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軋輥知識
作者:管理員    發布于:2018-03-29 11:51:25    文字:【】【】【
中文名稱:軋輥 英文名稱:roller 定義:完成旋轉軋制成形的主要工具。 應用學科:機械工程(一級學科);鍛壓(二級學科);軋制、拉拔、擠壓、鐓鍛(三級學科)
 
  軋輥是使(軋材)金屬產生塑性變形的工具,是決定軋機效率和軋材質量的重要消耗部件。軋輥是軋鋼廠軋鋼機上的重要零件,利用一對或一組軋輥滾動時產生的壓力來軋碾鋼材。它主要承受軋制時的動靜載荷,磨損和溫度變化的影響。
 
  軋輥種類很多,目前常用的軋輥品種有鑄鋼軋輥、鑄鐵軋輥和鍛造軋輥三大類,在型材軋機上還有少量硬質合金軋輥。
 
按成型方法分類:1.鑄造軋輥是指將冶煉鋼水或熔煉鐵水直接澆注成型這一生產方式制造的軋輥種類。鑄造軋輥按材質又可分為鑄鋼軋輥和鑄鐵軋輥兩類;按制造方法又可分為整體鑄造軋輥和復合鑄造軋輥兩類。2.鍛造軋輥按材質分類如下:(1)鍛造合金鋼軋輥;(2)鍛造半鋼軋輥;(3)鍛造半高速鋼軋輥;(4)鍛造白口鑄鐵軋輥。 
 
按工藝方法分類: 1.整體軋輥是相對于復合軋輥而言的,整體軋輥的輥身外層與心部以及輥頸采用單一材質鑄造或鍛造而成,輥身外層和輥頸不同的組織、性能通過鑄造或鍛造工藝以及熱處理工藝過程來控制和調整。鍛造軋輥和靜態鑄造的軋輥均屬于整體軋輥。整體軋輥分為整體鑄造和整體鍛造軋輥兩種; 2.冶金復合鑄造軋輥主要有半沖洗復合鑄造、溢流(全沖洗法)復合鑄造、離心復合鑄造三種,此外還有連續澆鑄包覆(CPC-Continuous PouringProcess for Cladding)、噴射沉積法、熱等靜壓(HIP-Hot Isostatically Pressed)、電渣熔焊等特殊復合方法制造的復合軋輥種類。3.組合軋輥主要是鑲套組合軋輥。   
 
按制造材料:鑄鋼系列軋輥、鑄鐵系列軋輥和鍛造系列軋輥   
 
軋輥常用的熱處理類型:去應力退火、等溫球化退火、擴散退火、正火、回火、淬火、深冷處理。
 
軋輥按硬度值分類:1.軟輥,肖氏硬度約為30~40,用于開胚機、大型型鋼軋機的粗軋機等。2.半硬輥,肖氏硬度約為40~60,用于大型、中型、小型型鋼軋機和鋼板軋機的粗軋機。3.硬面輥,肖氏硬度約為60~85,用于薄板、中板、中型型鋼和小型型鋼軋機的粗軋機及四輥軋機的支撐輥。4.特硬輥,肖氏硬度約為85~100,用于冷軋機。
 
  按軋機類型軋輥可分為以下三類: 1.平面軋輥,即板帶軋機軋輥,其輥身呈圓柱形。一般熱軋鋼板軋機軋輥做成微凹形,受熱膨脹時,可獲得較好的板形;冷軋鋼板軋機軋輥做成微凸形,在軋制時,軋輥產生彎曲,以獲得良好的板形。2.帶槽軋輥,它用于軋制大、中、小各種型鋼、線材及初軋開坯。在輥面上刻有軋槽使軋件成形。3.特殊軋輥,它用于鋼管軋機、車輪軋機、鋼球軋機及穿孔機等專用軋機上。這種軋機的軋輥具有各種不同的形狀,如鋼管軋制中采用斜軋原理軋制的軋輥有圓錐形、腰鼓形或盤形。
 
軋輥的工作條件
軋機部件中軋輥的工作條件較為復雜。軋輥在制造和使用前的準備工序中會產生殘余應力和熱應力。使用軋輥時又進一步受到了各種周期應力的作用,包括有彎曲、扭轉、剪力、接觸應力和熱應力等。這些應力沿輥身的分布是不均勻的、不斷變化的,其原因不僅有設計因素,還有軋輥在使用中磨損、溫度和輥形的不斷變化。此外,軋制條件經常會出現異常情況。軋輥在使用后冷卻不當,也會受到熱應力的損害。所以軋輥除磨損外,還經常出現裂紋、斷裂、剝落、壓痕等各種局部損傷和表面損傷。一個好的軋輥,其強度、耐磨性和其他各種性能指標間應有較優的匹配。這樣,不僅在正常軋制條件下持久耐用,又能在出現某些異常軋制情況時損傷較小。所以在制造軋輥時要嚴格控制軋輥的冶金質量或輔以外部措施以增強軋輥的承載能力。合理的輥形、孔型、變形制度和軋制條件也能減小軋輥工作負荷,避免局部高峰應力,延長軋輥壽命。
 
