轧 是 轧机 中直接完成 轧制 变形的部件。通常由辊身、辊颈和 接头 三部分组成。轧辊材料常用冷硬铸铁、 铸钢 、锻钢或 合金钢 ,有时也采用 球墨铸铁 或 钨钢 等。
轧辊也是 轧钢机 的主要部件。轧辊的尺寸结构、材质、使用、维护在相当大的程度上决定了轧机的技术水平。轧辊既是轧机设计的重要内容,也是组织生产中的主要管理对象。
发展简史
轧辊的品种和制造工艺随冶金技术的进步和轧钢设备的演变而不断发展。 中世纪 轧制软的 有色金属 时使用强度低的 灰铸铁 轧辊。18世纪中叶 英国 掌握了 轧制 钢板用的冷硬铸铁轧辊的生产技术。19世纪下半叶 欧洲 炼钢技术的进步要求轧制更大吨位的 钢锭 ,无论是灰 铸铁 或冷硬铸铁轧辊的强度均已不能满足要求。含碳量为0.4%~0.6%普通 铸钢 轧辊相应诞生。重型 锻压设备 的出现更使这种成分的 锻造 轧辊的强韧性得到进一步提高。20世纪初期合金元素的使用和 热处理 的引入显著改善铸钢和锻钢热轧辊和 冷轧辊 的耐磨性和强韧性。热轧板带用的铸铁轧辊中加入 后改善了轧材的表面质量。冲洗法复合浇注明显提高了铸造轧辊的芯部强度。
轧辊中大量使用合金元素是在 第二次世界大战 以后,这是轧钢设备朝着大型化、连续化、高速化、自动化发展以及轧材强度提高、变形抗力加大后对轧辊性能提出更高要求的结果。这段时期中先后出现了半钢轧辊以及 球墨铸铁 轧辊。20世纪60年代以后又研制成功了粉末 碳化钨 轧辊。70年代初期在 日本 和 欧洲 广泛推广的轧辊的 离心铸造 技术、差温热处理技术等使板带轧辊的综合性能显著改善。复合 高铬铸铁 轧辊也成功地用于 热带 轧机 上。同期, 锻造 白口铁 和半钢轧辊在日本得到应用。80年代欧洲又推出高 铬钢 轧辊及超深 硬层的 冷轧辊 以及用于小型 型钢 及 线材 精轧的特殊 合金铸铁 轧辊。当代轧钢技术的发展促使更高性能轧辊的开发研制。采用离心铸造法和新的复合方法如连续浇注复合法(CPC法)、喷射沉积法(Osprey法)、 电渣焊 法以及 热等静压 法生产的芯部为强韧性好的 锻钢 或 球墨铸铁 、 外层 为 高速钢 系列的复合轧辊以及金属陶瓷轧辊已分别在欧洲、日本新一代型材、线材、 带钢 轧机 上得到应用。
中国 从20世纪30年代开始 成批生产 铸造轧辊,但品种极少。50年代末在 邢台市 建立起 中国 第一个专业轧辊厂。1958年 鞍山钢铁集团 在国际上首次试制并使用了1050初轧用大型 球墨铸铁轧辊 。60年代相继制造成功冷轧工作辊和大型锻钢轧辊。70年代末 太钢集团 和北京钢铁研究总院共同试制成功炉卷轧机和热连轧 宽带钢 机组用的 离心铸造 铸铁 轧辊,邢台冶金机械轧辊 股份有限公司 试制成功热宽带钢轧机用半钢工作辊和冷轧宽带钢轧机用工作辊。80年代中国又陆续研制成功大型锻钢 支承辊 、 锻造 半钢和锻造 白口铸铁 轧辊、粉末碳化钨辊环、 高铬铸铁 轧辊等新品种。到90年代,中国轧辊生产已基本满足国内需要并有部分出口,但品种有待增加,质量尚须提高。
轧辊分类
轧辊的分类方法有多种,主要有:(1)按产品类型分有 带钢 轧辊、 型钢 轧辊、 线材 轧辊等;(2)按轧辊在 轧机 系列中的位置分有开坯辊、粗轧辊、精轧辊等;(3)按轧辊功能分有破鳞辊、穿孔辊、平整辊等;(4)按轧辊材质分有钢轧辊、 铸铁 轧辊、 钨钢 轧辊、陶瓷轧辊等;(5)按制造方法分有铸造轧辊、 锻造 轧辊、堆焊轧辊、镶套轧辊等;(6)按所轧钢材状态分有热轧辊、 冷轧辊 。各种分类可以相应组合而使轧辊有更明确的含义,如 热轧带钢 用 离心铸造 高铬铸铁 工作辊。
轧辊选用
常用的轧辊材质和用途见表。轧辊的性能和质量一般取决于其化学成分和制造方式并可由其组织、物理和力学性能以及存在于轧辊内部的残余 应力 类型来评估(见轧辊检验)。轧辊在 轧机 中的使用效果不但取决于轧辊材质及其冶金质量,还和使用条件、轧辊设计、操作维护有关。不同类型轧机的轧辊使用条件有很大差异,造成差异的因素有:(1)轧机条件。如轧机类型、轧机和轧辊设计、孔型设计、 水冷 条件和轴承种类等;(2) 轧制 条件如轧材品种、规格及其变形抗力、压下制度和温度制度、产量要求和操作等;(3)对产品质量和表面质量的要求等。
常用轧辊材质和用途表
注:复合轧辊辊颈材料按强度要求选择。
因此,不同类型的 轧机 以及同类型而使用条件不同的轧机,对所用的轧辊性能要求不尽雷同,如 方坯 和板坯初轧机轧辊要具有好的扭转和弯曲强度、韧性、咬入性、抗热裂性和热冲击性以及耐磨性;而 热带 精轧机架要求轧辊辊面的高硬度、抗压痕、耐磨、抗剥落和耐热裂等性能。
弄清轧辊的使用条件以及在同类型轧机中所用轧辊的失效方式,了解当前各种轧辊材质的性能和制造工艺,才能较正确地制定该轧机用辊的技术条件和选用合适而经济的轧辊材质。
最常用来评价轧辊在 轧机 中使用性能的方法有:(1) 轧制 1t轧材所消耗的轧辊重量(kg)(简称辊耗),用kg/t表示;(2)每单位轧辊直径减少所轧材的重量,用t/mm表示。
随着轧机的现代化,对轧辊使用失效的深入研究以及轧辊材质和制造工艺的改进,工业发展国家的平均辊耗已降低到1kg/t以下。
性能要求
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。