新型冷连轧机支承辊的制造

新型冷连轧机支承辊的制造

摘要：在新型冷连轧机上增加工作辊刚度，直接或间接承受轧制载荷的轧辊称

为支承辊。支承辊是轧机中用来支承工作辊或中间辊以便在轧制时防止工作辊出

现挠曲变形而影响板形质量的重要部件。支撑辊质量的优劣直接影响轧板的产量

及质量。所以本文就新型冷连轧机支承辊制造的相关问题进行探究。

关键词：冷连轧机；支承辊；制造；重要性

引言

随着轧机向自动化、高精度、优质板形控制等方向的发展，对支承辊的质量要求也不断

提高，不仅要求辊身表面有极高的硬度和硬度均匀性，而且要求有较深的淬硬层深度。由于

合金元素 , 尤其是碳化物形成元素含量低 , 使钢的耐磨性降低 , 因此 , 此类材料不能满足大型

轧机支承辊的要求。冷轧行业为了提高轧制产品的质量, 提高轧制效率, 降低轧制成本, 用户对国内轧辊制造厂家提出了更高的要求。

一、支承辊在新型冷连轧机制造中的重要性

支承辊是新型冷连轧机中的重要部件，用来支承工作辊或中间辊，以防工作辊出现挠曲变形而影响板、带的产量及质量。支承辊的质量特征为辊身表面硬度高、硬度均匀性好、辊

身淬硬层深、辊颈及辊身心部具有良好的强韧性 ; 支承辊的质量特征为耐磨性高、抗剥落性

好和抗事故性强。随着冷、热轧机向高速化、大型化、高精度方向发展，对支承辊的要求也

在不断提高，从现代化冷、热连轧机组支承辊对材质、辊身硬度、均匀性、淬硬层深度、残余应力等方面的要求来看，选用锻钢支承辊更为合适。锻钢支承辊与复合铸钢支承辊相比，

具有材质均匀、耐磨性及抗剥落性更优等特点。大型锻钢支承辊属高附加值产品，因其技术要求高，工艺复杂，制造难度大，生产工序多、周期长等原因，我国只有少数企业能生产，其产量不能满足市场需求，致使现代化冷、热连轧机企业所用大型锻钢支承辊不得不依赖进口。

二、新型冷连轧机支承辊的制造

1支承辊工作条件及性能要求

在轧制过程中，支承辊对工作辊起支承作用，保证工作辊工作时刚度高、变形小，因此，支承辊应具有良好的刚度。在使用过程中，支承辊始终与工作辊或中间辊滚动接触，极易产

生加工硬化现象，在过载时局部屈服使硬化层底部产生皮下微裂纹，微裂纹扩展最终造成辊

身剥落，这就要求支承辊具有较高的接触疲劳强度、合理的应力状态和抗裂纹扩展性能。支

承辊中部会因磨损而形成凹形，辊身两端接触应力剧增，从而导致剥落，故要求轧辊耐磨性

优良，以延缓和减轻凹陷辊型的形成。支承辊使用周期长，辊颈长期承受交变弯曲应力，为防止辊颈裂断，要求辊颈具有良好的屈服强度、韧性和抗断裂性能。

2大型锻钢支承辊最终热处理工艺

最终热处理是使支承辊达到使用要求的重要环节，随着对支承辊要求的不断提高，其最

终热处理工艺也由过去的整体加热 + 淬火 + 回火改为辊身表淬 + 回火。此工艺中辊身的表淬

尤为重要，它直接影响着辊身硬度及淬硬层深度，对产品的性能影响很大。

辊身表淬工艺应根据其综合使用性能和用户要求选定。大型锻钢支承辊先进的辊身表淬

工艺有差温淬火（差温加热+ 喷雾冷却）和整体感应淬火（整体感应加热+ 喷雾冷却）两种。两种工艺的最大差异是淬火加热方式不同 ; 相似之处都是将锻件表面快速加热至相变温度以

