5M宽厚板轧机轧辊材质的选择与使用管理

1、仅供个人参考5m 宽厚板轧机轧辊材质的选择和使用管理杜希恩齐林雷前言：本文结合5M宽厚板轧机具有轧制力大，轧辊使用条件复杂，轧辊消耗高等特点。主要介绍了5M宽厚板轧机轧辊质的选择以及宽厚板轧机的轧辊使用技术，并对轧辊的使用提岀了建议。Foreword: This article considering the 5M wide and heavy plate mill rolling force and roller conditions complex, high rolle consumption. Mainly introduces the roll material selection

2、and practical technology of the 5M wide and heavy plate mill and recommendations for use of the rolls.For personal use only in study and research; not for commercial use关键词：5M宽厚板轧机轧辊材质轧辊使用技术Keywords: 5M wide and heavy plate mill roll material of the roll practiceal technology of roll5m宽厚板轧机轧制力大(Max:

3、10000KN ),轧制工艺复杂，大多数高级别钢种如： X70120管线钢、高强度造船用钢、压力容器用钢等都需要采用TMCP工艺轧制，所以轧辊消耗较大，而其工作辊和支承辊的价格又远高于其他中厚板和热卷板轧机用轧辊。按目前国 内平均吨钢轧辊消耗0.8勺/吨(宽厚板单机生产可能超过1Kg/吨)来计算，每年宽厚板的轧 辊消耗将达到1200吨以上，轧辊消耗费用达6000余万元。轧辊作为一种长期反复在恶劣环 境下工作的轧钢工具，其正常的磨损消耗只是经济损失的一部分。而由于材质选择不当、使 用和维护不当等原因造成的轧辊事故，常常造成更多的直接损失和间接损失。例如事故的同 时往往有可能使配对辊或支撑辊受损、

4、轧废、轧机和配套设备的损坏、非计划换辊停机、事 故处理影响时间和成本、合同不能兑现等损失。因此，深入研究轧辊材质的选择、轧辊使用 和维护技术，以进一步提高板材表面质量，降低轧机故障率，降低轧辊消耗，已经成为我们 亟待解决的课题。一、轧辊材质的选择轧辊按制造材料主要分为：铸钢系列轧辊、铸铁系列轧辊、锻造系列轧辊三大类别。铸 钢轧辊有碳素铸钢轧辊、合金铸钢轧辊、半钢轧辊、石墨钢轧辊、高铬钢轧辊、复合铸钢轧 辊、咼速钢轧辊、半咼速钢轧辊等。铸铁轧辊有冷硬铸铁轧辊、无限冷硬铸铁轧辊、球墨铸 铁轧辊、高铬铸铁轧辊四大类。锻钢轧辊主要有：热轧模具钢类、铬轴承钢类、冷轧模具钢 类、高速钢和半高速钢类、锻造半

5、钢和锻造白口铁类等。轧辊材质的选择是一个比较复杂的 工程，要综合考虑轧机的特点、轧辊的工作条件、各类轧辊材质特性、辊型设计等因素。因 此，要根据5M宽厚板轧机特点，轧制坯料和产品的种类规格，轧制节奏、产量、轧制温度、 轧制速度、轧制力、压下量、换辊周期、磨削制度等轧机和轧辊工作的基本条件，得出本机 架对轧辊的性能要求，根据各类轧辊所具有性能特点，考虑本机架轧辊设计要求或目前使用 不得用于商业用途仅供个人参考 的轧辊主要失效形式以及用户急需解决的问题等因素，最终确定适合本机架的轧辊材质、技 术性能指标等。1. 5m 宽厚板轧机轧辊材质的选择1）工作辊材质的选择对于双机架布置的5M宽厚板生产线，四

