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轧辊

轧机上使金属产生连续塑性变形的主要工作部件和工具。轧辊主要由辊身、辊颈和轴头3部分组成。辊身是实际参与轧制金属的轧辊中间部分。它具有光滑的圆柱形或带轧槽的表面。辊颈安装在轴承中,并通过轴承座和压下装置把轧制力传给机架。传动端轴头通过连接轴与齿轮座相连,将电动机的转动力矩传递给轧辊。轧辊在轧机机架中可呈二辊、三辊、四辊或多辊形式排列。 [1]

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钼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淬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年代末在河北邢台建立起中国第一个专业轧辊厂。1958年鞍山钢铁公司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年代末太原钢铁公司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、硬质合金轧辊、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。 [2]

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。

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)。

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。

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。


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