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轧辊

　　轧辊是轧钢厂轧钢机上的重要零件，利用一对或一组轧辊滚动时产生的压力来轧碾钢材。它主要承受轧制时的动

轧辊实物图

静载荷，磨损和温度变化的影响。

　　常用冷轧辊中工作辊的材料有9Cr,9Cr2,9Crv,8CrMoV等，冷轧辊要求表面淬火，硬度为HS45~105。热轧辊常用的材料有55Mn2,55Cr,60CrMnMo,60SiMnMo等，热轧辊使用在开坯，厚板，型钢等加工中。它承受了强大的轧制力 ，剧烈的磨损和热疲劳影响，而且热轧辊在高温下工作，并且允许单位工作量内的直径磨损，所以不要求表面硬度，只要求具有较高的强度，韧性和耐热性。热轧辊只采用整体正火或淬火，表面硬度要求HB190~270硬度。轧辊硬度是一个间接的物理值，它的高低受到轧辊本身内部组织状态的影响，如轧辊材料的基体硬度，轧辊材料中碳化物的种类和数量，轧辊的残余应力等等；同时，由于轧辊硬度检测常用的肖氏和里氏硬度检测均为反弹式硬度检测，受检测仪器的状态，操作者的心理因素等其他因素的影响较大。所以无论是轧辊的制造和使用部门，需要配备专人负责硬度的检测工作，注意硬度计的选型，与其他硬度的对比关系要稳定，同时要注意经常送检和校对硬度检测仪器和标准试块，有条件的企业可以推广利用标准轧辊来进行硬度计的校核工作。

　　轧辊是使（轧材）金属产生塑性变形的工具，是决定轧机效率和轧材质量的重要消耗部件。轧辊是轧钢厂轧钢机

轧辊示意图

上的重要零件，利用一对或一组轧辊滚动时产生的压力来轧碾钢材。它主要承受轧制时的动静载荷，磨损和温度变化的影响。

　　轧辊种类很多，常用的轧辊品种有铸钢轧辊、铸铁轧辊和锻造轧辊三大类，在型材轧机上还有少量硬质合金轧辊。
　　成型方法

　　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

　　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。

　　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。

　　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；但适当

铸铁轧辊

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。
　　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。

　　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，
　　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。