轧辊教材

1 轧辊

1.1 轧辊基础知识

轧辊是轧机的重要部件。按照轧机类型可分为板带轧机、型钢轧机和钢管轧机三大类。板带轧机轧辊的辊身呈圆柱形，热轧板带轧辊的辊身微凹，当受热膨胀时，可保持较好的板型；冷轧板带轧辊的辊身呈微凸，当它受力弯曲时可保证良好板型；型钢轧机轧辊的辊身上有轧槽，根据型钢轧制工艺要求，安排孔型。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。

轧辊按辊面硬度可分为：

(1) 软辊：肖氏硬度约为30～40HS，用于开坯机、大型型钢轧机的粗轧机等。

(2) 半硬辊：肖氏硬度约为40～60HS，用于大型、中型、小型型钢轧机和钢板轧机的粗轧机。

(3) 硬面辊：肖氏硬度约为60～85HS，用于薄板、中板、中型型钢和小型型钢轧机的精轧机及四辊轧机的支撑辊。

(4) 特硬辊：肖氏硬度约为85～100HS，用于冷轧机。

轧辊由辊身、辊颈和轴头三部分组成。辊颈安装在轴承中，并通过承座和压下装置把轧制力传给机架。轴头和连接轴相连接，传递轧制扭矩。轴头有三种主要形式：梅花轴头、万向轴头、带键槽的或圆柱形轴头。

1.2 轧辊应符合的技术要求

不论热轧或冷轧，轧辊都是实现轧制过程中金属变形的直接工具，因此，对轧辊质量要求严格。其主要质量要求有强度、硬度、耐热性及耐用性。轧制强度是最基本的指标，在满足强度要求的同时，还必须有一定的耐冲击韧性。要使轧辊具有足够的强度，主要从选择轧辊材质及确定合理的轧辊结构与尺寸上全面考虑。轧辊强度足够与否，可根据轧辊强度计算确定。

硬度通常是指轧辊工作表面的硬度，也是轧辊的主要质量指标。它决定轧辊的耐磨性，在一定程度上决定轧辊的使用寿命。轧辊的硬度可通过材料选用及对轧辊表面进行某种热处理来满足要求。另外，对于热轧辊来说，它还应具有一定的耐热性，以保证轧制产品的精度，同时也决定轧辊的使用寿命。

1.3 常用轧辊的材质选择

1.3.1 工作辊材质的选择

粗轧前段工作辊（R1）：粗轧前段工作辊必须具有强韧性、耐磨性及抗热裂性。硬度范围为HS40—55左右。一般选用60CrNiMo铸钢等材质轧辊。

粗轧后段工作辊（R2）：粗轧后段工作辊要求使用耐热裂性能良好的材质。一般选用半钢、高铬钢、高速钢等材质。

精轧前段工作辊（F1-4）：精轧前段工作辊温度高，负荷大。一般选用铸造半钢和高铬离心复合铸铁等材质。高铬离心复合铸铁具有较高的辊面耐磨性和抗热裂性，而且能抑制辊面斑带缺陷。

精轧后段工作辊（F5-7）：精轧后段工作辊使用在轧制的最终阶段，对产品质量，表面状态产生非常重要的影响。对轧辊性能需要主要是高硬度、耐磨损、耐压痕、抗剥落和抗热裂，一般选用无限冷硬铸铁（普通型、改进型）等材质。

1.3.2 支承辊、立辊材质的选择

无论是粗轧用的或是精轧用的支承辊都要求有好的抗热裂性、耐磨性、耐疲劳性和较高的强度。材质方面一般选用复合铸钢、合金锻钢（Cr3、Cr5）等材质。

1.4 轧辊主要技术参数

1.4.1 轧辊主要工艺参数

轧辊主要工艺参数见表1-1所示。

表1-1 轧辊的主要参数

1.4.2轧辊的机械性能参数

F1～F4工作辊机械性能参数见表1-2所示。

表1-2 F1～F4工作辊机械性能参数

F5～F7工作辊机械性能参数见表1-3

所示。

表1-3 F5～F7工作辊机械性能参数

R2工作辊机械性能参数见表1-4所示。

表1-4 R2工作辊机械性能参数

1.5我厂轧辊常用辊型

1.5.1轧辊辊型

见表1-5所示。

表1-5轧辊辊型

1.5.2轧辊的磨削精度

轧辊的磨削精度见表1-6所示。

表1-6 轧辊磨削精度

1.5.3轧辊倒角

倒角的目的是为了减轻轧辊端部因接触疲劳应力过大而产生的损坏。

粗轧支承辊如图1-1和表1-7所示。

图1-1 倒角示意图

表1-7 轧辊倒角尺寸

1.6 轧辊加工规定

(1) 新轧辊的初始磨削要保证精度，表面粗糙度。

(2) 轧辊加工应有效去除表面硬化层，工作辊磨后不得高于入厂时硬度3HS，支撑辊磨后不得高于入厂时硬度3HS。

(3) 轧辊加工除支撑辊辊身端部300mm内不允许有夹杂，气孔，砂眼等肉眼可见制造缺陷；粗轧工作辊辊身允许有夹杂，网裂等肉眼可见微小缺陷存在外，其余不得有任何肉眼可见缺陷。