6、辊精轧机前面有一架粗轧机（二辊、三辊或四 辊）。粗轧用四辊轧机工作辊通常采用高镍铬无限冷硬铸铁轧辊或半钢轧辊。近年来，开始使 用高铬铸铁轧辊，这种轧辊组织中碳化物含量较高，摩擦系数小，硬度高，耐磨性能优良。 但对热的影响十分敏感，易打滑，而且出现卡钢等事故时形成的热裂纹较深。因此，目前普 遍采用了高铬钢轧辊，使用效果良好。而精轧机轧辊工作条件相对较好，热影响及机械冲击 也小，选择材质时主要考虑耐磨性和耐表面粗糙能力 , 保证钢板表面质量。对于单机架的 5m 宽厚板生产线，其四辊轧机为可逆式轧机，粗轧和精轧都在同一机架 上完成。工作辊材质的选择要考虑以下几个方面 ：（ 1）板坯厚度大，轧辊必须具

7、有较好的咬入性。（ 2）板坯温度高，轧制速度较慢，轧件和轧辊接触时间较长。轧辊必须具有较好的抗热 裂性、抗热疲劳性。（3）工作辊直径大（1210/1110mn）、辊身长度大（5050mm,承受的轧制力高，主电 机带动工作辊传动。要求轧辊有较高的抗断裂性，轧辊辊身和辊颈必须有较高的强度。（ 4）高的轧制温度也要求轧辊具有高温耐磨性。（ 5）由于粗轧和精轧在同一机架完成，所以既要考虑到粗轧时轧件厚度大，宽度小，轧 辊所受冲击大，轧辊使用面积少，轧件与轧辊间易出现打滑等。也要考虑精轧时，轧件宽而 长，轧辊使用面积大。同时，单机架四辊轧机，在轧制低合金专用钢和高强度品种钢时，要 采用控制轧制和控制冷却

8、技术，通常进行交叉轧制，轧制温度低，轧制力大。要求轧辊具有 耐磨性好、抗热裂性好、耐表面粗糙能力好、强度高、对热的敏感低等性能。因此，单机架5m宽厚板四辊轧机工作辊的材质选择，既要考虑到开坯和展宽轧制的条件 影响，也要考虑成型轧制过程对产品质量的要求，同时考虑到其他新开发新品种如高速钢轧 辊等价格昂贵、对冷却水的要求高、甚至需要润滑轧制等因素，建议单机架 5m宽厚板轧机的 工作辊采用高镍铬无限冷硬铸铁轧辊。这种轧辊多采用立式离心复合铸造而成。由于外层镍、铬、钼等合金元素的作用，珠光 体转变推迟， 因而铸态下的组织为贝氏体 +马氏体残奥 +碳化物+短片状石墨。经过热处理后的仅供个人参考组织为贝氏

9、体+少量马氏体残奥+碳化物+短片状石墨。轧辊心部组织为贝氏体 +片状石墨或珠 光体+少量碳化物（+牛眼状铁素体）+团球状石墨。其典型成分范围如表：高镍铬无限冷硬铸铁轧辊典型成分范围：%CSiMnCrNiMo2.8 3.50.6 1.20.4 1.21.4 2.03.0 4.50.2 0.8其主要性能特点：a、基体组织控制为贝氏体，强度高，韧性好。b、耐磨质点碳化物虽仍是 M3C型，但（Fe. Cr） 3C型增多，硬度高，耐磨性好。c、基体组织中含有一定量的石墨，导热性好，抗热裂性高，石墨的自润滑作用可以保证 轧材表面质量防止粘辊。d、外层中自外向里石墨含量逐渐增多，工作层内存在一定的硬度降落。

10、e、心部采用灰口铸铁，韧性高，或采用球墨铸铁，强度高。基于轧制力不断增加的趋势, 目前，高镍铬铸铁复合轧辊的心部主要采用高强度球墨铸铁。国内某单机架5M宽厚板轧机工作辊选用：材质：镍铬钼无限冷硬离心复合铸铁轧辊，工作层为高镍铬钼无限冷硬铸铁，芯部为球墨铸铁。工作辊牌号：ASIII机架辊身硬度辊颈硬度工作层厚度（mm）基本尺寸（mm）厚板轧机68/74 HSC35-40 HSC> 60 （半径方向）1210/1110 X 5050 X 9720轧辊表面硬度均匀性：土 2HSC到报废辊径时硬度落差：w 5 HSC残余奥氏体量：<10%化学成分双方确认的轧辊化学成分见下表:(%)CSiM

