軋輥(使金屬產生連續塑性變形的工具)

軋輥是軋機中直接完成軋制變形的部件。通常由輥身、輥頸和接頭三部分組成。軋輥材料常用冷硬鑄鐵、鑄鋼、鍛鋼或合金鋼,有時也採用球墨鑄鐵或硬質合金等。

軋輥也是軋鋼機的主要部件。軋輥的尺寸結構、材質、使用、維護在相當大的程度上決定了軋機的技術水平。軋輥既是軋機設計的重要內容,也是組織生產中的主要管理對象。

發展簡史

軋輥的品種和製造工藝隨冶金技術的進步和軋鋼設備的演變而不斷發展。中世紀軋制軟的有色金屬時使用強度低的灰鑄鐵軋輥。18世紀中葉英國掌握了軋制鋼板用的冷硬鑄鐵軋輥的生產技術。19世紀下半葉歐洲鍊鋼技術的進步要求軋制更大噸位的鋼錠,無論是灰鑄鐵或冷硬鑄鐵軋輥的強度均已不能滿足要求。含碳量為0.4%~0.6%普通鑄鋼軋輥相應誕生。重型鍛壓設備的出現更使這種成分的鍛造軋輥的強韌性得到進一步提高。20世紀初期合金元素的使用和熱處理的引入顯著改善鑄鋼和鍛鋼熱軋輥和冷軋輥的耐磨性和強韌性。熱軋板帶用的鑄鐵軋輥中加入鉬后改善了軋材的表面質量。沖洗法複合澆註明顯提高了鑄造軋輥的芯部強度。

軋輥中大量使用合金元素是在第二次世界大戰以後,這是軋鋼設備朝着大型化、連續化、高速化、自動化發展以及軋材強度提高、變形抗力加大后對軋輥性能提出更高要求的結果。這段時期中先後出現了半鋼軋輥以及球墨鑄鐵軋輥。20世紀60年代以後又研製成功了粉末碳化鎢軋輥。70年代初期在日本和歐洲廣泛推廣的軋輥的離心鑄造技術、差溫熱處理技術等使板帶軋輥的綜合性能顯著改善。複合高鉻鑄鐵軋輥也成功地用於熱帶軋機上。同期,鍛造白口鐵和半鋼軋輥在日本得到應用。80年代歐洲又推出高鉻鋼軋輥及超深淬硬層的冷軋輥以及用於小型型鋼及線材精軋的特殊合金鑄鐵軋輥。當代軋鋼技術的發展促使更高性能軋輥的開發研製。採用離心鑄造法和新的複合方法如連續澆注複合法(CPC法)、噴射沉積法(Osprey法)、電渣焊法以及熱等靜壓法生產的芯部為強韌性好的鍛鋼或球墨鑄鐵、外層為高速鋼系列的複合軋輥以及金屬陶瓷軋輥已分別在歐洲、日本新一代型材、線材、帶鋼軋機上得到應用。

中國從20世紀30年代開始成批生產鑄造軋輥,但品種極少。50年代末在河北邢台建立起中國第一個專業軋輥廠。1958年鞍山鋼鐵公司在國際上首次試製並使用了1050初軋用大型球墨鑄鐵軋輥。60年代相繼製造成功冷軋工作輥和大型鍛鋼軋輥。70年代末太原鋼鐵公司和北京鋼鐵研究總院共同試製成功爐卷軋機和熱連軋寬帶鋼機組用的離心鑄造鑄鐵軋輥,邢台冶金機械軋輥股份有限公司試製成功熱寬帶鋼軋機用半鋼工作輥和冷軋寬帶鋼軋機用工作輥。80年代中國又陸續研製成功大型鍛鋼支承輥、鍛造半鋼和鍛造白口鑄鐵軋輥、粉末碳化鎢輥環、高鉻鑄鐵軋輥等新品種。到90年代,中國軋輥生產已基本滿足國內需要並有部分出口,但品種有待增加,質量尚須提高。

軋輥分類

軋輥的分類方法有多種,主要有:(1)按產品類型分有帶鋼軋輥、型鋼軋輥、線材軋輥等;(2)按軋輥在軋機系列中的位置分有開坯輥、粗軋輥、精軋輥等;(3)按軋輥功能分有破鱗輥、穿孔輥、平整輥等;(4)按軋輥材質分有鋼軋輥、鑄鐵軋輥、硬質合金軋輥、陶瓷軋輥等;(5)按製造方法分有鑄造軋輥、鍛造軋輥、堆焊軋輥、鑲套軋輥等;(6)按所軋鋼材狀態分有熱軋輥、冷軋輥。各種分類可以相應組合而使軋輥有更明確的含義,如熱軋帶鋼用離心鑄造高鉻鑄鐵工作輥。

軋輥選用

常用的軋輥材質和用途見表。軋輥的性能和質量一般取決於其化學成分和製造方式並可由其組織、物理和力學性能以及存在於軋輥內部的殘餘應力類型來評估(見軋輥檢驗)。軋輥在軋機中的使用效果不但取決於軋輥材質及其冶金質量,還和使用條件、軋輥設計、操作維護有關。不同類型軋機的軋輥使用條件有很大差異,造成差異的因素有:(1)軋機條件。如軋機類型、軋機和軋輥設計、孔型設計、水冷條件和軸承種類等;(2)軋制條件如軋材品種、規格及其變形抗力、壓下制度和溫度制度、產量要求和操作等;(3)對產品質量和表面質量的要求等。

常用軋輥材質和用途表

註:複合軋輥輥頸材料按強度要求選擇。

因此,不同類型的軋機以及同類型而使用條件不同的軋機,對所用的軋輥性能要求不盡雷同,如方坯和板坯初軋機軋輥要具有好的扭轉和彎曲強度、韌性、咬入性、抗熱裂性和熱衝擊性以及耐磨性;而熱帶精軋機架要求軋輥輥面的高硬度、抗壓痕、耐磨、抗剝落和耐熱裂等性能。

弄清軋輥的使用條件以及在同類型軋機中所用軋輥的失效方式,了解當前各種軋輥材質的性能和製造工藝,才能較正確地制定該軋機用輥的技術條件和選用合適而經濟的軋輥材質。

最常用來評價軋輥在軋機中使用性能的方法有:(1)軋制1t軋材所消耗的軋輥重量(kg)(簡稱輥耗),用kg/t表示;(2)每單位軋輥直徑減少所軋材的重量,用t/mm表示。

隨着軋機的現代化,對軋輥使用失效的深入研究以及軋輥材質和製造工藝的改進,工業發展國家的平均輥耗已降低到1kg/t以下。

性能要求

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

而精軋輥速度較高,軋制最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。然後考慮軋輥使用時所應有的耐磨性。由於軋輥的磨損機理很複雜,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,還沒有一項綜合評定軋輥抗磨性的統一指標。由於硬度易於測量,並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。

耐衝擊

此外,對軋輥還有一些特殊要求,如壓下量大時,要求軋輥有較強的咬入能力,較耐衝擊;

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;

切削性能

軋制複雜斷面的型鋼時,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,單一材料的還是複合材料的。

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