(4) 轧辊应成套磨削，成对存放，磨削后的轧辊必须进行表面质量，辊型及直径检查合格后方可下机。

(5) 换辊周期根据现有轧辊材质和生产实际而定。

(6) 辊压值及辊压形式仅供配辊时参考，根据现场使用实际需要作适当的修改，调整。

(7) 轧辊磨削加工完毕，应将轧辊磨前磨后各参数存入磨床计算机，同时填写磨削台帐，并按磨削台帐的要求逐项填写，不得漏项。

1.7 轧辊常见事故案例汇编

1.7.1 剥落

a.马鞍状剥落

缺陷描述：典型的马鞍状疲劳剥落,其源头在工作层/辊芯界面下的芯部材料,并裂至辊身表面。可以看到，在剥落深处有一些不同亮度的疲劳线，显示扩展方向是从芯部至辊身表面。这种剥落常发生在高荷载的四辊热轧机工作辊上，其辊芯材料是片状石墨和铁，发生部位常位于辊身中部。

起因：剥落是由于大压下量而产生高循环载荷引起的，常发生于轧制薄而硬的材料时。这些载荷导致在芯部材料中产生很高的交变应力，并超出其疲劳极限，于是很多微细裂纹开始形成，导致芯部材料的渐进式破坏。第二阶段，这些微裂纹结合在一起，扩展并穿过工作层至辊身表面，引发成大的常见的马鞍状剥落。制作过程中，芯部因受热而产生的高残余拉伸应力“偏爱”这种类型的轧辊破坏。远在此灾难性的剥落之前的第一阶段，芯部材料的衰弱很容易通过超声波检测出来。底面回波的降低，可以预示芯部材料的削弱，芯部材料没有足够的疲劳强度承受特定的轧制载荷。这通常是轧辊问题造成的。

解决办法：必须向轧辊制造商提供正确的资料，如轧制负荷（沿带钢宽度上每米轧制的吨位）以及以前轧辊破坏的经历。制造商可以选择更高强度性能的芯部材料用于工作辊，以适用高负荷轧机（如用球墨铸铁代替片状石墨铸铁）。

b.积压裂纹和带状疲劳裂纹(猫舌状剥离)

故障描述：裂纹的方向通常与轴线平行，扩展时则沿非径向发展。接下来的阶段，一条猫舌状的疲劳裂纹带逐渐沿周向扩展，方向与外周向几成平行状态，扩展的方向与轧辊旋转方向相反。裂纹在轧辊工作面内沿深度和宽度方向逐渐增加，接着辊身表面便发生大面积的剥落。

起因：当受带钢头，断带缠绕或带尾折叠作用而产生的局部超高载荷超过工作层材料的剪切强度时，初始裂纹便形成了。当工作辊和支撑辊在一个长的役期内产生外形磨损时，便引起局部过载。不正确的CVC 外形也会产生局部过载。连续使用弯辊工艺，支撑辊端部未倒角，轧机故障以及轧入外来物等都会导致初始裂纹的形成。这通常是轧机原因造成的。

解决办法：每次换辊后定期检测裂纹（超声波法，涡流法，着色法），及时发现危险的裂纹。如果这些裂纹能在轧辊投入下个役期使用前被全部去除，就可以避免轧辊出现大的破坏。一旦出现严重的轧机事故，强烈建议立即更换轧辊。在轧辊投入下个役期前对其进行100%的裂纹检测，并且对轧辊进行适度的磨削。其他措施对防止可能出现的各种局部过载也是必要的。这些措施有：控制役期长度，除去足够的材料，纠正轧辊凸度，防止断带缠绕等。

c.工作层/辊芯界面—结合带剥落

故障描述：大片工作层材料随着弱结合带从芯部材料上脱落直至到达完全冶金化结合区。该点处的裂纹向辊身表面快速扩展，从而导致大片剥落。

起因：铸造的目标是在工作层与辊芯之间得到一个充分冶金化的结合带。在运行过程中，工作层从芯部分离开的原因是结合带强度的降低。以下任何一种原因都可能引起这种