11、nPSCrMoNi辊身3.0/3.50.8/1.50.5/1.5w 0.20w 0.081.0/2.00.3/0.83.0/4.5芯部2.6/3.61.6/2.60.15/0.8w 0.08w 0.012注：轧辊的化学成分仅供参考，不作验收依据，但应保证轧辊的机械性能要求。仅供个人参考机械性能轧辊名称工作层辊颈+芯部屈服强度（MPa）420-620360-480抗拉强度（MPa）420-620400-650延伸率（%）小于12-12弹性模量（kN/ mm2）160-180160-180疲劳强度（MPa）约200约180导热系数(50 C ,m2/s)5.07 e-610.77e-6热膨胀系数（

12、10/ C）-轧制吨位：在正常使用和维护的情况下，每对轧辊使用到报废尺寸，直径上平均毫米轧制量为45006500吨/毫米随着轧辊制造技术的发展，在高镍铬无限冷硬轧辊的基础上，改进型高镍铬无限冷硬轧 辊已经被开发并且逐步得到应用，被认为耐磨性和抗事故性兼优。目前部分5m宽厚板轧机的 工作轧辊已经采用，且效果良好。2）支撑辊材质的选择支承辊材质的选择应考虑以下因素：（1） 辊身直径大（2300/2100mr） 长度大（4900mm,承受的轧制力高（max. 10000KN， 要求轧辊具有较高的抗断裂性，轧辊辊身和辊颈具有较高的强度。（2） 轧辊工作层材质具有较好的抗接触疲劳性能，以防止使用中因局部

13、过度接触所引起 的辊面小剥落产生，或由于接触加工硬化在硬化层下产生疲劳裂纹，引起剥落。（3）轧辊应具有足够的耐磨性，避免使用中过早出现磨损不均匀，即轧辊中部磨损大、 边部磨损小、轧制力集中在轧辊边部，造成边部剥落。目前，中厚板轧机支撑辊的选择主要有锻钢、复合铸钢和镶套组合支撑辊，其中前两种使用较多。5m宽厚板轧机的支撑辊可选用 Cr2、Cr3、Cr4、Cr5系列的复合铸钢支撑辊，目前也有部分5m宽厚板轧机选择的是铬钼锻钢。其化学成分：C:0.7 1.0, Si:Max0.50, Mn: Max1.60,Cr:0.9 1.60,Mo:0.3 0.60,S、P 不大于 0.025辊身硬度：40 5

14、0HSC，辊颈硬度：37 47HSC，工作层厚度： 95mm，基本尺寸：2300/2110 4900 XI0930mm仅供个人参考复合铸钢支撑辊的典型成分范围（%材质CSiMnCrNiMoVCr2复合铸钢0.61.00.30.81.42.41.4-2.40.41.50.20.6Cr3、Cr4Cr5复合铸钢0.30.80.30.80.40.82.0-5.00.41.50.41.0< 0.6复合铸钢支撑辊的组织特点：复合铸钢支撑辊外层材质从铬锰钼系列发展到目前的3%5%铬钼系列，硬度在HS5570之间。随着外层铬等合金元素含量的提高，支撑辊的显微组织也发生变化，Cr2、Cr3系列基体以回火索

15、氏体为主，Cr4系列是回火屈氏体加少量马氏体；Cr5系列则以回火马氏体为主加 少量贝氏体，与之相对应显微组织中基体显微硬度得到明显提高，因而使支撑辊具有很好的 耐磨性、抗接触疲劳性能和高的抗剥落能力。心部材质选择低合金中碳钢，具有较高的屈服 强度和韧性。其性能特点：（1） 辊身外层材料与心部及辊颈的韧性材料是用冶金熔接的方式结合成一体的，使支撑 辊工作层具有很高的耐磨性、耐裂纹产生和扩展，同时具有良好的抗断裂性能。（2）内部应力状态合理。由于支撑辊直径大、硬度要求高，在制造过程中就会产生很高 的残余应力。复合支撑辊可选择韧性良好的低合金中碳钢做心部材料，降低了支撑辊热处理 产生的内部残余应力级

