轧材

1-什么是轧辊，轧辊的种类有哪些？

轧辊是使（轧材）金属产生塑性变形的工具，是决定轧

机效率和轧材质量的重要消耗部件。

轧辊种类按成型方法可分为铸造轧辊和锻造轧辊；按工艺

方法分为整体轧辊、冶金复合轧辊和组合轧辊。整体轧辊分为整

体铸造和整体锻造轧辊两种。

冶金复合铸造轧辊主要有半冲洗复合铸造、溢流（全冲洗法）

复合铸造、离心复合铸造三种，此外还有连续浇铸包覆（CPC－

ContinuousPouringProcessforCladding）、喷射沉积法、热

等静压（HIP－HotIsostaticallyPresd）、电渣熔焊等特殊

复合方法制造的复合轧辊种类。组合轧辊主要是镶套组合轧辊。

2-什么是整体轧辊？

整体轧辊是相对于复合轧辊而言的，整体轧辊的辊身外层与

心部以及辊颈采用单一材质铸造或锻造而成，辊身外层和辊颈不

同的组织、性能通过铸造或锻造工艺以及热处理工艺过程来控制

和调整。

锻造轧辊和静态铸造的轧辊均属于整体轧辊。

3-轧辊按材质主要分为哪几种类别？

轧辊按制造材料主要划分为铸钢系列轧辊、铸铁系列轧辊和锻

造系列轧辊三大类别。

其中碳含量小于2．2％的铸造铁基材料称为铸钢系列；碳

含量大于2．2％的铸造铁基材料称为铸铁系列；锻造铁基材料

称为锻造系列。

4-什么是铸造轧辊，铸造轧辊主要有哪些种类？

铸造轧辊是指将冶炼钢水或熔炼铁水直接浇注成型这一生

产方式制造的轧辊种类。

铸造轧辊按材质又可分为铸钢轧辊和铸铁轧辊两类；按制造方

法又可分为整体铸造轧辊和复合铸造轧辊两类。

关于锻钢轧辊的软点

关于锻钢轧辊的软点

锻钢轧辊的软点产生主要是看它在何时产生的，是在轧辊淬火中

还是在轧辊轧制过程中。

1、在淬火过程中产生的软点

轧辊淬火时产生软点，是淬火时轧辊表面某些区域长时

间被稳定的油蒸汽膜或盐壳覆盖，使这些区域的冷却速度低于钢

的临界冷却速度而发生的中温转变，析出屈氏体而造成的。

为了防止淬火软点一定要控制淬火油的特性温度，定期

检验，更换老化的淬火油。同时要对老化的盐浴应及时更换。还

要加快冷却油搅动，加速气泡运动，破坏稳定的蒸汽膜。

2、在轧辊轧制过程中产生的软点

在锻钢轧辊轧制过程中，当轧制打滑，辊面局部过热时，锻

钢辊会出现软点。

主要通过增加咬入角，降低轧辊打滑，均匀冷却水在轧辊上

的分布等方法来防止出现软点。

5-哪些轧辊适合于整体铸造生产？

初轧机、钢坯连轧机、大型型钢和轨梁轧机、热轧板带钢轧

机破鳞和轧边机、型钢万能轧机的轧边机，还有小型型钢、线棒

材轧机的粗轧机架等轧机使用的轧辊，大多采用整体铸造方法生

产，这类轧辊使用层较厚，孔型较深。另外，热轧板带轧机的二

辊粗轧辊也适合于整体铸造生产。

整体铸造轧辊的工艺方法相对简单，制造成本低

6-什么是复合铸造轧辊？

轧辊基础知识讲座6-什么是复合铸造轧辊？

复合铸造轧辊指轧辊辊身外层与心部以及辊颈采用两种或两

种以上材质复合铸造而成，辊身外层和辊颈分别通过不同材质的

成分设计和热处理工艺获得要求的组织和性能。复合铸造方法有

半冲洗复合铸造、离心复合与溢流复合三种，复合铸造轧辊需要

特殊的工艺装备，工艺相对复杂，控制难度大，需要较高的制造

成本

7-复合铸造适合于哪些轧辊的生产？

复合铸造适合于生产那些工作负荷大、轧材质量要求高的轧

辊。这类轧辊辊身和辊颈性能要求相差悬殊，辊身表面硬度要求

高，辊颈又要求较高的强度和韧性。例如热带连轧机的工作辊、

支撑辊；中厚板、宽厚板轧机的工作辊；平整轧机的工作辊和支

撑辊；型钢万能轧机的辊环；小型型钢、棒线材轧机的精轧辊及

无缝钢管轧机连轧管轧辊和张减径辊环等。

近几年离心复合高铬铸铁小立辊在国内外热带连轧机上得

到越来越多的采用，表现出优良的耐磨性，明显延长了换辊周期。

8-什么是铸钢轧辊，铸钢轧辊有哪些品种？