軋輥消耗量
  決定于三個因素:①軋機、軋材和軋制條件,以及軋輥的合理選擇;②軋輥材料及其制造質量;③軋輥的使用和維護制度。
 
強度、抗熱裂
通常對粗軋輥以強度、抗熱裂為主要要求;小型20輥軋機的工作軋輥重僅 100克左右,而寬厚板軋機的支承輥重量已超過200噸。選用軋輥時首先根據軋機對軋輥的基本強度要求,選定安全承載的主體材料(各種級別的鑄鐵、鑄鋼或鍛鋼等)。
 
硬度、耐磨
而精軋輥速度較高,軋制較終產品要有一定的表面質量,對它以硬度、耐磨等為主要要求。然后考慮軋輥使用時所應有的耐磨性。由于軋輥的磨損機理很復雜,包括機械應力作用、軋制時的熱作用、冷卻作用、潤滑介質的化學作用以及其他作用,目前還沒有一項綜合評定軋輥抗磨性的統一指標。由于硬度易于測量,并在一定條件下可以反映耐磨性,所以一般就用徑向硬度曲線來近似地表述軋輥的耐磨指標沖擊。
 
光潔度
軋制薄規格產品時,則對軋輥的剛性、組織性能均勻性、加工精度以及表面光潔度等要求較嚴;
 
切削加工性能
軋制復雜斷面的型鋼時,還要考慮輥身工作層的切削加工性能等。選用軋輥時,對軋輥的有些性能要求往往是彼此對立的,軋輥購置費和維護費用又很昂貴,所以應充分權衡技術和經濟上的利弊,決定用鑄的還是鍛的,合金的還是非合金的,單一材料的還是復合材料的。
 
鍛鋼軋輥現狀
  鍛鋼軋輥可分為鍛鋼熱軋輥及鍛鋼冷軋輥,鍛鋼熱軋輥主要用于熱軋開坯及型鋼粗軋輥,鍛鋼冷軋輥廣泛用作冷軋工作輥。由于冷軋板材要求質量較高,尤其是冷軋薄板廣泛用于輕工、汽車、建筑及鐵道等行業,要生產高質量的冷軋薄板,必須要有高質量的冷軋工作輥做保證,這樣對冷軋工作輥的性能提出很高的要求:輥身表面必須具有高而均勻的硬度,以保證冷軋帶材或鋼板的尺寸精度和良好的表面質量;輥身具有一定的淬硬層深度;具有高的抗事故能力。為達到這些性能,對軋輥材質的原始組織要求很嚴:一是純凈的冶金質量;二是組織的均勻性。高的冶金質量指軋輥鋼錠結晶致密,偏析不嚴重,不允許存在白點,鋼中殘存的非金屬夾雜物含量盡可能低。對軋輥使用狀態下的組織要求為隱針M及細小C,碳化物顆粒尺寸盡可能細小(0.5-2微米),呈彌散分布。同時保證一定的淬硬層深度,淬硬層深度的增加,可以減少軋輥在使用中的重淬次數,大大降低軋輥成本。
 
  軋機部件中軋輥的工作條件較為復雜。軋輥在制造和使用前的準備工序中會產生殘余應力和熱應力。使用時又進一步受到了各種周期應力的作用,包括有彎曲、扭轉、剪力、接觸應力和熱應力等。這些應力沿輥身的分布是不均勻的、不斷變化的,其原因不僅有設計因素,還有軋輥在使用中磨損、溫度和輥形的不斷變化。此外,軋制條件經常會出現異常情況。軋輥在使用后冷卻不當,也會受到熱應力的損害。所以軋輥除磨損外,還經常出現裂紋、斷裂、剝落、壓痕等各種局部損傷和表面損傷。一個好的軋輥,其強度、耐磨性和其他各種性能指標間應有較優的匹配。這樣,不僅在正常軋制條件下持久耐用,又能在出現某些異常軋制情況時損傷較小。所以在制造軋輥時要嚴格控制軋輥的冶金質量或輔以外部措施以增強軋輥的承載能力。合理的輥形、孔型、變形制度和軋制條件也能減小軋輥工作負荷,避免局部高峰應力,延長軋輥壽命。
 