16、别，一般辊身残余应力可控制在 -200300MPa。（3）工作层硬度降落小，复合支撑辊采用整体加热和淬火，工作层内奥氏体化温差小、 冷却速度均匀，使支撑辊在长期运行中磨损均匀，能保持良好的辊形。（4）凝固状态好。外层和心部材料分别浇注，轧辊有效结晶直径减小，使心部成分偏析 小，降低了中心缩孔倾向。（5）复合铸钢较锻钢支撑辊制造周期短、成本低，因此具有很强的实用性。3）立辊轧机的立辊材质的选择：5m宽厚板立辊轧机的主要性能参数：最大轧制力为 5000KN ;轧制速度最大7.3m/s;车 辊尺寸为 1000/900）600mm ;主 电机为 2XAC1200KW 305/720r/mi n，输出力

17、矩最大 450KNm；立辊轧机通过给予钢板大的侧压量，达到调整钢板宽度的目的。轧辊接触的钢坯温度也 不得用于商业用途仅供个人参考 较高。因此，轧辊必须具有良好的抗热裂性能，同时也要有较高的硬度和耐模性。工艺要求 其表面硬度达到HS45 50。宜采用强韧性良好的合金铸钢或锻钢轧辊。合金铸钢轧辊的组织特点：合金铸钢轧辊是一种成分在共析钢及过共析钢范围，合金含 量大于 0.8%的铸钢轧辊，其碳含量一般在 0.41.3 之间，并含有铬、镍、钼、钒等合金元 素，其基体组织通过正火 +回火热处理过程，一般控制为索氏体及回火索氏体。典型材质如： 60CrMnM、o 65CrNiMo、70Mn2M、o 75C

18、rMo、75NiMo 等。合金铸钢轧辊的基本组织以珠光体类 型为主，含有少量的碳化物，硬度范围在 HS 35 50，由于基体中含有少量二次碳化物，因 此较碳素钢轧辊耐磨性大有提高。同时由于消除了基体中的块状条状铁素体，所以轧辊的冲 击韧性得到提高。合金铸钢轧辊的性能特点是强度高、韧性好，具有很好的咬入性、抗热裂 性和抗冲击能力。二、轧辊的使用和管理1、轧辊使用技术的主要作用提高轧机效能： 通过监控使用过程中和待机周转轧辊的实物质量， 减少轧辊在机事故率、 减少非计划换辊率，保证各种轧钢新工艺的实施，科学使用，延长换辊周期，发挥轧机的最 大效能。保证钢板质量：通过轧辊使用过程的辊面质量稳定监控技

19、术、辊形控制技术、磨损均匀 化技术、辊面强化技术等，利于轧机轧制模型对轧制参数的精确计算设定，保证生产出形状、 表面质量、性能合格的钢板。降低轧辊使用成本：轧辊使用技术通过从轧辊的采购开始，通过不断修订个性化的采购 标准，不断更新换代，能够降低非生产性消耗。另外，可以提高磨辊间设备的作业率、轧辊 周转数量和库存数量最优化和最经济。 。2、轧辊使用技术研究的切入点1) 轧辊使用技术首先应从轧辊的制造入手。由于行业与专业之间客观条件的限制，轧辊 使用技术的研究落后于轧钢技术的发展，轧辊制造商在研发新产品过程中，没有很好地考虑 如何提高和保障轧机作业率、提高钢板质量，缺少对非生产性轧辊消耗的细化分析

