轧辊

轧辊
轧辊(roll)

轧机上使受轧制的金属发生塑性变形的部件。轧辊的形状、尺寸和材质须与轧机和轧制产品相适应。图1指出轧辊的基本形状和各部分名称。辊身是轧辊的工作部分；辊颈是与轴承接触的部分；用接头与传动装置相联接。

        发展简史

        轧辊的品种和制造工艺随冶金技术的进步和轧钢设备的演变而不断发展。中世纪轧制软的有色金属时使用强度低的灰铸铁轧辊。18世纪中叶英国掌握了轧制钢板用的冷硬铸铁轧辊的生产技术。19世纪下半叶欧洲炼钢技术的进步要求轧制更大吨位的钢锭，无论是灰铸铁或冷硬铸铁轧辊的强度均已不能满足要求。含碳量为0.4%～0.6%普通铸钢轧辊相应诞生。重型锻压设备的出现更使这种成分的锻造轧辊的强韧性得到进一步提高。20世纪初期合金元素的使用和热处理的引入显著改善铸钢和锻钢热轧辊和冷轧辊的耐磨性和强韧性。热轧板带用的铸铁轧辊中加入钼后改善了轧材的表面质量。冲洗法复合浇注(见铸铁轧辊)明显提高了铸造轧辊的芯部强度。轧辊中大量使用合金元素是在第二次世界大战以后，这是轧钢设备朝着大型化、连续化、高速化、自动化发展以及轧材强度提高、变形抗力加大后对轧辊性能提出更高要求的结果。这段时期中先后出现了半钢轧辊以及球墨铸铁轧辊。20世纪60年代以后又研制成功了粉末碳化钨轧辊。70年代初期在日本和欧洲广泛推广的轧辊的离心铸造技术、差温热处理技术等使板带轧辊的综合性能显著改善。复合高铬铸铁轧辊也成功地用于热带轧机上。同期，锻造白口铁和半钢轧辊在日本得到应用。80年代欧洲又推出高铬钢轧辊及超深淬硬层的冷轧辊以及用于小型型钢及线材精轧的特殊合金铸铁轧辊。当代轧钢技术的发展促使更高性能轧辊的开发研制。采用离心铸造法和新的复合方法如连续浇注复合法(CPC法)、喷射沉积法(Osprey法)、电渣焊法以及热等静压法生产的芯部为强韧性好的锻钢或球墨铸铁、外层为高速钢系列的复合轧辊以及金属陶瓷轧辊已分别在欧洲、日本新一代型材、线材、带钢轧机上得到应用。

中国从20世纪30年代开始成批生产铸造轧辊，但品种极少。50年代末在河北邢台建立起中国第一个专业轧辊厂。1958年鞍山钢铁公司在国际上首次试制并使用了1050初轧用大型球墨铸铁轧辊。60年代相继制造成功冷轧工作辊和大型锻钢轧辊。70年代末太原钢铁公司和北京钢铁研究总院共同试制成功炉卷轧机和热连轧宽带钢机组用的离心铸造铸铁轧辊，邢台冶金机械轧辊股份有限公司试制成功热宽带钢轧机用半钢工作辊和冷轧宽带钢轧机用工作辊。80年代中国又陆续研制成功大型锻钢支承辊、锻造半钢和锻造白口铸铁轧辊、粉末碳化钨辊环、高铬铸铁轧辊等新品种。到90年代，中国轧辊生产已基本满足国内需要并有部分出口，但品种有待增加，质量尚须提高。

基本尺寸参数

有轧辊辊身直径D，辊身长度L，辊颈直径d和辊颈长度l。带轧槽的初轧轧辊和型钢轧辊的直径可根据最大咬入角α(或压下量△h与辊径之比△h/D)、轧制力和轧辊强度等要求来确定。辊身长度L上，主要取决于孔型配置、轧辊抗弯强度和钢度。板带轧机轧辊辊身长度L和所轧板带的最大宽度有关。二辊板带轧机轧辊的直径D根据轧制力、轧材尺寸、轧辊强度等因素选定，四辊或多辊轧机工作辊的直径则取决于成品尺寸和精度、辊颈和轴头强度等因素。而支承辊直径主要取决于刚度和强度要求。

轧辊的分类

轧辊有不同的分类方法。按辊身形状分为圆柱形和非圆柱形，前者主要用于板材、带材、型材和线材生产，后者主要用于管材生产。按是否接触轧件分为工作轧辊和支承辊。直接接触轧件的轧辊称工作轧辊；为增加工作轧辊的刚度和强度而置于工作轧辊背面或侧面又不直接接触轧件的轧辊称支承辊。按使用机架分为初轧辊、粗轧辊、中间轧辊和精轧辊。按轧材的品种分为板带轧辊、轨梁轧辊、线材轧辊和管材轧辊等。还可按轧制时轧件的状态分为热轧辊和冷轧辊。

