轧辊选材

热连轧轧辊的选材单位：北京科技大学冶金工程研究院姓名：赵爱民教授博导时间：2007－11报告主要内容1轧辊知识简介2热带轧机各机架轧辊选配的发展过程3各机架特点和轧辊材质选择4热连轧轧辊材质选择结论5轧辊的使用和维护1.轧辊知识简介1.1铸铁系轧辊1)普通铸铁轧辊2)高镍铬无限冷硬铸复合铁轧辊3)高铬复合铸铁轧辊4)合金球墨铸铁轧辊1.2铸钢系轧辊1)合金铸钢轧辊2)铸造高铬钢轧辊3)离心复合高速钢轧辊4)半钢轧辊1.3锻钢系轧辊1)锻钢热轧辊2)锻钢冷轧辊1.1铸铁系轧辊铸铁系轧辊的含碳量在2.5%-3.5%左右，按主要材质可分为普通铸铁轧辊、高镍铬无限冷硬复合铸铁轧辊、高铬复合铸铁轧辊和合金球墨铸铁轧辊四大类。铸铁轧辊中常见的组织可分为基体、渗碳体、石墨三大类，基体组织主要奥氏体、铁素体、珠光体、贝氏体和马氏体，石墨在铸铁中的形态一般有片状和球状两种1.1铸铁系轧辊普通铸铁轧辊普通铸铁轧辊可分为冷硬铸铁轧辊，中、低合金无限冷硬铸铁轧辊，中低合金球墨铸铁轧辊，冷硬铸铁是利用铁水自身过冷度和模具表面激冷的办法获得的一种铸铁其辊身表面激冷而生成白口层，硬度高、耐磨性好。冷硬铸铁轧辊按制造工艺和芯部材质可分为非球铁、球墨复合、和球芯三大类。无限冷硬铸铁轧辊是介于冷硬铸铁和灰口铸铁之间的一种材质，其辊身工作层基体组织中存在着石墨，并且辊身工作层与芯部没有明显的分界线。普通铸铁轧辊主要用于叠轧薄板轧机、三辊劳特式中板轧机、线材轧机、棒材轧机及型钢轧机用辊。1.1铸铁系轧辊高镍铬无限冷硬铸复合铁轧辊无限冷硬铸铁是界于冷硬铸铁和灰口铸铁之间的一种材质，无限冷硬铸铁轧辊辊身工作层集基体组织中存在着均匀分布的石墨，石墨的含量从辊身表面往里随深度的增加而提高，硬度随之降低，因此，辊身工作层与芯部没有明显的分界线，也称无界冷硬铸铁轧辊无限冷硬铸铁轧辊材质中含有较高的铬、镍、钼合金元素时为高镍铬无限冷硬铸铁轧辊，采用全冲洗(溢流法)或离心复合浇注工艺生产。高镍铬无限冷硬铸铁轧辊辊身工作层基体组织中存在较大数量的碳化物，因此有较高的耐磨性，基体组织中石墨的存在，使其具有良好的抗热烈性，被广泛应用做宽、中、厚板轧机和带钢轧机精轧用辊1.1铸铁系轧辊高铬复合铸铁轧辊高铬复合铸铁轧辊是以含铬12－20％的高铬白口耐磨铸铁为轧辊辊身外层材质，一般以球墨铸铁为轧辊芯部和辊颈材质，采用离心复合浇注工艺而生产的高合金复合铸铁轧辊。由于基体中存在板条状的Cr7C3型共晶碳化物、菊花状的Mo2C型共晶碳化物和颗粒状的Cr23C6型二次碳化物，高铬铸铁轧辊具有优异的抗耐磨性能，被广泛应用做热轧带钢连轧机粗轧和精轧前段工作辊、宽中厚板轧机粗轧和精轧工作辊及小型型钢和板材轧机精轧。1.1铸铁系轧辊合金球墨铸铁轧辊合金球墨铸铁轧辊由于石墨从辊身到芯部呈球状均匀分布，所以抗拉强度大，可经受重载荷，耐磨损性很好。基体组织为碳化物及珠光体或针状体，合金球墨铸铁轧辊按辊身基体组织大体可分为两类:珠光体球墨铸铁轧辊和针状体球墨铸铁轧辊，合金球墨铸铁轧辊一般采用整体铸造，但针状体铸铁轧辊由于合金含量高，铸造应力大，可采用离心复合浇注工艺，获得理想的综合使用性能。合金球墨铸铁轧辊具有良好的抗热冲击和耐磨损性能，被广泛应用做大型初轧机、型钢轧机、棒材连轧机和大型无缝管轧机用辊。1.2铸钢系轧辊铸钢系轧辊可分为两类:钢轧辊(含碳量0.4-1.4%)和半钢轧辊(含碳量1.4一2.4)钢轧辊含碳量低，故硬度较低，其组织一般由铁素体和珠光体组成，随着含碳量增加，铁素体量减少，珠光体量增加。为提高硬度，可加入Cr,Ni,Mo等合金元素，或者进行特殊热处理，由于钢轧辊具有较高的抗拉强度和韧性，适用于轧制温度高、轧制载荷大的开坯轧机或初轧机，也可用做支撑辊。如进行特殊热处理，得到HS90以上的高硬度，亦可用做冷轧工作辊。