20、和新产品 的价格性能比较，轧辊在机失效分析和事故失效分析的研究成果对轧辊制造的质量动态控制 和研发个性化品种等未起到应有的作用。 轧辊制造者更多是追求行业标准中规定的技术指标。 仅供个人参考 轧辊使用技术是一个涉及面较广的综合实用技术，影响因素很多，因而必须向上下游延伸研 究。与轧辊制造商建立良好的沟通渠道和战略合作，实现信息共享，帮助制造商不断针对性 地改进轧辊的使用性能。同时，轧辊制造商应创新和开辟更加贴近轧钢的售后服务，指导轧 辊的合理使用，发展轧辊特别是国内不能生产的大型宽厚板轧辊的修复再利用技术和服务， 走进轧钢厂，更好地占领市场。中钢集团邢台机械轧辊有限公司与日照钢铁有限公司自20

21、11年 1月开始进行战略合作，对日钢 1580 热轧卷板生产线的吨钢轧辊消耗进行承包。 开创了轧辊制造技术与轧辊使用技术 紧密结合的先例。轧辊制造方的服务人员深入轧线跟踪轧辊使用全过程，对轧辊进行检测， 负责轧辊的现场管理，搜集轧辊使用的有关数据，与轧辊使用方一起分析并持续改进轧辊使 用的条件和技术参数，为轧钢厂提供优质的个性化服务 , 实现了供需双方的双赢 .2）轧辊的各项技术性能参数必须保持稳定 . 由于现代化轧机自动化控制水平较高 ,要求轧 制模型计算设定的精度高 , 而轧制模型中的轧辊磨损模型和轧辊热凸度模型中的计算 , 需要 如：波尔茨曼常数、黑度系数、比热、杨氏模量、泊松比、密度、

22、热膨胀系数、热传导系数 等参数的参与。尽管轧制模型中已经考虑了轧辊化学成分的波动、环境因素的变化、冷却条 件的变化等各种不确定因素的影响，而设定了各种因素的影响系数。但保证这些影响因素的 相对稳定，从而保证模型的计算精度，始终是轧钢技术人员所追求的重要条件。因此，轧辊 制造商应尽量保证轧辊化学成分稳定和性能稳定， 而轧钢技术人员也要结合本生产线的实际， 不断优化相应的影响系数，才能保证模型计算精度和轧制稳定。3）轧辊辊形的配置。轧辊辊形的配置是根据轧机机架刚度、辊系刚度、辊系的磨损、冷 却条件、环境因素等综合考虑，为保证板形、板凸度、平坦度等而确定的轧辊形状曲线。大 多数轧机的工作辊采用了传统

23、的抛物线曲线或余弦曲线。如某5M宽厚板轧机工作辊辊型配置 为抛物线形状，设定凸度主要有：土 Omm +0.05mm +0.10mm +0.15mm四种，一个支承辊换 辊周期后再循环上机。带有窜辊功能的轧机有的也采用了CVC或 HVC曲线。不管采用何种曲线，都需要根据轧制过程中的板型、板凸度、平坦度以及弯辊力实际来确定，同时也要根据 产品的规格分布、下线轧辊的磨损等进行调整。支承辊多数采用平辊，也可根据实际磨损给 定曲线或倒角。3 轧辊使用注意的问题（1）轧辊使用首先是要安排合理的轧制计划。在换辊后的 1 到 2 小时内，安排强度比较 低的如Q235B SS400等、宽度比较小的（2500-30

24、00mm规格，对轧辊进行预热烫辊，这部 分钢板叫烫辊材；随后安排宽度较大的（3000-3500mm,轧制1到2小时，这部分钢板称为仅供个人参考过渡材；然后进行正常的规格(主体材)轧制，宽度从 3200mn到4800mn逐渐加大。在最后6到 8 小时，宽度逐渐减小。总的宽度安排象一个“乌龟壳” 。以小时产量 200吨计算。(2) 轧辊辊身冷却水要保证足够，且水温不宜过高，最好在35E以下。冷却水应保持 中间部位3500mn左右适当大些。水质保证清洁。(3) 轧辊下线后，进行冷却到 50r以下后，进行磨削。并测量表面硬度。在按要求的 凸度加工的同时，保证把加工硬化消除。( 4)严禁超压下量轧制。防

