冶金轧辊的分类及选材

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1、冶金轧辊的分类及选材宫 开 令一、轧辊的分类二、轧辊材质的选择 三、国内外对棒材连轧机轧辊选材上差距四、离心复合轧辊的诞生及发展一、轧辊的分类 轧辊的种类很多，其分类方法也不统一，但一般 习惯上按以下三种方法分类： A按轧辊用途分类： 1初轧轧辊 板坯初轧辊、方坯初轧辊（这两种轧辊随连铸比的 增加而被取代） 2板带轧辊中厚板轧辊、薄板轧辊、热轧带钢轧辊、窄带钢 轧辊、冷轧带钢轧辊 3型钢轧辊大型型钢轧辊、中小型型钢轧辊、棒材轧辊、线材 轧辊、钢管轧辊B按轧辊材质分类 1铸铁轧辊冷硬铸铁轧辊、无限冷硬铸铁轧辊、半冷硬铸铁 轧辊、球墨铸铁轧辊、高铬铸铁轧辊 2铸钢轧辊合金铸钢轧辊、合金半钢轧辊、石

2、墨钢轧辊、高 铬钢轧辊、高速钢轧辊 3锻钢轧辊合金锻钢轧辊、高铬锻钢轧辊、锻造高速钢轧辊等 4特种轧辊碳化钨轧辊、陶瓷钢轧辊C按轧辊重量分类： 1大型轧辊，重量大于10吨； 2中型轧辊，重量3-10吨； 3小型轧辊，重量小于3吨； 二、轧辊材质的选择轧辊是轧钢生产过程中重要的消耗工具，它直接 影响到轧材的尺寸精度和表面质量，由于每种轧机的 轧制条件、轧材的品种和规格不同，因此，正确地设 计轧辊特性和合理地选用轧辊材质是十分重要的。 1、初轧机轧辊初轧机主要分为板坯轧机和方坯轧机，初轧机是 以钢锭为坯料，而钢锭的铸态组织是粗大的树枝晶组 织，极易产生偏析。为了消除铸造组织，都是控制较 高的开轧温

3、度和大的变形量，以便使粗大晶粒断开， 同时，初轧机压下量大，轧制扭矩大。因此，轧辊的 抗热裂纹性能和强度是初轧辊的关键。 上个世纪50年代以前，国外初轧辊大多选用锻 钢轧辊。后来，部分改用铸钢轧辊，这类轧辊虽 然强度大，但存在的主要问题一方面是不耐磨； 另一方面是抗热裂纹性差，常常由于产生环裂而 断辊。在初轧机轧辊中，球墨铸铁轧辊的应用被 认为是很有成效的一大创举。1958年，我国在世 界上首先将球铁轧辊用于初轧机上，取得了满意 的轧制效果，为球墨铸铁应用领域的扩大做出了 卓有成效的贡献。以往使用的铸钢初轧辊硬度为 27-35HSD，而改用合金球铁轧辊，硬度可达到43- 48HSD，具有较好的

4、耐磨性和抗热裂纹性能，但 缺点是容易打滑。在强度方面，只要轧辊球化效 果较好，而且经过很好的热处理，轧辊强度是足 以保证的。2、中厚板轧辊中厚板轧机从结构型式上有二辊可逆式轧机、三辊劳 特式轧机和四辊可逆式轧机；按机架数量有单机架、双机 架和多机架的半连轧或全连轧。三辊劳特式轧机，除中辊是工作辊外，上下辊既是支 承辊又是工作辊，要求轧辊不仅要具有良好的耐磨性和耐 热性，而且还应具有良好的抗剥落性和抗折断性。因此轧 辊应该采用低镍铬钼或中镍铬钼无限冷硬铸铁轧辊，辊身 表面硬度为60-70HSD。四辊可逆式轧机是现代应用最广泛的中厚板轧机，它 综合了二辊和三辊劳特式轧机的优点，既降低了轧制压力 ，

5、又大大增强了轧机刚性。这种轧机对轧辊的选择几经变 化，支承辊通常是采用铸钢辊，硬度为45-52HSD，粗轧机 架工作辊开始采用合金无限冷硬铸铁轧辊，硬度为65- 70HSD，而将高铬铸铁轧辊用于该机架是一大创举。精轧 机架工作辊在50年代前后国外是采用全冲洗工艺生产的高 合金无限冷硬铸铁轧辊，硬度为75-82HSD，这一材质一直 延续到今天，只不过是石墨的形态和碳化物的状态有所改 进，平整辊采用离心复合高合金无限冷硬铸铁轧辊，硬度 为70-80HSD。 3、叠轧薄板轧辊目前，叠轧薄板轧机在国际上已基本淘汰，但我国 现阶段尚有几十台，该种轧机具有以下特点： 1）不可逆周期式轧制，轧件的空跑时间较

