锻钢冷轧辊制造技术发展

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第一部分：冷轧对轧辊技术的影响
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新情况：冷轧辊需求飞增
中国冷轧产能及产量变化情况：
年 份 2003 2004 2005 2006 2007 2008
年末产能
新增产能 增 幅
1500
2100
600 40.0%
3000
900 42.9%
4500
1500 50%
5000
500 11.1%
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轧辊技术发展历程
材料及其特性： 材料
C 2% Cr 3% Cr 5% Cr 0.9 0.86 0.85
成分
Cr 2 3 5 Ni / 0.2/0.5 0/0.6
碳化物类别
淬硬层 深 max
18 30 50
耐磨性
M3C M3C /M7C3 M7C3 为主
100% 120% 230%
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轧辊技术发展历程
以常州轧辊(常冶厂)为例，冷轧辊的制 造历史可追溯到30多年以前：
70年代试制小型轧辊。材质以9Cr2Mo 为主。 80年代初试制鞍钢、武钢冷轧工作辊。86CrMoV7
第一阶段： 试制5H12、Cr12MoVCo材质森辊。 努力满足进口轧机的设 计要求 80年代中后期开发工高感应器工艺，满足武钢、
力学性能
优化
-60
整体
-80
-100
-120
-140
中心
中孔表面
轧辊表面
Φ520工作辊残余应力分布图 （轴向残余应力）
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第二部分：轧辊制造技术的发展
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锻钢轧辊制造工艺流程
冶炼（EF、EF＋LFV）铸/锻电极电极退火电 极表面清理ESR高温扩散锻造(正火)球化扩 氢退火辊面粗车（割试块）检验（UT、低倍、高 倍、尺寸、外观）粗加工超声波探伤调质处理 硬度检验半精加工辊颈表面及止推端面淬火及 回火辊颈硬度检验半精加工超声波探伤辊身 表面淬火（+冷处理+低温回火）辊身硬度检验精 加工检验入库防锈、包装运输。
抗事 故性 好
毫米轧制 量(t/mm) 5500
5％Cr
半高速钢
47
±1.0
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优秀
14000
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轧辊技术的发展
新工艺
电渣复合熔铸技术ESR/ESSLM CPC 技术 OSPREY 技术 粉末冶金技术 均匀、功能强化、成本
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轧辊检测技术的发展
表面波、涡流等表面检测技术得到广泛应用，有效抑制了

冷处理：
干冰/液氮

计算机控制淬火技术应用
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第三部分：轧辊制造技术的展望
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进入21世纪，冷轧需求的多样化迅速涌现
0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 2004 2005 2006 mill No2 五机架四/六辊 mill No3 五机架六辊 mill No1 五机架四辊
硬度(HSD)
距离(mm)
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热处理技术进步

