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2016-11-29 19:04:09 科学百科 阅读 3 次

定义/轧辊 编辑

 

轧机上使受轧制的金属发生塑性变形的部件。轧辊的形状、尺寸和材质须与轧机和轧制产品相适应。图1指出轧辊的基本形状和各部分名称。辊身是轧辊的工作部分;辊颈是与轴承接触的部分;用接头与传动装置相联接。 轧辊
轧辊

 分类/轧辊 编辑

轧辊有不同的分类方法。按辊身形状分为圆柱形和非圆柱形,前者主要用于板材、带材、型材和线材生产,后者主要用于管材生产。按是否接触轧件分为工作轧辊和支承辊。直接接触轧件的轧辊称工作轧辊;为增加工作轧辊的刚度和强度而置于工作轧辊背面或侧面又不直接接触轧件的轧辊称支承辊。按使用机架分为初轧辊、粗轧辊、中间轧辊和精轧辊。按轧材的品种分为板带轧辊、轨梁轧辊、线材轧辊和管材轧辊等。还可按轧制时轧件的状态分为热轧辊和冷轧辊。

轧辊的工作条件 /轧辊 编辑

轧机部件中轧辊的工作条件最为复杂。轧辊在制造和使用前的准备工序中会产生残余应力和热应力。使用时又进一步受到了各种周期应力的作用,包括有弯曲、扭转、剪力、接触应力和热应力等。这些应力沿辊身的分布是不均匀的、不断变化的,其原因不仅有设计因素,还有轧辊在使用中磨损、温度和辊形的不断变化。此外,轧制条件经常会出现异常情况。轧辊在使用后冷却不当,也会受到热应力的损害。所以轧辊除磨损外,还经常出现裂纹、断裂、剥落、压痕等各种局部损伤和表面损伤。一个好的轧辊,其强度、耐磨性和其他各种性能指标间应有较优的匹配。这样,不仅在正常轧制条件下持久耐用,又能在出现某些异常轧制情况时损伤较小。所以在制造轧辊时要严格控制轧辊的冶金质量或辅以外部措施以增强轧辊的承载能力。合理的辊形、孔型、变形制度和轧制条件也能减小轧辊工作负荷,避免局部高峰应力,延长轧辊寿命。轧辊消耗量决定于三个因素:①轧机、轧材和轧制条件,以及轧辊的合理选择;②轧辊材料及其制造质量;③轧辊的使用和维护制度。  

轧辊的选用  /轧辊 编辑

小型20辊轧机的工作轧辊重仅 100克左右,而宽厚板轧机的支承辊重量已超过200吨。选用轧辊时首先根据轧机对轧辊的基本强度要求,选定安全承载的主体材料(各种级别的铸铁、铸钢或锻钢等),然后考虑轧辊使用时所应有的耐磨性。由于轧辊的磨损机理很复杂,包括机械应力作用、轧制时的热作用、冷却作用、润滑介质的化学作用以及其他作用,目前还没有一项综合评定轧辊抗磨性的统一指标。由于硬度易于测量,并在一定条件下可以反映耐磨性,所以一般就用径向硬度曲线来近似地表述轧辊的耐磨指标。图2为一般热轧辊径向硬度曲线。

轧辊
轧辊

通常对粗轧辊以强度、抗热裂为主要要求;而精轧辊速度较高,轧制最终产品要有一定的表面质量,对它以硬度、耐磨等为主要要求。此外,对轧辊还有一些特殊要求,如压下量大时,要求轧辊有较强的咬入能力,较耐冲击;轧制薄规格产品时,则对轧辊的刚性、组织性能均匀性、加工精度以及表面光洁度等要求较严;轧制复杂断面的型钢时,还要考虑辊身工作层的切削加工性能等。
选用轧辊时,对轧辊的有些性能要求往往是彼此对立的,轧辊购置费和维护费用又很昂贵,所以应充分权衡技术和经济上的利弊,决定用铸的还是锻的,合金的还是非合金的,单一材料的还是复合材料的。

