在冷轧生产过程中,冷轧辊的消耗可以分为三类:1.正常磨损,即经过一段时间轧制后的磨削加工量;2.剥落,又叫剥层、掉皮。又分为疲劳剥落和脆性剥落;3.断辊。
一、冷轧工作辊剥落的原因
用于冷轧带钢的工作辊必须具有很高的耐磨性和极小的塑性变形。因此,要求轧辊有较高的表面硬度和较深的硬化层。目前最常用的冷轧辊的材质为9Cr3Mo,经强烈水淬和低温回火后得到高于HSD90的表面硬度。故轧辊表面非常硬而脆,并且是非热稳定性的。此外,由于硬度高,轧辊有很高的开裂敏感性。
现代的带钢冷轧机具有较大的尺寸和较高的速度和精度,这类轧机所用的冷轧辊的制造技术和性能已得到显著的改进。尽管如此,轧辊表面主要由于卡钢和钢带打滑而产生的剥落仍不能避免。当剥落产生后,就需要进行较深的修磨;剥落严重时,就无法修磨,这就导致了冷轧辊的过早报废。
轧辊修磨时,发现微裂纹的轧辊,必须将微裂纹彻底修磨干净,否则易导致微裂纹扩展而产生剥落。轧辊在使用中,辊面的不均匀磨损,粗糙化或者产生裂纹,就会影响轧制薄板的表面质量,为了恢复轧辊的正常轧制性能,保证轧制质量,轧辊需要经常进行换辊修磨,由于轧辊的表面硬度高,轧辊在修磨中如果磨削不当,轧辊和砂轮之间的摩擦热可能会使辊面发生局部回火软化,甚至产生磨削裂纹。轧辊表面裂纹的存在危害极大,轧制时在轧制应力和残余内应力的综合作用下裂纹易向内部扩展,在一定深度下沿周向扩展,裂纹扩展到一定程度就会产生表面剥落或断辊。
二、断辊产生的原因
断辊产生的部位主要是辊颈和辊面,它是轧辊致命的破坏形式,主要原因有以下几种:
1.使用不当。一般情况下,断辊的原因是简单的机械性过载,如原材料温度过低,压下力过大,咬钢时辊缝的开口度不大,冷却液中断等操作失误均可产生断辊。断辊的位置常在辊颈处,占到断辊比例的80%以上。断辊可以是一次性的瞬断,也可以是由于裂纹疲劳发展而致。
2.制造缺陷。浇注时混入大量杂质,这从断辊的截面可用肉眼判定,残余应力控制不当,即热处理工艺不当。
3.设计和加工不当,在冷轧辊的设计和加工中,对于截面尺寸发生变化的部位,必须设计足够的圆角并精心加工,防止应力集中。
4.辊面和辊颈的硬度相差过大。
5.辊颈的直径过小,强度不够。
三、预防工作辊产生剥落和断辊的措施
3.1预防剥落的措施
1.开坯辊硬度稍低些,一般为HSD80~83,订货时要求厂家作上明显标记,以区分开坯辊和精轧辊,这种标记必须在使用过程中长期保存。
2.加强冷却和润滑能力。在钢带轧制过程中会产生很多的热量,而且轧辊和钢带之间也有很大的摩擦力,如果没有足够的冷却和润滑能力,轧辊表面和钢带的温度就会迅速升高,这样很容易产生剥落。
3.预热冷轧辊,消除应力。新冷轧辊投入使用前和每次磨削前,最简单的方法是用机油在110~150℃的容器内将冷轧辊预热4~6小时,这样就可消除大部分的表面应力。
4.防止钢带打滑。操作人员只要均匀缓慢进行压下操作即可有效避免带钢打滑,从而避免轧辊表面剥落。
5.要及时修磨,消除加工硬化的疲劳层,磨削量一般不小于0.3mm(直径)。
6.防止轧辊窜动,在钢带轧制过程中,冷轧辊的窜动也会导致剥落,这就要求用良好的机械方式进行有效固定。
7.冬季事要对刚换下来的冷轧辊进行保温。对于换下暂时不用的冷轧辊一定要等到轧辊降到室温,然后进行预热处理。
3.2预防断辊的措施
1.轧制工艺合理。一般开坯为大压下,压下量一般为总压下量的60%,其后每次压下量为0.05mm~0.4mm不等。这是因为原料在开坯时硬度不高,故采用大压下,随着原料不断变薄,钢带表面也会出现冷轧硬化,故后面道次的压下量依次变小。
2.辊颈强度足够,辊颈是主要受力部位,强度一定足够大。
3.辊面和辊颈过渡圆角足够大,通过对比和实践,发现辊面和辊颈过渡圆角大于R20mm时,断辊发生的机会就会变少。
4.辊面和辊颈的硬度过渡要合理。若悬殊过大,容易造成应力集中,从而在轧制过程中导致断辊。根据在实践中总结出的经验,辊面和辊颈的硬度差一般不大于HSD12~15。