半钢轧辊含碳量在铸钢辊和铸铁辊之间，其组织主要由珠光体构成，并含有一定的碳化物，因此，其强度比铸钢轧辊稍高，比铸铁轧辊低，其硬度比一般铸钢轧辊高半钢轧辊的最主要特点是内部硬度降落很小，因此，特别适用于制造深孔型轧辊，同时广泛应用于型钢轧机粗轧和精轧机架、热轧带钢连轧机粗轧和精轧前段工作辊。半钢轧辊材质中若增加硅含量，通过石墨化处理，具有高的抗热裂性和强韧性，作为初轧机开坯轧辊、大型型钢粗轧辊、开坯连轧机轧辊和热轧带钢连轧机亚辊，可获得良好的轧制效果。1.2铸钢系轧辊合金铸钢轧辊合金铸钢轧辊依其化学成分和热处理工艺，可使辊身外层基体组织为珠光体及贝氏体。珠光体可以是片状或球状，或是索氏体类型回火索氏体不仅具有高的强韧性，而且具有优良的抗热裂性，尤其是带位相的回火索氏体组织还兼有优良的耐磨损性能，故用于初轧机时，轧制效果良好。合金铸钢轧辊具有较高的抗拉强度和韧性，一定的耐磨性和抗热裂性，主要用于初轧机的开坏轧辊和型钢轧机粗轧辊。铸造高铬钢轧辊高铬钢轧辊是以其高铬钢(C:0.5一1.5%,Cr:8一15%)为辊身外层材质，以球墨铸铁为芯部材质，采用离心复合浇注工艺生产的，由于其辊身外层具有比高铬复合铸铁材质更加富铬的基体组织，耐磨性极好，此外，由于高铬钢轧辊辊身工作层基体组织中的碳化物含量较低，使其具有优良的抗热裂性，基于此，高铬钢轧辊是目前热连轧机粗轧辊选材的发展趋势。1.2铸钢系轧辊离心复合高速钢轧辊高速钢轧辊不仅具有高的抗热裂性，同时其高的耐磨性及红硬性可大大延长轧辊寿命，提高轧材质量，可用于热带连轧机精轧前段工作辊。半钢轧辊半钢轧辊含碳量通常为1.4一2.4%,机械性能处于铸钢和铸铁之间，具有硬度降落小，耐磨性能高等特点，广泛用于型钢轧机粗轧和中轧机架、热轧带钢连轧机粗轧和精轧前段工作辊，当半钢含碳量大于1.9%时，称之为高碳半钢，高碳半钢由于碳含量较高，基体组织中存在有共晶碳化物和伪共晶碳化物，被用于开坯连轧机架用辊、型钢轧机中间机架和精轧机架用辊。半钢轧辊用做热轧辊时，为提高耐裂性，成分中增加硅含量，成为石墨铸钢轧辊，集中了铸钢和铸铁二者的优点，大量用于钢坏热连轧机轧辊和型钢轧机轧辊。1.3锻钢系轧辊锻钢系轧辊通过治炼、锻造、热处理，使轧辊辊身工作层具有均匀一致高硬度、高耐磨性和优良的抗事故能力，同时保证轧辊辊颈和辊身芯部具有一定的强度和高的韧性。锻钢轧辊具有的这一独特性能，使其在冷轧以及有色轧制方面，有着铸造轧辊不可替代的优势。按使用条件，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，锻钢冷轧辊被广泛用于冷轧辊。锻钢冷轧辊使用要求高，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，为此，对轧辊的原始组织要求很严，一是纯净的治金质量，二是组织的均匀性。我国目前主要使用含铬2％左右的冷轧辊材质，HS90以上的工作层在10mm左右，而新开发的含铬5%的Cr5系列冷轧辊，HS90以上的工作层在30mm以上，Cr5系列冷轧工作辊在各方面体现出的优良性能必将逐步替代传统上使用的Cr2系列冷轧辊，成为冷轧工作辊的发展方向。离心轧辊的制造工艺配料精加工粗加工热处理冶炼热处理半精加铸造光谱电镜碳硫性能CoilersReheatingFurnacesRougherFinishingStandsCoolingShearDescalingF1F2F3F4F5F6BackuprollsWorkrollsVC4TSVC8TSVHSS18VHSS18ACI75SCI80SVC4AHCICI77SCI82S典型的半热连轧工艺流程2.热带轧机各机架轧辊选配的发展过程3.各机架特点和轧辊材质选择轧辊选用的影响因素是多方面的，不仅包括轧机整体工艺技术水平如投产年代，改造情况、采用新技术情况、轧辊水冷状况、压下规程、轧制速度、轧制节奏、氧化铁皮去除情况等；而且还包括轧辊管理的诸多方面因素，如换辊制度，轧辊修磨制度，轧辊维护等情况。