25、止夹钢、刮框等事故发生。以免烧伤轧辊。( 5)应当保证板坯加热均匀，避免轧件上翘下扣，以免撞伤轧辊表面。( 6)轧制量足够时应即使换辊，避免轧辊疲劳，造成掉皮、掉肉、裂纹等。影响轧辊使用的因素很多，因此对轧辊的使用必须动态管理，轧制计划、温度、强度、 辊型、冷却等多方面因素综合考虑。轧辊管理人员应对各种信息进行记录和分析，不断总结 和研究，开发适合5m宽厚板的轧辊使用新技术。4、轧辊的管理轧辊的管理是轧辊使用技术的一部分。轧辊的配对、轧辊装配质量、轧辊磨削质量和精 度，都会影响轧机的零调、轧线标高调整、甚至轧制稳定和产品质量。因此，必须建立完善 的轧辊管理系统。轧辊使用周期长，本身的价值和使用

26、维护成本远高于轧钢其他生产备件。 除维持日常生产的周转辊、事故辊、库存辊外，还有掉队辊(寡妇辊) 、修复辊等，这些轧辊 在处理流程、使用成本和消耗统计等管理方式各不相同，还占用大量流动资金和场地。应用 计算机进行全程跟踪并及时处理，是科学管理轧辊，降低轧辊使用成本的基础。轧辊的管理 主要包括以下内容：( 1)轧辊管理首先从轧辊入库存放开始，就要按照轧辊类别分类，整齐摆放在轧辊专用 存放架上，便于出库提货，不应露天或放在潮湿的地面上；( 2)轧辊出库、拆包装，应建立完整详尽的记录，一般应包括以下内容：轧辊编号、供 货厂家、轧辊材质、化学成分、硬度等；( 3)进入生产现场，轧辊摆放要易于查找和调运

27、，注意防锈、防止磕碰；( 4)轧辊车削和磨削， 要做好相应记录， 如磨(车)削前后即轧辊上机前后的辊身直径、 辊面状况、硬度、在线磨损和磨削量等，磨削或车削后暂不上机轧辊，辊身要做好防锈保护， 防止生锈降低精度；( 5)轧辊上机使用要记录上机机架、配对辊辊号、上机时间、下机时间、轧制量(吨位 或公里数)，轧材品种、轧制过程有无异常、是否正常报废等；仅供个人参考( 6)报废轧辊原因分析包括轧制操作原因和轧辊制造原因， 也应作为轧辊管理的一项重 要内容；(7)建立完善详实的轧辊管理台帐，对分析轧辊使用效果、轧制和磨削操作是否合理、 事故原因分析等技术数据非常重要。5、轧辊检测轧辊在轧制过程中，其工

28、作面磨损较快。由于它是直接使轧件变形的工具，辊形的变化 将直接影响钢板的质量，因此必须对轧辊的精度，如轧辊的尺寸、变形、热膨胀、磨损及热 凸度等进行精确的控制。轧辊的检测是掌握轧辊几何形状及其精度状况的基本手段。轧辊检测主要包括以下内容：(1)硬度检测，如肖氏HSD HSC里氏HLD布氏HB维氏HV及显微硬度。轧辊应逐 支进行硬度检测。 在每支轧辊辊身沿圆周方向相距 90 度取四条母线， 每条母线取间距大约相 等的 5个测试点，每个测试点测 5次，求平均值；在辊颈上沿圆周方向相距 180度取 2条母 线，每条母线上取 5个点，每个测试点测 5 次，求平均值。( 2)强度检验，如屈服强度、抗拉强度、抗弯强度、抗压强度。( 3)塑性指标检验，如伸长率、断面收缩率。( 4)韧性指标检验，如冲击功、断裂韧性。( 5)显微组织检验，如金相组织检验、不同组织的定量检验等。( 6)无损检验，如超声波探伤、着色渗透探伤、磁粉探伤。(径向和轴向)( 7)残余应力检测，如 X 射线应力检测、钻孔法应力检测、磁性法应力检测。轧