轧辊种类  /轧辊 编辑

轧辊品种很多,主要有以下几类:①铸铁轧辊。一般按制造工艺分类:工作层因金属型的激冷作用呈白口组织(基体+碳化物)的轧辊称冷硬铸铁轧辊;用上述方法,但适当提高铁水碳当量而得到麻口组织(基体+碳化物+石墨)的轧辊称无限冷硬铸铁轧辊。“无限”—词源于英文“indefinite”,原意为“不明确”,指激冷层在断口上无明确界限,被误译为“无限”,现已沿用成习。采用衬砂金属型并继续提高碳当量可得粗麻口组织的轧辊,称半冷硬铸铁轧辊。所有上述品种的组织中凡石墨呈球状的,称球墨铸铁轧辊;复合浇铸的轧辊加“复合”一词。②铸钢轧辊。一般按含碳量分类:含碳极高(1.4~2.4%)的过共析钢轧辊,俗称半钢轧辊,高碳的半钢轧辊实际已伸入铸铁领域;高碳过共析钢轧辊还有一类为石墨钢轧辊,其石墨是通过孕育和热处理获得的。③锻钢轧辊。一般按用途分类。④其他,除采用特殊加工工艺的以外,都直接以材质称呼。如用电渣重熔铸造坯料锻压的轧辊称为电渣重熔锻压轧辊。
各种轧辊的主要特点和用途列于附表。

轧辊
轧辊

对大部分轧辊的芯部和工作表层有不同的性能要求。用单一材料难于满足要求时,内外层可分别用两种材料来制造。复合工艺可采用机械组合、复合铸造及其他复层技术。修复轧辊常用堆焊技术。

参考书目 /轧辊 编辑

Selection of Material for Rolls for the Metal Working Industry,Metals Handboo噚,9th ed., Vol. 3, pp. 502~507,ASM, Metals Park, Ohio, 1980.
Waher Patt, Walzen, Walzenwerkstoffe und ihre Bearbeitung,Technische Mitteilungen, Vol. 69, No.11,pp. 578~587, 1976.

锻钢轧辊现状/轧辊 编辑

锻钢轧辊可分为锻钢热轧辊及锻钢冷轧辊,锻钢热轧辊主要用于热轧开坯及型钢粗轧辊,锻钢冷轧辊广泛用作冷轧工作辊。由于冷轧板材要求质量较高,尤其是冷轧薄板广泛用于轻工、汽车、建筑及铁道等行业,要生产高质量的冷轧薄板,必须要有高质量的冷轧工作辊做保证,这样对冷轧工作辊的性能提出很高的要求:辊身表面必须具有高而均匀的硬度,以保证冷轧带材或钢板的尺寸精度和良好的表面质量;辊身具有一定的淬硬层深度;具有高的抗事故能力。为达到这些性能,对轧辊材质的原始组织要求很严:一是纯净的冶金质量;二是组织的均匀性。高的冶金质量指轧辊钢锭结晶致密,偏析不严重,不允许存在白点,钢中残存的非金属夹杂物含量尽可能低。对轧辊使用状态下的组织要求为隐针M及细小C,碳化物颗粒尺寸尽可能细小(0.5-2微米),呈弥散分布。同时保证一定的淬硬层深度,淬硬层深度的增加,可以减少轧辊在使用中的重淬次数,大大降低轧辊成本。

成型方法/轧辊 编辑


铸造轧辊和锻造轧辊;
铸造轧辊是指将冶炼钢水或熔炼铁水直接浇注成型这一生产方式制造的轧辊种类。
铸造轧辊按材质又可分为铸钢轧辊和铸铁轧辊两类;按制造方法又可分为整体铸造轧辊和复合铸造轧辊两类。
锻造轧辊按材质分类如下:
⑴锻造合金钢轧辊;
⑵锻造半钢轧辊;
⑶锻造半高速钢轧辊;
⑷锻造白口铸铁轧辊。 

工艺方法/轧辊 编辑


整体轧辊、冶金复合轧辊和组合轧辊⒈整体轧辊是相对于复合轧辊而言的,整体轧辊的辊身外层与心部以及辊颈采用单一材质铸造或锻造而成,辊身外层和辊颈不同的组织、性能通过铸造或锻造工艺以及热处理工艺过程来控制和调整。锻造轧辊和静态铸造的轧辊均属于整体轧辊。整体轧辊分为整体铸造和整体锻造轧辊两种;
⒉冶金复合铸造轧辊主要有半冲洗复合铸造、溢流(全冲洗法)复合铸造、离心复合铸造三种,此外还有连续浇铸包覆(CPC-Continuous PouringProcess for Cladding)、喷射沉积法、热等静压(HIP-Hot Isostatically Pressed)、电渣熔焊等特殊复合方法制造的复合轧辊种类。组合轧辊主要是镶套组合轧辊。
(三)按制造材料:铸钢系列轧辊、铸铁系列轧辊和锻造系列轧辊
(四)轧辊常用的热处理类型:去应力退火、等温球化退火、扩散退火、正火、回火、淬火、深冷处理。 