预先热处理：
包括了球化退火、扩氢处理、调质等工序。但随着节约资源，节能降耗要求 的提升，国内企业已开始研究预先热处理的优化和简化工作。

辊身淬火：
整体加热喷水淬火
工频表面加热喷水淬火 双频表面加热 热处理工艺 感应圈、喷水环、测控温仪表等工装水平提高
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轧辊技术的发展
材质的发展
2%Cr
80年代 3%Cr 90年代初 5%Cr 90年代后期 将来？ 5%CrX 8-12%Cr SHSS HSS N-Nb/稀土
高合金化 更耐磨 抗辊印 多功能 需求
高制造难度 高成本 维护困难
阻力
FIT IS BEST！ 轧辊材质进入多元化时代!
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宝钢、鞍钢进口轧机15mm淬硬层的设计要求。 90年代初开发双频技术。
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轧辊技术发展历程
第二阶段： 1994 年 开 发 MC3B 材 料 , 以淬硬层深度和耐磨性 最 大 淬 硬 层 20mm 为主要目标 （≥90HSD）
1995年开发改进的MC3A材料,最大淬硬层25mm 1997年开发MC5类新材料,最大淬硬层30mm； 2000年开发三感应器淬火工艺，MC5的最大淬 硬层40mm，耐磨性比MC3提高； 2002年超深淬硬层轧辊(≥50mm)
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轧钢对冷轧辊的要求：
A 表面硬度和淬硬层深度、均匀性
使用要求
材料成分：
制造控制
B 足够的强韧性
C 机械加工精度
高碳、铬、钼、钒合金 钢 冶炼锻造： 气体含量的控制。 夹杂物
D 耐磨性
E 抗剥落性 F 可维护性 G 抗辊印……
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碳化物的控制。
热处理： 淬火工艺及组织
抗辊印
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高速钢轧辊
Hv
840 820
Ld
860 855
900 5% Cr材料 半高速钢 (Grade A) 850 半高速钢 (Grade B) 高速钢 Hardness (HV) 800
800
780 760 740 720 700 680
845
840 830 825 815 810 800
锻钢冷轧辊制造技术发展
Development of forged steel cold rolling roll
宝钢集团常州轧辊制造公司
Baosteel Changzhou Roll Manufacture Company
2008.6上海
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汇
报
内
容
冷轧业对冷轧辊技术进步的拉动
冷轧辊技术的发展历程 发展展望
MC5系列化示例
代号 化 学 成 分 (wt%)
C
MC5 0.86
Si
0.6
Mn
0.4
0.4 0.4
Cr
5.0
提高 降低
Ni
0.4
0.4 0.4
Mo
0.3
V
0.15
特性
常规
耐磨 耐疲劳
MC5A 降低 提高 MC5B 降低 降低
提高 提高 0.3 0.15
MC5C 提高 提高
0.4
提高
0.4
提高
0.15
机械尺寸：
精度选择和保证
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轧钢技术对锻钢冷轧辊技术的拉动
残余应力
80
残余应力分布图：
感应加热
60
大小、方向、分布、影响
残余奥氏体
数量、行为、残奥控制
残 余
40
20
0
金相组织
M+碳化物+Ar.
应 力
-20
50
100
150
200
250
300
离轧辊中心距离 （mm）
（kg/mm2 ） -40
国内某厂不同轧机辊耗：
降低辊耗作为轧辊研发和管理目标,其下降空间是有限的。 支持轧钢技术的发展 如：板形控制、表面质量和特殊板材轧制方面的需求更为重要。
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轧辊技术进步的使用导向更加明显
1999年开发半高速钢中间辊，淬硬层45mm,耐磨性极大提高； 2002-2004年开展冷轧辊材料和制造工艺系列化研究工作， 研制成功包括： 抗辊印轧辊 高耐磨性轧辊 新阶段： 炉外精炼钢轧辊 以满足冷轧特定功能要 求为关注点，是轧辊技 特殊深淬硬层轧辊 术发展的趋势。 2005年至今： 抗氢蚀裂纹轧辊 高粗糙度保持轧辊 特殊耐事故辊
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淬硬层深度(mm)
中间辊应用前景大 改良后可以成为抗事故性 能很高的工作辊
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SHSS-性能的比较
HRC
65 60 55 50 45 40 35 30 S-HSS MC3
200
300
400
500
600
℃
材质
淬硬层深 度(mm) 45
硬度 均匀性 (HSD) ±1.0
碳化物型 式 以M7C3为 主 M7C3+ MC
轧辊表面开裂在用户现场的发生频次。
硬度检测方面，轧辊里氏检测国家标准的颁布使得里氏硬
度的应用得到推广，对原有肖氏检测综合波动大的问题得 到改进。
里氏、肖氏这两种轧辊硬度检测方法，由于受轧辊材质和
制造工艺差别带来的残余应力的影响较大，在与压入式硬 度转换时会带来困惑，各制造厂和使用单位需引起重视。
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轧辊技术发展历程
5%Cr材质
有效淬硬层深度50mm以上，与3%Cr锻钢材质相比提高了60%. 由于Cr/C比提高到了6左右，实现了碳化物从M3C型向M7C3的 转变，碳化物的硬度从900HV提高到1400HV，而碳化物平均尺 寸从1.2微米减小到0.7微米，因而具有良好的淬透性和耐磨性， 同时具有较好的抗冲击性能和抗粘钢事故能力。 使用表明5%Cr材质是大型连轧机理想的轧辊用钢。目前国内宝 钢、武钢、鞍钢为等大型企业的连轧机组，均已以该材质轧辊 为主要选择。5%Cr将长时间作为冷轧辊主流材质，国内外轧辊 制造企业会不断对其进行改良。
5700
700 14%
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冷轧产品向“多、强、薄、宽、光”方向发展；
轧机的轧制速度加快.自动
控制精度越来越高；
冷轧企业轧制装备和工艺技术的发展越来越快； 轧辊使用和检测技术不断提高。
目前连轧机的最高轧制速度已达到了40米/秒。其他作业线如单 机架冷轧、平整机组、双机架冷轧平整机组，其速度也都相应提高。 同时为了更好地调控板形和板断面形状，适应各类材料的轧制，轧 机的类型越来越多，机型也愈来愈复杂。
650 100 150 200 250 700
750
660 790
640 785
300 350 400 450 500 Tempering Temperature (°C)
550
0
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锻造半高速钢试验辊剥层硬度分布曲线
90 88 86 84 82 80
硬度(HSD)
78 76 74 72 70 68 66 64 62 60 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70
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轧辊技术发展历程
5%Cr硬度分布曲线：
100 99 98 97 96 95 94 93 92 91 90 89 88 87 86 85 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50
总体而言，轧辊检测技术方面国内企业与国际先进水平存在明显的 差距，还有许多工作要做。
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各种表面检测的应用
涡流 有效深度
表面波
斜探头
直探头
着色/磁粉
软点
表面微细裂 纹<0.15 表面裂纹 >0.15
0-0.1 OK OK OK OK
0-1.5 0-150 OK OK
10-心部
表面
OK OK
次表层
剩磁 加工硬化
OK
OK
OK
最佳：表面波+涡流
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需关注的问题
新的轧辊国家标准GB/T13314。 超声波探伤标准
1.超声波心部探伤标准。
2.超声波表面探伤标准。
硬度标准
1.硬度转换标准。
2.硬度传递和检测标准。
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感谢各位对 宝钢常州轧辊支持
THANKS!
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