6、长。 2）因轧件的厚度小而表面积大，故在轧制过程中散热快， 再加上空跑时间长，使轧件温度很快下降到不适于继续 轧制的程度，往往需中间回炉再加热。 3）由于轧机弹性变形的限制，在产品厚度小于2毫米时， 就必须进行多片叠轧，轧制厚度一般在0.28-4.0毫米之间 。 4）为了减少轧件在轧制过程中的冷却，一般轧辊不进行水 冷，轧辊的工作温度为500-600。 5）轧辊在安装和正常轧钢之前均需对轧辊进行预热和烫辊 ，轧辊预热温度为380-420 6）轧机轧制压力大，一般达到900吨以上，最大压力可高 达到1600吨。 根据以上特点可见叠轧薄板轧机轧辊的工作条件 是相当恶劣的。要求轧辊导热性能和抗剥落性

7、能好， 轧辊抗冲击和抗折断性能高。因此，这种轧辊通常选 用合金含量低的CrMo无限冷硬球墨复合铸铁轧辊， 硬度为57-63HSD，轧辊最易出现的问题是断辊和剥 落。4、热轧带钢轧辊热轧带钢轧机分为半连轧、3/4连轧、全连轧和 薄板连轧，仅有一架可逆式粗轧机和一组精轧机架所 组成的叫做半连轧；具有数台粗轧机，其中有一台可 逆式的称为3/4连轧；具有数台粗轧机和一组精轧机 架的连轧机称为全连轧；坯料不是经初轧机开坯，而 是由薄板连铸坯直接进入全连续轧机轧制称为薄板连 轧。二辊式粗轧辊必须具有高的抗扭曲、抗弯曲强度 和良好的抗热裂纹性能，因此大多使用整体浇注的， 硬度为43-50HSD的合金铸钢轧辊

8、或使用硬度为55- 60HSD高强度合金球铁轧辊。近年来，国外一些国家 采用外层为石墨钢的复合铸钢轧辊。获得了很好的使 用效果。在3/4连轧和全连续轧机中，粗轧机架因为有支承 辊，所以不用担心工作辊断辊问题，关键是轧辊的磨 损、热裂问题。上个世纪60年代和70年代热轧带钢连 轧机粗轧机架主要选用硬度为50-55HSD的镍铬钼无限 冷硬复合铸铁轧辊或半钢轧辊。80年代，欧洲开始使 用高铬复合铸铁轧辊，并取得迅速推广，轧辊的硬度 也提到70-75HSD。90年代，半高速钢轧辊在热轧带钢 连轧机粗轧机架上取得成功的应用，半高速钢轧辊具 有以下优点：高的耐磨损性；良好的抗热裂纹性；较 好的抗剥落性和咬

9、入性。精轧机架由5-7架组成，通常称第1架为F1，第2架 为F2等，精轧机架为四辊轧机，支承辊用于防止工作 辊因轧制力而挠曲。支承辊一般选用硬度为40-50HSD 的铸钢轧辊，也有的国家采用硬度为60-70HSD的锻钢 轧辊。总之，支承辊材料的选择必须具有良好的疲劳 强度和抗折断性，这是由于支承辊与工作辊接触的部 位承受极大的压力，每个轧制周期都出现加工硬化， 如果不能及时去除，将会导致剥落。 精轧前段（F1-F3）工作辊八十年代也经历了一 场变革，当采用厚板坯轧制时，出现了一种被称为粘 辊的现象，黑色的氧化物会粘在工作辊表面，直到达 到某一个临界厚度便开始脱落，这种脱落的氧化物由 于轧辊辗压

10、的结果将使带钢产生质量问题。为了解决 这个问题，硬度为70-80HSD的高铬复合铸铁轧辊被 用于精轧前段，取得了较好的使用效果。当然不是所 有的轧机都能使用这种轧辊，如果冷却水不足或水质 不好，将产生严重的剥落。当高铬复合铸铁轧辊尚未 得到普遍采用时，高速钢轧辊在精轧前段却取得了很 好的使用效果，使用寿命是高铬铸铁轧辊的3倍以上 ，现已基本完全取代了高铬铸铁轧辊。相同的轧机对 轧辊的选用也不是千篇一律的，应根据具体的使用情 况和轧机的作业条件来确定最适应的轧辊 精轧后段（F4-F7）工作辊是在最后几个架次上 使用，因此轧辊的硬度、耐磨性、抗热裂纹性和抗剥 落性是主要的性能要求。基于这种特性要求

11、，国内外 几乎所有的热轧带钢连轧机精轧后段工作辊都选用高 镍铬钼无限冷硬复合铸铁轧辊。其硬度范围为75- 85HSD。这种轧辊最重要的特点是耐磨性极佳，从而 确保带钢具有很高的尺寸精度和表面光洁度。然而随 着材料的发展，轧辊研制者将高速钢材料用于轧辊的 制造上取得了显著的效果，它不仅适用于精轧前段工 作辊，而且还适用于精轧后段工作辊，每次的换辊周 期比原来提高3-5倍，轧辊的硬度可达到80-90HSD。 目前不仅是F1-F3架普遍采用高速钢轧辊，而且F4、 F5架也全部采用高速钢轧辊。F6、F7架还是采用改 进性高镍铬钼无限冷硬铸铁轧辊，硬度为78-83 HSD 。平整辊采用硬度为70-80H