轧辊的工作条件

轧机部件中轧辊的工作条件最为复杂。轧辊在制造和使用前的准备工序中会产生残余应力和热应力。使用时又进一步受到了各种周期应力的作用,包括有弯曲、扭转、剪力、接触应力和热应力等。这些应力沿辊身的分布是不均匀的、不断变化的，其原因不仅有设计因素，还有轧辊在使用中磨损、温度和辊形的不断变化。此外，轧制条件经常会出现异常情况。轧辊在使用后冷却不当，也会受到热应力的损害。所以轧辊除磨损外，还经常出现裂纹、断裂、剥落、压痕等各种局部损伤和表面损伤。一个好的轧辊，其强度、耐磨性和其他各种性能指标间应有较优的匹配。这样，不仅在正常轧制条件下持久耐用，又能在出现某些异常轧制情况时损伤较小。所以在制造轧辊时要严格控制轧辊的冶金质量或辅以外部措施以增强轧辊的承载能力。合理的辊形、孔型、变形制度和轧制条件也能减小轧辊工作负荷，避免局部高峰应力，延长轧辊寿命。轧辊消耗量决定于三个因素：①轧机、轧材和轧制条件，以及轧辊的合理选择；②轧辊材料及其制造质量；③轧辊的使用和维护制度。

轧辊的选用  

小型20辊轧机的工作轧辊重仅100克左右,而宽厚板轧机的支承辊重量已超过200吨。选用轧辊时首先根据轧机对轧辊的基本强度要求，选定安全承载的主体材料(各种级别的铸铁、铸钢或锻钢等)，然后考虑轧辊使用时所应有的耐磨性。由于轧辊的磨损机理很复杂，包括机械应力作用、轧制时的热作用、冷却作用、润滑介质的化学作用以及其他作用，目前还没有一项综合评定轧辊抗磨性的统一指标。由于硬度易于测量，并在一定条件下可以反映耐磨性，所以一般就用径向硬度曲线来近似地表述轧辊的耐磨指标。

通常对粗轧辊以强度、抗热裂为主要要求；而精轧辊速度较高，轧制最终产品要有一定的表面质量，对它以硬度、耐磨等为主要要求。此外，对轧辊还有一些特殊要求，如压下量大时,要求轧辊有较强的咬入能力,较耐冲击；轧制薄规格产品时，则对轧辊的刚性、组织性能均匀性、加工精度以及表面光洁度等要求较严；轧制复杂断面的型钢时，还要考虑辊身工作层的切削加工性能等。

选用轧辊时，对轧辊的有些性能要求往往是彼此对立的，轧辊购置费和维护费用又很昂贵，所以应充分权衡技术和经济上的利弊，决定用铸的还是锻的，合金的还是非合金的，单一材料的还是复合材料的。

轧辊种类

轧辊品种很多，主要有以下几类：①铸铁轧辊。一般按制造工艺分类：工作层因金属型的激冷作用呈白口组织(基体＋碳化物)的轧辊称冷硬铸铁轧辊；用上述方法，但适当提高铁水碳当量而得到麻口组织(基体+碳化物+石墨)的轧辊称无限冷硬铸铁轧辊。“无限”—词源于英文“indefinite”，原意为“不明确”,指激冷层在断口上无明确界限,被误译为“无限”，现已沿用成习。采用衬砂金属型并继续提高碳当量可得粗麻口组织的轧辊，称半冷硬铸铁轧辊。所有上述品种的组织中凡石墨呈球状的，称球墨铸铁轧辊；复合浇铸的轧辊加“复合”一词。②铸钢轧辊。一般按含碳量分类：含碳极高(1.4～2.4%)的过共析钢轧辊，俗称半钢轧辊，高碳的半钢轧辊实际已伸入铸铁领域；高碳过共析钢轧辊还有一类为石墨钢轧辊，其石墨是通过孕育和热处理获得的。③锻钢轧辊。一般按用途分类。④其他，除采用特殊加工工艺的以外，都直接以材质称呼。如用电渣重熔铸造坯料锻压的轧辊称为电渣重熔锻压轧辊。


对大部分轧辊的芯部和工作表层有不同的性能要求。用单一材料难于满足要求时，内外层可分别用两种材料来制造。复合工艺可采用机械组合、复合铸造及其他复层技术。修复轧辊常用堆焊技术。