上而心部保持在相变温度以下，均采用喷雾冷却。喷雾冷却是以一定压力的水和压缩空气在

喷嘴中混合呈雾状喷向辊件进行冷却，可通过调节风压、水压方便地调整冷却强度。

辊身表淬采用差温淬火工艺，即将半精加工后超声波探伤合格的支承辊坯先在台车炉中进行 500 ～ 600℃整体预热，并保证辊身内外温度均匀一致，然后再将支承辊转入差温加热

炉及喷雾淬火设备，进行辊身的差温加热及淬火处理。差温加热炉的特点是加热速度快，

1.5～ 2h 内即可将支承辊的表面温度由 500℃升到 1000℃以上 ; 加热均匀，工件在炉内

每隔一定时间旋转90°；加热层深，支承辊在炉内保温4h 左右加热层深度可达200mm 左右。辊身采用差温淬火工艺表淬的优点是，当辊身一定深度的表层达到淬火温度时，心部仍处于

奥氏体化温度以下温度，经激烈的喷淬后可保证心部具有较小的拉应力，

从而提高支承辊的抗事故能力。

差温淬火工艺在国内大型锻钢支承辊最终热处理工艺中属先进、成熟的工艺。Cr3 ～

Cr5 钢大型锻钢支承辊采用差温淬火工艺所生产的支承辊辊身表面硬度为 55 ～ 71HSD，淬硬

层深度≤ 100mm，硬度均匀性为±2HSD，淬火组织为贝氏体，韧性、强度较好，适用于钢厂

一般硬度和淬硬层深度要求的锻钢支承辊。但此工艺难以生产辊身硬度

>72HSD 的马氏体组织的高硬度支承辊。

辊身表淬采用整体感应淬火工艺，即将半精加工后、超声波探伤合格的支承辊辊身进行整体感应加热然后喷雾淬火，国内有的新建大型锻钢支承辊生产厂拟采用此工艺。

整体感应淬火工艺在国外大型锻钢支承辊制造业中已经应用，在国际上属最先进的最终热处理工艺，日本 JCFC（日本铸锻钢公司）、日立和关东公司均已采用此工艺。我国还没有

这种生产工艺，宝钢2050 热轧机支承辊曾试用过 JCFC 公司用整体感应淬火热处理工艺生产

的大型锻钢支承辊，使用效果非常好。据有关专家介绍，Cr3 ～ Cr5 钢大型锻钢支承辊采用整体感应淬火工艺所生产的辊身表面硬度为 60 ～ 80HSD，淬硬层深度≥ 100mm，硬度均匀性为±1.5HSD，淬火组织为马氏体或马氏体+ 贝氏体。

由此可见，大型锻钢支承辊最终热处理工艺的首选应是整体感应淬火处理，经此工艺生

产的大型锻钢支承辊综合使用性能优于差温淬火处理的产品。为了缩小与国外轧辊制造业的

差距，建议轧辊制造厂与有关科研单位、大专院校密切合作，加紧研发整体感应淬火处理技术，力争在较短时间内填补这一国内空白，并早日应用于轧辊制造。之所以希望国内大型锻钢支承辊的最终热处理选用整体感应淬火处理工艺，还基于以下原因。

1.随着对板型要求的不断提高和板型控制技术 CVC、HC 的应用，对于冷轧连续退火、热镀锌四辊平整支承辊，要求马氏体基体组织、辊身硬度 72 ～ 78HSD，必须采用整体感应淬火处理才能达到。

2. 随着热轧机工作辊半高速钢、高速钢材质的广泛应用，支承辊的硬度及耐

磨性要求也不断提高，采用差温淬火处理工艺难以达到要求。3. 随着市场需求量的不断增大，生产成本的压力愈来愈大，要求支承辊的换辊周期与检修周期同步、换辊周期更长，要求支

承辊辊身表面的耐磨性及抗事故性能更好，选用整体感应淬火处理工艺更为适合。4. 整体感

应淬火处理在最终热处理工艺中最为先进，定能生产出一流的锻钢支承辊，使锻钢支承辊在

耐磨性、断裂韧度、抗疲劳剥落等性能方面得到极大的提升，缩小与国外的差距。5. 整体感

应淬火热处理工艺的实施，可填补国内辊身表面淬火工艺的又一空白，属国内首创，属世界

先进水平