12、SD的离心复合金无限 冷硬铸铁轧辊。 5、热轧窄带钢轧辊通常人们把带宽小于500毫米的带钢称为窄带钢 ，窄带钢轧机的机架形式和布局与热带连轧机很相似 ，因此，在轧辊选用上也基本接近。粗轧机架通常选 用硬度为40-50HSD的合金铸钢轧辊或硬度为45- 55HSD的合金球墨铸铁轧辊。精轧机组前段采用硬度为60-70HSD的贝氏体球墨 铸铁轧辊或中高合金无限冷硬铸铁轧辊；精轧后段采 用硬度为75-85HSD的高合金无限冷硬铸铁轧辊或硬 度为80-90HSD的高速钢轧辊。支承辊采用半钢轧辊 较好。 6、冷轧带钢轧辊冷轧带钢连轧机是由三到六架组成，它们是具有 较大型支承辊的四辊轧机，工作辊的直径较小。

13、冷轧 时，采用乳化油，既润滑带钢也起到冷却作用。冷轧 工作辊采用80-95HSD的锻钢辊，也有的轧机采用硬 度为75-80HSD的高合金无限冷硬铸铁辊，优点是辊 形易于控制，但缺点是由于石墨的原因，常使带钢表 面产生污染。近年来，半高速钢轧辊和高铬锻钢轧辊 用于冷轧工作辊又是一项很大的突破。 7、大型型钢轧辊大型型钢轧机一般分为粗轧、中轧和精轧，所以根据 机架不同，所选用的轧辊材质也应有所区别。粗轧机架轧辊通常加工有较深的孔槽，而且轧制温度 高、轧制压力大，要求轧辊应具有较高的强度和耐热性， 因此，国外大多数厂家采用铸造带槽的镍铬钼合金铸钢轧 辊或石墨钢轧辊。近年来一些厂家为了提高轧材表面质量

14、 ，已开始使用硬度为45-50HSD的合金半钢轧辊。只要改善 了轧辊的冷却条件，在使用过程中辊温控制在60以下时 ，合金半钢轧辊达到了最佳的使用效果。用于中间机架的轧辊必须同时具备良好的抗热裂性和 耐磨性，因此该机架轧辊一般选用硬度为50-60HSD的合金 球墨铸铁轧辊或铸造带槽合金球墨铸铁轧辊。大型型钢精轧机架的轧制操作是保证实现按负公差轧 制、减少允许偏差、提高大型型材尺寸精度的重要操作环 节。因此，用于大型型钢轧机精轧机架的轧辊，应同时具 有一定的强度和优良的耐磨性。因此，该轧辊基本上选用 耐磨性好的珠光体球墨铸铁轧辊或高碳半钢轧辊。 8、中、小型型钢轧辊中、小型型钢轧辊一般分为粗轧、中

15、轧和精轧，其 材质选择应根据轧机的类型、产品的规格和轧机的架 次等具体条件来确定。粗轧机架一般孔槽较深，要求轧辊要具有较高的强 度和耐热裂纹性。因此，大多数采用合金半钢轧辊或 高强度合金球墨铸铁轧辊。中间机架轧辊在轧制过程中负荷较重，要求轧辊既 要具有良好的抗热裂纹性，又要具有一定的耐磨性， 因此，一般选用合金球墨铸铁轧辊或无限冷硬铸铁轧 辊。精轧机架轧辊承受的轧制压力较小，一般不易产生 断辊现象。但是，该机架是产品的成品架或成品前架 ，为了保证轧材的尺寸精度，确保轧机按负公差轧制 ，轧辊的耐磨性是首要问题。所以，精轧机架轧辊通 常选用耐磨性较好的珠光体球墨铸铁轧辊、贝氏体球 墨铸铁轧辊或镍铬

16、钼无限冷硬铸铁轧辊，轧辊的硬度 为65-75HSD。9、棒材轧辊棒材轧机是属于小型型钢轧机之列。据统计，截 止到2003年底，我国相继引进和自制棒材连轧机118 套，这些轧机产量高、轧制压力大，因而对轧辊的选 用提出了更高的要求，特别是近年来引进的无头轧制 技术，由于轧辊烘热时间久，轧材定尺长，因此对轧 辊的要求不仅是耐磨性好、强度高，而且要具有更好 的抗热裂纹性和强韧性。粗轧机架轧辊首先由于轧机轧制压力大、轧辊孔型 深，大压下量而引起的高切断力必须使轧辊具有较高强 度、不断辊；另一方面，由于该机架轧制速度慢、轧辊 烘热时间长，因此必须保证具有良好的抗热裂纹性能和 抗剥落性能；同时，轧辊还必须具有良好的耐磨性、抗 冲击性及咬入性。很明显，其中一些性能是相互矛盾的 。钢轧辊比球墨铸铁轧辊具有较好的咬入性，而且强度 高，但其耐磨性和抗热裂纹性能却不如球墨铸铁轧辊。 有的厂家粗轧机架采用半钢轧辊，尽管从强度和耐磨性 方面可以满足轧机要求，但轧辊的热裂纹却非常严重。 所以，目前大多数厂家粗轧机组第一架选用硬度为45- 50HSD的铁素体球墨铸铁轧辊，其它机架选