因此，带钢轧辊的使用厂家与轧辊制造者，应共同探讨改进轧辊使用条件和选用更适合于各家轧机具体使用条件的轧辊的可能性。下面就影响轧辊选用的主要因素，分类加以简述：3.1立辊1)当大立辊仅用来破磷时，轧制力不大，其材质和硬度可在合金铸钢，石墨钢、球铁、锻钢等等较大的范围内选择。2)如大立辊通过大侧压控制板宽，有较深的孔型，有一定压下量，不仅要考虑其抗热裂问题，而且要考虑其辊颈强度和孔型的硬度及耐磨性问题，此时宜采用强韧性良好的合金铸钢轧辊或锻钢轧辊。3)如果主要以设定带宽和保证板材的侧边平整，几乎没有侧向压下情况，可以主要考虑轧辊的耐磨性，轧辊只要具有合适的硬度和良好的抗热裂性，即可满足使用要求。选用球无或半钢或石墨钢辊均可。3.2粗轧工作辊3.2.1粗轧工作辊的工作条件和所担负的任务，要求选择轧辊时考虑以下几个方面的问题：１)热应力，轧辊必须具有良好的耐热疲劳性能，热裂的形貌应尽可能的细小。２)咬入性能好，打滑小：轧辊的咬入性能和打滑情况主要与咬入角及带钢与工作辊之间的相对速度有关。全连轧机的相对速度比３／４连轧机要高，打滑倾向大—些；打滑情况还与轧辊的材质、组织和摩擦系数及形成细小均匀的热裂纹的能力有关。—般来说球铁轧辊的咬入角应小于１８度，钢和半钢辊咬入角可以到２６度。３)扭转强度和弯曲强度：对于二辊粗轧机来说，因没有支承辊，坯料厚度大，辊身中部就会产生较大的弯曲，弯曲疲劳引起裂纹，扩展导致辊身的环裂。４)耐磨损：粗轧机架轧辊在氧化铁皮和轧制时的高温低速作用下造成磨损。3.2粗轧工作辊3.2.2二辊粗轧辊：热带连轧机的二辊粗轧机架，轧制坯料厚、温度高，且轧制压下量、轧制压力、咬入角均高于其他机架，要求轧辊具有良好的抗热裂性、抗扭强度、弯曲强度，以及良好的咬入性能。如做为不可逆轧机，轧制道次少，辊身又短的情况，弯曲应力比较小，采用合金铸钢完全可以满足其强度和抗热裂的需要。如果做为可逆轧机且辊身比较长，轧制道次多弯曲应力又比较大，就应考虑使用辊颈强度高的合金锻钢、复合石墨钢或复合铸钢轧辊。3.2.3粗轧四辊轧机工作辊：如果是３／４连续的可逆轧机，前架可选用半钢、石墨钢或复合石墨钢等，后架或全连轧的粗轧工作辊则都可以选用合金半钢或高Ｃｒ铸铁。与高铬铁轧辊相比，半钢材质工作辊耐磨性不足，虽然磨损不会导致轧辊失效，轧钢过程中氧化皮有时造成辊面压痕，使修磨量增大，限制了轧辊换辊周期，使用时间长则带钢形状不稳定；下机的轧辊热裂纹严重，一方面使钢材表面容易产生缺陷，另一方面因为轧辊表面粗糙不匀，造成钢材偏歪、卷边，热裂纹严重有时造成浅层掉肉现象。与高铬铸铁轧辊相比高铬钢轧辊优点突出高铬铸铁工作辊具有较高的硬度和良好耐磨性能，但是其对热的影响非常敏感，要求轧辊必须获得十分好的冷却，需要足够的冷却水。并且卡钢等轧钢事故造成的热裂纹较深；由于组织中碳化物含量较高，磨擦系数小，有时出现打滑现象。由于这个原因硬度限制在HSD60-70为好。如图。100×与高铬铸铁轧辊相比高铬钢轧辊优点突出近来有些厂家粗轧四辊轧机工作辊使用高Cr钢轧辊代替高Cr铸铁轧辊，高Cr铸钢辊为含C0.7-1.4%、Cr8-14%，以及Ｍｏ、Ｎｉ等合金元素，基体以细针、隐针马氏体回火组织为主，含有少量回火屈氏体，碳化物含量5-10%辊面硬度65-80HSD。如图２。与高铬铸铁轧辊相比高铬钢轧辊优点突出（１）碳化物脆性相减少，含量为5-10%导热率高于高铬铸铁辊，因此，对水冷要求不象高铬铸铁辊那样苛刻，不需要特殊的冷却措施，总的水量根据辊身长度可从半钢材质时的3.0m3/cm.h减少为1.05m3/cm.h。（２）高Cr铸钢轧辊耐磨性的提高不是依靠碳化物的数量，而是依靠基体组织的特性，辊身基体组织中富铬，轧制中形成氧化膜致密而不易破碎和脱落，且轧辊经高温热处理基体组织均匀性提高，残余奥氏体量控制很低，具有较高辊面硬度辊面具有比高铬铁辊更高的硬度，辊面硬度达到70-80HS，因此轧辊的耐磨性能、抗压痕能力进一步加强，大