辊身形状/轧辊 编辑


轧辊有不同的分类方法。按辊身形状分为圆柱形和非圆柱形,前者主要用于板材、带材、型材和线材生产,后者主要用于管材生产。
是否接触轧件
按是否接触轧件分为工作轧辊和支承辊。直接接触轧件的轧辊称工作轧辊;为增加工作轧辊的刚度和强度而置于工作轧辊背面或侧面又不直接接触轧件的轧辊称支承辊。
使用机架
按使用机架分为初轧辊、粗轧辊、中间轧辊和精轧辊。按轧材的品种分为板带轧辊、轨梁轧辊、线材轧辊和管材轧辊等。还可按轧制时轧件的状态分为热轧辊和冷轧辊。
按硬度值

⑴软辊 肖氏硬度约为30~40,用于开胚机、大型型钢轧机的粗轧机等。
⑵半硬辊 肖氏硬度约为40~60,用于大型、中型、小型型钢轧机和钢板轧机的粗轧机。
⑶硬面辊 肖氏硬度约为60~85,用于薄板、中板、中型型钢和小型型钢轧机的粗轧机及四辊轧机的支撑辊。
⑷特硬辊 肖氏硬度约为85~100,用于冷轧机。
轧机类型

按轧机类型轧辊可分为以下三类:
⑴平面轧辊 即板带轧机轧辊,其辊身呈圆柱形。一般热轧钢板轧机轧辊做成微凹形,受热膨胀时,可获得较好的板形;冷轧钢板轧机轧辊做成微凸形,在轧制时,轧辊产生弯曲,以获得良好的板形。
⑵带槽轧辊 它用于轧制大、中、小各种型钢、线材及初轧开坯。在辊面上刻有轧槽使轧件成形。
⑶特殊轧辊 它用于钢管轧机、车轮轧机、钢球轧机及穿孔机等专用轧机上。这种轧机的轧辊具有各种不同的形状,如钢管轧制中采用斜轧原理轧制的轧辊有圆锥形、腰鼓形或盘形。
 

工作原理/轧辊 编辑



抗热裂


通常对粗轧辊以强度、抗热裂为主要要求;小型20辊轧机的工作轧辊重仅 100克左右,而宽厚板轧机的支承辊重量已超过200吨。选用轧辊时首先根据轧机对轧辊的基本强度要求,选定安全承载的主体材料(各种级别的铸铁、铸钢或锻钢等)。 

硬度


而精轧辊速度较高,轧制最终产品要有一定的表面质量,对它以硬度、耐磨等为主要要求。然后考虑轧辊使用时所应有的耐磨性。由于轧辊的磨损机理很复杂,包括机械应力作用、轧制时的热作用、冷却作用、润滑介质的化学作用以及其他作用,还没有一项综合评定轧辊抗磨性的统一指标。由于硬度易于测量,并在一定条件下可以反映耐磨性,所以一般就用径向硬度曲线来近似地表述轧辊的耐磨指标。 

耐冲击


此外,对轧辊还有一些特殊要求,如压下量大时,要求轧辊有较强的咬入能力,较耐冲击;

光洁度


轧制薄规格产品时,则对轧辊的刚性、组织性能均匀性、加工精度以及表面光洁度等要求较严; 

切削性能


轧制复杂断面的型钢时,还要考虑辊身工作层的切削加工性能等。
选用轧辊时,对轧辊的有些性能要求往往是彼此对立的,轧辊购置费和维护费用又很昂贵,所以应充分权衡技术和经济上的利弊,决定用铸的还是锻的,合金的还是非合金的,单一材料的还是复合材料的。 

轧辊品种/轧辊 编辑

铸铁轧辊 

一般按制造工艺分类:工作层因金属型的激冷作用呈白口组织(基体+碳化物)的轧辊称冷硬铸铁轧辊;

