[科普中国]-轧辊消耗

简介

轧辊是轧制过程中最为关键的设备，直接影响轧机的生产率、带钢的表面质量和制造成本。如何在保证带钢表面质量的情况下，延长轧辊使用周期是轧制工艺永久需要探索的课题。某酸轧机组吨钢辊耗远大于宝钢等先进的钢铁企业，为提高轧辊使用周期，降低轧辊的消耗，机组从多方面进行了探索1。

提高轧辊自身的使用性能使用镀铬辊，加强电镀作业的规范化轧辊在高温、高压、周期性作用力冲击等条件下工作，始终处于复杂的应力状态中，因此要求轧辊具有足够的强度及刚度，有较高的表面硬度、耐磨性和耐热性。目前在轧辊表面镀铬是解决以上问题行之有效的办法。镀铬可使轧辊寿命延长几倍乃至十几倍，首先是因为铬层提高了其表面的硬度( 硬度高达1 000 HV 以上) ; 另外，铬还是良好的耐磨性材料。耐磨且高硬度是镀铬轧辊能够获得高轧制量的关键因素。经过实践证明，镀铬轧辊的粗糙度衰减趋势明显小于普通轧辊，在同样的工作条件下，轧辊镀铬能够减少换辊次数。镀铬辊的使用利于降低辊耗。

随着钢铁企业使用镀铬辊数量的不断增加，电镀作业得到相应地规范和完善。铬层能否发挥其作用，跟镀铬工艺有直接的关系。比如，机组在试用镀铬初期产生了非正常磨损，下线的辊子整体铬层还在，但表面铬层出现一条条剥落现象。上机前测得铬层厚度为16 ～ 18 μm，下线时铬层厚度保持10 ～12 μm，而正常下机时铬层应该保留30% ～ 40% 的厚度比较理想。铬层出现剥落异常是因为镀到轧辊表面的铬层与基辊表面结合不牢固，在轧制碾压和摩擦过程中，出现剥落。铬层残存多是因为辊面硬度高且厚度太厚，肖氏硬度达到1 100 HV 以上，这种不适当的高硬度和深的“有效层”会造成轧辊裂纹和掉皮，结果导致轧辊提前报废。找到非正常磨损的原因后，厂家对影响镀铬层和基辊的结合强度的因素( 如镀液温度、镀铬时电流密度、辊面磨削后毛化处理状态、镀前清洗处理、电解除油、反电活化处理工序、镀层厚度等) 逐一进行检查、优化。经过调整电镀工艺，减少剥落倾向，提高了镀铬辊的寿命2。

合理选择轧辊基辊材质不同类型的轧机及其轧材对轧辊的特性提出不同的要求，因此，轧辊材质的选择应根据轧制工艺和辊型要求的不同而变化。常用的轧辊的材料有合金锻钢、合金铸钢和铸铁等，冷轧轧辊用钢有3Cr、5Cr、6Cr、9Cr、9CrV、60 CrMo 等。轧辊基体材质的选择对缺陷产生的敏感程度有很大的影响。为防止热疲劳裂纹的产生和扩展，选择抗热疲劳、开裂敏感性好的轧辊材质外，还应该考虑产品品种和各个机架的功能。比如就镀铬辊而言，基辊的性能和表面状态是获得均匀良好铬层的基础，镀铬不改变基辊表面的状态，对于镀前的基体表面缺陷，镀铬层本身无消除作用3。

制定合理的轧制规程合理的轧制规程是延长轧辊使用周期的先决条件。轧制规程制定时要考虑压下量、轧制力、屈服强度、客户对带钢表面质量的要求、产线控制能力等因素。比如轧制时适当减少压下量，发挥张力的作用，可防止轧辊与带钢边缘接触处应力集中造成的疲劳损伤。正常的换辊是在窄料过渡到宽料阶段，既避免了带钢表面出现宽窄印和划伤缺陷，也考虑了轧辊粗糙度的衰减规律，利于保障轧制工艺稳定。

加强轧辊信息系统管理轧钢生产中轧辊的消耗，与轧辊管理水平有直接关系。建立一套科学系统的轧辊档案是为了让使用方和管理方都能清楚地跟踪每根轧辊的情况。

轧辊的使用环境非常恶劣，既有带钢与轧辊之间的摩擦，又有轧辊与轧辊之间的摩擦。在反复持续地摩擦、冷却交替作用下，轧辊的表面既发生物理磨损，又发生化学腐蚀，两者的作用造成轧辊的磨损。当磨损达到一定的程度，轧辊硬度和粗糙度就难以保障，容易出现表面缺陷，需要磨削后才能使用，造成轧辊的消耗。轧辊磨削在冷轧辊管理工作中至关重要，磨削是为了彻底去除表面疲劳损伤层。

