锻造支撑辊的特性与发展

时间：2016-10-29

   四辊轧机中的支撑辊用于支撑直径小的工作辊挠曲，辊身和辊颈承受较大负荷，因而对支撑辊的辊身刚度、耐磨性和接触疲劳强度，以及辊颈的韧性和弯曲疲劳强度的要求很高。在选择支撑辊时，需要综合考虑支撑辊的制造工艺和使用工艺，合理利用锻钢支撑辊的冶金特性做好生产和使用的每个环节，获得较佳使用性能的支撑辊。
   四辊轧机中的支撑辊用于支撑直径小的工作辊挠曲，在机服役周期长、辊身长期与工作辊滚动接触承受较大的压力，同时辊颈长期承受交变弯曲应力，因而对支撑辊的辊身刚度、耐磨性、接触疲劳强度，以及辊颈的韧性和弯曲疲劳强度的要求很高。目前热带钢轧机的支撑辊主要有铸钢和锻钢两种材质，虽然铸钢支撑辊价格较低，但锻钢支撑辊的强度和延展性更高，疲劳寿命更长，成为先进轧机的主流配置。唐钢热轧部现有两条板带钢生产线，一条是1810mm短流程**薄热带UTSP生产线，另一条1700mm传统生产线，两线支撑辊使用的是Cr5合金锻钢材质，较少量铸造支撑辊。
                               锻造支撑辊的特性
   支撑辊的使用要求是:在保持表面粗糙度和辊型的前提下，在轧制周期内确保支撑辊的完整使用，实现轧材质量和产量的较大化。支撑辊要求具有良好的强韧性，较高的硬度和耐磨性，高的抗接触疲劳和抗剥落性，足够的硬化层和过渡层深度，以及良好的冶金质量，所以必须综合考虑硬度和韧性平衡性。
影响支撑辊使用效果的因素包括轧机类型、工艺方法、使用机架、使用周期、磨削工艺制度等。在选择支撑辊时，除满足基本的技术要求外，必须在综合考虑轧机特性、操作条件和轧辊的磨削工艺及设备后，再确定规格、材质、硬度等参数，这样才能获得符合轧机要求的、具有较佳使用性能的支撑辊。
                            制造工艺对支撑辊使用影响
    成分、性能
   锻钢支撑辊具有良好的机械性能，首先严格控制冶炼、铸造、锻造工艺的关键参数，减少凝固，后聚集夹杂物、皮下气泡等**标缺陷存在的机会。其次通过锻锤或压力机进行锻造，可以有效消除铸态组织中成分偏析和组织缺陷，同时进一步细化晶粒和增加淬透深度。
   使用过程中为了适应轧辊的制造特性，使用方在与制造厂签订技术协议时，要求上冒口（浇注口）标注下，下冒口标注B，在支撑辊装配轴承使用时，把B端装配为驱动侧，把T端装配为非驱动侧，较大限度地减少制造工艺对使用的影响.减少辊颈折断的风险。
    锻造比
   锻造比是锻件在锻造时变形程度的一种表示方法，锻造比的大小反映了锻造对锻件组织和力学性能的影响程度。锻造比过小，在铸造时产生的枝晶偏析很难被打碎，会产生带状粗晶和局部粗晶，以及组织不均匀的现象。而这种现象带有一定的遗传性和顽固性，在接下来的热处理过程中是很难改变的锻造比过大，一方面会造成不必要的浪费，另一方面高温合金的热敏性高、塑性低、变形抗力大，会引起锻件的裂纹.导致废品的产生。支撑辊锻造过程中的锻造比一般在3以上，如果锻造比不足，遗留在支撑辊内部的缩孔、疏松以及粗晶等缺陷，较有可能会形成裂纹源导致剥落或断辊事故的发生。
    热处理
   制定合理的热处理工艺，提高辊身表面硬度的均匀性，通过残余应力的检测控制回火次数，避免残余应力过大。热处理类型通常分为预备热处理和淬火、回火热处理两大类。有些锻钢辊只需预备热处理就可以满足性能要求。锻钢支撑辊的硬度偏低会影响耐磨性，增加支撑辊使用成本。如果硬度的不均匀性较差，辊身硬度**过3HSD甚至更大，会影响支撑辊的整体性能，造成不均匀磨损，影响板型质量甚至出现恶性事故。
    支撑辊强度低影响使用效果
   如果锻造支撑辊的整体强度低.会在俏用后期出现明显的不耐磨，硬度下降快等现象，严重时会出现异常失效现象。
   2014年1810mm线有一根支撑辊在使用末期发生断辊事故。断口非常整齐，且端口边缘有厚度均匀的小台阶这是典型的强度低引起的支撑辊使用后期的恶性事故。此根支撑辊使用后期硬度低，磨削后检测平均值67.3HSD，另外在机使用不耐磨损，使用一个周期过钢量15万吨左右，在机磨损量一般为0.8一1.1mm。还有一种失效形式是因为支撑辊内含有较高的气体含量，主要是因为气体氢的含量高造成轧辊的整体强度降低.严重时会形成 氢质断裂。这种情况一般出现在支撑辊的制造后期和使用前期。
    磨削和探伤管理
   当轧件通过轧机时，轧辊的咬入力较终传到支撑辊上，作用于表面的力会引起变形或微观塑变，轧辊的磨损量必然会增大。同时轧材抵抗变形导致表面硬度增加，这个过程就是通常所说的冷作硬化。延长服役期；冷作硬化程度升高，达到某种程度促使材质**过其极限，裂纹就产生了。支撑辊下机后，需要磨掉辊身上所有的磨损痕迹和裂纹等肉眼可见的缺陷，应完全消除硬化层。磨削后使用涡流探伤和表面超声波探伤仪检测辊身表面质量，以确保辊身不存在任何**过规定值的表面和次表面损伤。磨削后进行硬度检测，硬度降须在3HSD以内。如差值较大，则需要适当降低上机周期或重新磨削。
    结束语
   锻钢支撑辊的生产工艺和使用维护都直接影响使用效果，只有做好生产和使用的每个环节，制造过程中的配料、冶炼、铸锭、锻造、热处理以及机加工等环节都需严格控制，在使用过程中要密切监控轧辊的使用状态，充分利用锻钢支撑辊的冶金特性，才能更充分地发挥支撑辊的使用性能。
                                                            

——  选自《锻造与加工》书刊

词条
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