铸铁轧辊

用上述方法,但适当提高铁水碳当量而得到麻口组织(基体+碳化物+石墨)的轧辊称无限冷硬铸铁轧辊。“无限”—词源于英文“indefinite”,原意为“不明确”,指激冷层在断口上无明确界限,被误译为“无限”,现已沿用成习。采用衬砂金属型并继续提高碳当量可得粗麻口组织的轧辊,称半冷硬铸铁轧辊。所有上述品种的组织中凡石墨呈球状的,称球墨铸铁轧辊;复合浇铸的轧辊加“复合”一词。

铸钢轧辊


一般按含碳量分类:含碳极高(1.4~2.4%)的过共析钢轧辊,俗称半钢轧辊,高碳的半钢轧辊实际已伸入铸铁领域;高碳过共析钢轧辊还有一类为石墨钢轧辊,其石墨是通过孕育和热处理获得的。
除采用特殊加工工艺的以外,都直接以材质称呼。如用电渣重熔铸造坯料锻压的轧辊称为电渣重熔锻压轧辊。

相关信息/轧辊 编辑


对大部分轧辊的芯部和工作表层有不同的性能要求。用单一材料难于满足要求时,内外层可分别用两种材料来制造。复合工艺可采用机械组合、复合铸造及其他复层技术。修复轧辊常用堆焊技术。

锻钢轧辊现状/轧辊 编辑


锻钢轧辊可分为锻钢热轧辊及锻钢冷轧辊,锻钢热轧辊主要用于热轧开坯及型钢粗轧辊,锻钢冷轧辊广泛用作冷轧工作辊。由于冷轧板材要求质量较高,尤其是冷轧薄板广泛用于轻工、汽车、建筑及铁道等行业,要生产高质量的冷轧薄板,必须要有高质量的冷轧工作辊做保证,这样对冷轧工作辊的性能提出很高的要求:辊身表面必须具有高而均匀的硬度,以保证冷轧带材或钢板的尺寸精度和良好的表面质量;辊身具有一定的淬硬层深度;具有高的抗事故能力。为达到这些性能,对轧辊材质的原始组织要求很严:一是纯净的冶金质量;二是组织的均匀性。高的冶金质量指轧辊钢锭结晶致密,偏析不严重,不允许存在白点,钢中残存的非金属夹杂物含量尽可能低。对轧辊使用状态下的组织要求为隐针M及细小C,碳化物颗粒尺寸尽可能细小(0.5-2微米),呈弥散分布。同时保证一定的淬硬层深度,淬硬层深度的增加,可以减少轧辊在使用中的重淬次数,大大降低轧辊成本。 

损坏原因/轧辊 编辑


轧机部件中轧辊的工作条件最为复杂。轧辊在制造和使用前的准备工序中会产生残余应力和热应力。使用时又进一步受到了各种周期应力的作用,包括有弯曲、扭转、剪力、接触应力和热应力等。这些应力沿辊身的分布是不均匀的、不断变化的,其原因不仅有设计因素,还有轧辊在使用中磨损、温度和辊形的不断变化。此外,轧制条件经常会出现异常情况。轧辊在使用后冷却不当,也会受到热应力的损害。所以轧辊除磨损外,还经常出现裂纹、断裂、剥落、压痕等各种局部损伤和表面损伤。一个好的轧辊,其强度、耐磨性和其他各种性能指标间应有较优的匹配。这样,不仅在正常轧制条件下持久耐用,又能在出现某些异常轧制情况时损伤较小。所以在制造轧辊时要严格控制轧辊的冶金质量或辅以外部措施以增强轧辊的承载能力。合理的辊形、孔型、变形制度和轧制条件也能减小轧辊工作负荷,避免局部高峰应力,延长轧辊寿命。 

修复方法/轧辊 编辑

轴承位磨损

高分子复合材料修复方法:
具有超强的粘着力,优异的抗压强度、耐磨性和抗腐蚀性等综合性能,采用美嘉华-福世蓝2211F高分子复合材料在传动部位磨损尺寸相对较小的情况下可以现场免拆卸修复,既避免机械加工,又无补焊热应力热影响,修复厚度也不受限制,同时产品所具有的耐磨性及金属材料不具备的退让性,确保修复部位百分百的接触配合,降低设备的冲击震动,避免磨损的可能性,并大大延长设备部件(包括轴承)的使用寿命,为企业节省大量的停机时间,创造巨大的经济价值;
冷焊修补方法:冷焊机是利用电火花高频放电原理对金属表面进行无热堆焊,因而在修补轧辊砂眼、划伤等缺陷过程中不变形、不退火、不咬边和残余应力,不改变金属组织状态。修复精度高,涂层厚度从几微米到几毫米,可对金属工件出现磨损、划伤、针孔、裂纹、缺损变形、硬度降低、沙眼、损伤等缺陷进行沉积、封孔、补平等修复功能,只须打磨、抛光,也可进行车、铣、 刨、磨等各类机械加工,以及电镀等后期加工。
断裂原因