损伤一方面产生于轧制过程中出现堆钢、带钢偏移时，轧辊和带钢的局部小面积黏结; 另一方面，由于长期轧制某种规格的带钢，在轧辊的一些区域造成局部疲劳。采用如磁粉探伤、涡流探伤等探伤方法，能使操作工准确判定轧辊表面缺陷部位和深度，从而避免大进给量造成的轧辊烧损，也能避免裂纹消除不彻底造成爆辊事故，在提高轧辊使用安全性的同时，大幅降低了轧辊消耗2。

造成轧辊消耗的因素造成轧辊消耗的因素很多，主要有：

(1)轧机的数量；

(2)轧辊材质；

(3)所连铸|轧钢材品种和产品形状的复杂程度；

(4)轧制过程中金属变形的均匀性；

(5)采用的冷却方法和工作条件；

(6)轧制操作的技术水平以及轧辊的加工方法等。

随着轧机产量的提高、轧辊材质的改善、轧辊制造方法的变更、轧辊热处理工艺的革新、轧辊堆焊技术的进步以及冷却方法的改进等，轧辊的使用寿命得到延长，报废前轧制钢材数量增多，轧辊消耗不断降低。尤其是工艺润滑技术的应用，使轧辊消耗指标又达到新的水平2。

降低轧辊的非正常消耗1.降低断带和缺陷换辊事故，减少非正常换辊的次数

断带换辊是轧辊消耗的主要原因之一，而这种换辊是非常态换辊。比如轧机跑偏断带、原料缺陷断带、FGC 断带、焊缝断带等。现代轧钢利用先进的仪表、仪器进行预警，在很大程度上避免了一些断带事故发生，但轧制工艺制定合理与否是影响整个轧制过程的关键，轧制参数的给定要结合机组生产的实际情况不断地进行摸索优化。严格控制轧机设备的功能精度，建立完善的轧机机架水平测量系统和标准，在长期的轧制过程中显得尤为重要。轧机润滑系统运行保持良好状态，可防止打滑断带和划伤。

缺陷换辊在轧制过程中将一直存在，即使是轧制工艺成熟后，缺陷导致的换辊也将一直是轧辊消耗的主要形式。缺陷导致换辊的原因在很多情况下很难界定，具有涉及工序复杂、范围广泛的特点。设备和原料是导致缺陷换辊最主要的两大因素。为降低由于缺陷换辊引起的辊耗，机组曾经试用过抗辊印辊，但实践证明，这种高成本轧辊的使用并没有遏制缺陷导致的换辊。相比较而言，做好全工序质量控制，做好清洁生产工作，反而能对减少缺陷换辊起到相当重要的作用。

2.防止爆辊、黏钢，减少非正常换辊的次数

产生爆辊的原因很多，有疲劳源导致的，有基辊内部缺陷引起的，还有应力集中产生的等等。顾名思义，轧辊表面或次表面在反复交变应力作用下产生疲劳磨损，进而产生疲劳裂纹，若疲劳裂纹源未经消除或消除不彻底，该裂纹就会在接触应力的作用下不断扩展导致剥落。按照剥落产生的原因不同可将轧辊剥落分成两大类: 一类是轧辊表面剥落，这可通过裂纹表面的“破损”轨迹来鉴别，显著特征是具有典型疲劳痕，如图2 所示; 另一类是接触应力引发的剥落，由于轧机的负荷以及轧辊在接触点上的局部挤压，造成的最大组合剪切应力位于轧辊表面之下的某个较小区域中，当剪切应力超过轧辊的抗拉强度时，会导致表面之下位置剥落。

除爆辊外，还有黏辊也是造成轧辊消耗的一种致命破坏形式，机组黏辊表面形貌。当带钢堆积在轧辊之间，使轧辊局部受力增加，在热冲击的作用下造成带钢和轧辊焊合。发生爆辊和黏辊情况的轧辊基本只能报废。为降低爆辊事故带来的危害，磨辊间加强对新辊入厂质量检查，另外，加强事故辊使用中跟踪、事故辊磨削、探伤等精细管理非常有必要3。

总结轧辊是轧机的主要组成部分，是轧钢生产过程中最重要的消耗备件，它不仅关系到轧制成本和轧机作业率的高低，而且直接影响带钢的表面质量。

机组一是从改善轧辊自身条件出发，如采用镀铬技术，合理采用基辊材料，制定合理的轧制规程，延长轧辊寿命; 二是从降低非正常消耗，如断带和缺陷换辊次数，防止爆辊、黏辊，从而降低轧辊消耗2。