨用高速钢辊换辊：360000/（35028）=37次 使用高速钢辊减少换辊次数：107-37=70次 按每次换辊时间20分钟计算，节省：7020=1400分钟 换孔型和换辊时间共节省：5256+1400=6656分钟 按8分钟增产约10吨，假设一吨螺纹钢的生产利润100元计算，产生的间接效益： 6656/810100=83.2万元 该间接效益计算还不未计算换孔型和换辊时停机所节省的能耗。 四、高速钢轧辊冷却条件及要求 由于高速钢高温时对裂纹的敏感性很强，因此无论如何控制水压、水量及喷嘴角度，最终的冷却效果以辊面温度为准，通常在轧机停轧2030min时，辊面温度不超过55为宜。 理想的冷却系统应当是喷嘴呈环形分布，并能向轧槽喷射出持续、充足水流。在这些喷嘴中，靠近出口导卫处应为主喷嘴，从主喷嘴喷出的水量为整个轧槽上总水量的30%，喷射角为2030。主喷嘴的作用是一定要保证将冷却水迅速喷到轧槽中刚刚脱离轧件的部位上。水压控制在0.40.6MPa，每槽水量