一、脆性断裂,此类轧辊断口形状较为平整,断口周围辊身表面较为齐整;
二、韧性断裂,此类轧辊断口形状多呈"蘑菇头"状,断口附近的辊身均成粉碎状破碎。
将二者比对发现,此次断辊事故的断辊形式为韧性断裂。脆性断裂和韧性断裂都是因为轧辊应力超过芯部强度造成的。
其产生原因与轧辊本身残余应力,轧制时机械应力以及轧辊热应力有关,特别是当辊身的表面和芯部的温差大时更容易产生。这种温差可能由不良的辊冷却,冷却中断或在新的轧制周期开始时轧辊表面过热引起。轧辊的这种表面和芯部间的巨大温差引起较大的热应力,当较大的热应力,机械应力以及轧辊的残余应力超过轧辊的芯部强度时引起断辊。例如,轧辊表面和芯部间的温差在70℃时轧辊会增加100MPa的纵向热应力,温差越大,增加的热应力越大。与产生脆性断口的轧辊相比较,产生韧性断口的轧辊的芯部材料韧性更好,更不容易出现断裂。
导致轧辊失效的应力共有四种:
一、制造过程中的残余应力;
二、轧制过程中的机械应力;
三、轧制过程中轧辊的组织应力;
四、轧辊内外温差造成的热应力。
如果是因为制造残余应力过大产生断裂,断辊通常发生在轧辊初始上机使用的前几次,且为开轧的前几块轧材。此次断裂的轧辊已经上机轧制了四次,工作层消耗了14mm,因此不应是因制造残余应力形成的断裂。
如果是因为机械应力产生的断裂,需要很大的机械应力。经粗略计算,如此大截面的高铬铸钢轧辊若被机械应力拉断,则需要100MN以上的拉力,对于该轧辊工作的轧机来说这是不可能的。轧辊受力最大的部位是传动端辊颈,如果材料的力学性能指标不足,正常轧制情况下首先损坏的是传动端辊颈。从实际轧制和断辊情况来看,不是由于机械应力造成辊身断裂。
对组织应力影响最大的就是外层组织中残余奥氏体含量。残余奥氏体在轧制温度,轧制压力和水冷的交变作用下,发生奥氏体向马氏体或贝氏体的转变,由于奥氏体的比容小,而马氏体的比容大,因而在组织转变的过程中伴随着体积的膨胀,会致使轧辊的工作层产生更大的压应力,芯部产生更大的拉应力,芯部应力一旦超过材料的强度,必然造成轧辊断裂。考虑到残余奥氏体对组织应力的影响及热带连轧机轧辊的工作条件,一般轧辊的残余奥氏体含量控制在小于5%即可保证安全使用。该断裂轧辊的外层组织中残余奥氏体含量小于1%,故组织应力可以忽略不计。
轧辊断裂也可能与温度不均匀造成的热应力有关。轧辊在上机使用过程中,由于与轧材的紧密接触,轧辊表面温度迅速上升,而轧辊芯部的温度上升较慢,这时轧辊面和轧辊芯部之间的温差处于最大值,温差引起的轧辊热应力也处于最大值。如果轧辊的热应力和轧辊的残余应力相叠加,并且超过了轧辊芯部的强度极限时就可能发生轧辊断裂的事故。
防止断裂方法

防止断裂应该从减小制造残余应力,机械应力,组织应力和[1]热应力四方面进行。
一般情况下大部分制造残余应力会在热处理过程中消除,并且会随着轧辊的存放时间延长而逐渐消除,因此新轧辊存放一段时间再使用,能够降低断辊风险。避免较大机械应力的方法主要是避免过冷钢。降低组织应力的方法是通过热处理将辊身工作层残余奥氏体含量控制在小于5%以下。减小热应力的办法是在轧钢过程中对轧辊进行良好的冷却。
制造残余应力,机械应力,组织应力和热应力是造成高铬钢轧辊断裂的主要原因,良好的热处理,轧制条件和冷却可以有效防治高铬钢轧辊断裂。