高分子復合材料修復方法:具有超強的粘著力,優異的抗壓強度、耐磨性和抗腐蝕性等綜合性能,采用美嘉華-福世藍2211F高分子復合材料在傳動部位磨損尺寸相對較小的情況下可以現場免拆卸修復,既避免機械加工,又無補焊熱應力熱影響,修復厚度也不受限制,同時產品所具有的耐磨性及金屬材料不具備的退讓性,確保修復部位百分百的接觸配合,降低設備的沖擊震動,避免磨損的可能性,并大大延長設備部件(包括軸承)的使用壽命,為企業節省大量的停機時間,創造巨大的經濟價值;   冷焊修補方法:冷焊機是利用電火花高頻放電原理對金屬表面進行無熱堆焊,因而在修補軋輥砂眼、劃傷等缺陷過程中不變形、不退火、不咬邊和殘余應力,不改變金屬組織狀態。修復精度高,涂層厚度從幾微米到幾毫米,可對金屬工件出現磨損、劃傷、針孔、裂紋、缺損變形、硬度降低、沙眼、損傷等缺陷進行沉積、封孔、補平等修復功能,只須打磨、拋光,也可進行車、銑、 刨、磨等各類機械加工,以及電鍍等后期加工。
 
軋輥斷裂的原因
一、脆性斷裂,此類軋輥斷口形狀較為平整,斷口周圍輥身表面較為齊整;   二、韌性斷裂,此類軋輥斷口形狀多呈"蘑菇頭"狀,斷口附近的輥身均成粉碎狀破碎。將二者比對發現,此次斷輥事故的斷輥形式為韌性斷裂。脆性斷裂和韌性斷裂都是因為軋輥應力超過芯部強度造成的。其產生原因與軋輥本身殘余應力,軋制時機械應力以及軋輥熱應力有關,特別是當輥身的表面和芯部的溫差大時更容易產生。這種溫差可能由不良的輥冷卻,冷卻中斷或在新的軋制周期開始時軋輥表面過熱引起。軋輥的這種表面和芯部間的巨大溫差引起較大的熱應力,當較大的熱應力,機械應力以及軋輥的殘余應力超過軋輥的芯部強度時引起斷輥。例如,軋輥表面和芯部間的溫差在70℃時軋輥會增加100MPa的縱向熱應力,溫差越大,增加的熱應力越大。與產生脆性斷口的軋輥相比較,產生韌性斷口的軋輥的芯部材料韌性更好,更不容易出現斷裂。導致軋輥失效的應力共有四種:   一、制造過程中的殘余應力;   二、軋制過程中的機械應力;   三、軋制過程中軋輥的組織應力;   四、軋輥內外溫差造成的熱應力。如果是因為制造殘余應力過大產生斷裂,斷輥通常發生在軋輥初始上機使用的前幾次,且為開軋的前幾塊軋材。此次斷裂的軋輥已經上機軋制了四次,工作層消耗了14mm,因此不應是因制造殘余應力形成的斷裂。如果是因為機械應力產生的斷裂,需要很大的機械應力。經粗略計算,如此大截面的高鉻鑄鋼軋輥若被機械應力拉斷,則需要100MN以上的拉力,對于該軋輥工作的軋機來說這是不可能的。軋輥受力較大的部位是傳動端輥頸,如果材料的力學性能指標不足,正常軋制情況下首先損壞的是傳動端輥頸。從實際軋制和斷輥情況來看,不是由于機械應力造成輥身斷裂。對組織應力影響較大的就是外層組織中殘余奧氏體含量。殘余奧氏體在軋制溫度,軋制壓力和水冷的交變作用下,發生奧氏體向馬氏體或貝氏體的轉變,由于奧氏體的比容小,而馬氏體的比容大,因而在組織轉變的過程中伴隨著體積的膨脹,會致使軋輥的工作層產生更大的壓應力,芯部產生更大的拉應力,芯部應力一旦超過材料的強度,必然造成軋輥斷裂??紤]到殘余奧氏體對組織應力的影響及熱帶連軋機軋輥的工作條件,一般軋輥的殘余奧氏體含量控制在小于5%即可保證安全使用。該斷裂軋輥的外層組織中殘余奧氏體含量小于1%,故組織應力可以忽略不計。軋輥斷裂也可能與溫度不均勻造成的熱應力有關。軋輥在上機使用過程中,由于與軋材的緊密接觸,軋輥表面溫度迅速上升,而軋輥芯部的溫度上升較慢,這時軋輥面和軋輥芯部之間的溫差處于較大值,溫差引起的軋輥熱應力也處于較大值。如果軋輥的熱應力和軋輥的殘余應力相疊加,并且超過了軋輥芯部的強度極致時就可能發生軋輥斷裂的事故。
 
防止軋輥斷裂的方法
  防止斷裂應該從減小制造殘余應力,機械應力,組織應力和熱應力四方面進行。一般情況下大部分制造殘余應力會在熱處理過程中消除,并且會隨著軋輥的存放時間延長而逐漸消除,因此新軋輥存放一段時間再使用,能夠降低斷輥風險。避免較大機械應力的方法主要是避免過冷鋼。降低組織應力的方法是通過熱處理將輥身工作層殘余奧氏體含量控制在小于5%以下。減小熱應力的辦法是在軋鋼過程中對軋輥進行良好的冷卻。制造殘余應力,機械應力,組織應力和熱應力是造成高鉻鋼軋輥斷裂的主要原因,良好的熱處理,軋制條件和冷卻可以有效防治高鉻鋼軋輥斷裂。
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