碳含量小于2．2％的铁基材料铸造的轧辊统称为铸钢轧

辊。其中合金元素总量不大于0．8％的铸钢称为碳素钢；合金

元素总量大于0．8％的铸钢称为合金铸钢；碳含量不小于1．3％

的合金铸钢称为半钢。

铸钢轧辊主要品种有碳素铸钢轧辊、合金铸钢轧辊、半钢

轧辊、石墨钢轧辊、高铬钢轧辊、复合铸钢支撑辊、高速钢轧辊、

半高速钢轧辊等。

9-什么是碳素钢轧辊，其组织特点有哪些？

碳素钢轧辊是一种合金含量较低（不大于0．8％）的亚共

析钢成分轧辊，如GB1503—89《铸钢轧辊》中列出的Z－U70、

ZU80、ZU70Mn等，为我国早期使用的一种铸钢轧辊。其基体组

织为珠光体，但基体组织中存有大量的块状或条状铁素体，降低

了基体的冲击韧性，同时耐磨性也较低。目前国内横列式型钢轧

机、复二重线材轧机和个别钢坯连轧机仍在使用碳素钢轧辊，已

趋于淘汰。

10-什么是合金铸钢轧辊，其组织特点是什么？

合金铸钢轧辊是一种成分在共析钢及过共析钢范围，合

金含量大于0．8％的铸钢轧辊，其碳含量一般在0．4％－1．3％

之间，并含有一些铬、镍、钼、钒等合金元素，其基体组织通过

正火十回火热处理过程，一般控制为索氏体及回火索氏体。典型

材质如：60CrMnMo、65CrNiMo、70Mn2Mo、75CrMo、75CrNiMo等。

合金铸钢轧辊的基体组织以珠光体类型为主，含有少量的碳

化物，硬度范围在HS35－50；由于基体中含有少量二次碳化物，

因此较碳素钢轧辊耐磨性大有提高，同时由于消除了基体中的块

状条状铁素体，所以轧辊的冲击韧性得到提高。合金铸钢轧辊的

性能特点是强度高、韧性好，具有很好的咬人性、抗热裂性和抗

冲击能力。

合金铸钢轧辊的材质有降低碳含量、提高合金化程度的

趋势，井采用多种微合金化技术，同时进一步提高冶金质量，使

合金铸钢轧辊能够更好的满足不同轧机的使用需要。

11-合金铸钢轧辊主要用途有哪些？

方／板坯初轧机、大型型钢开坯和轨梁轧机的粗轧、板

带钢二辊粗轧机和破鳞机架的大立辊以及型钢、棒线材轧机的粗

轧机等使用合金铸钢轧辊。

整体铸造和复合铸造的支撑辊均属于严格意义上的合

金铸钢轧辊，根据硬度要求控制碳含量和加入不同的合金元素，

制作支撑辊的合金铸钢材料，含有较高的铬、钼、钒等合金元素，

随着合金含量的增加，基体组织由索氏体转变为贝氏体或马氏

体，同时含有高硬度的二次碳化物，硬度范围为HS55－70，具

有优良的耐磨性和抗剥落能力。

12-合金铸钢轧辊的生产工艺和过程是怎样的？

合金铸钢轧辊大多数为整体铸造轧辊。传统生产工艺采

用辊身冷型挂砂、底注和正火回火热处理，主要用于生产碳素钢

轧辊和普通3辊式型钢轧机、复二重棒线材轧机等使用的普通合

金铸钢轧辊。为了强化合金铸钢轧辊的辊身性能，以获得良好的

辊身工作层铸造组织，大部分由冷型挂砂改为冷型喷涂料，冒口

补缩采用电加热工艺，随着轧辊合金化程度的提高，轧辊热处理

增加了高温扩散和球化等工艺手段。

合金铸钢轧辊生产工艺流程有两种：一是冶炼一铸造一

热处理一加工一性能、探伤等检测一成品；二是冶炼一铸造一粗

加工一热处理一精加工一性能、探伤等检测一成品。

1986年国内引进了德国GP（Gontennann一Peipers

Gmbh）轧辊制造技术，采用无流浇铸工艺生产大型方／板坯合金

铸钢初轧辊。该轧辊成功地应用在宝钢Φ1300mml号初轧机上。

1997年马钢和莱钢分别从德国、日本引进了年产60万

t和50万t的型钢万能轧机，近几年我国多家钢铁企业相继引

进投产了型钢万能轧机。根据型钢万能轧机合金铸钢BD（Break

Down）轧辊的结构及特殊的使用条件，国内依然应用无流浇铸工

艺配合电加热冒口在静态铸造；条件下生产，使合金铸钢BD轧

辊在凝固过程中实现顺序凝固，铸态获得致密的心部组织，从而

发展和提高了合金铸钢轧辊的制造技术。

13-轧辊常用的热处理类型有哪些？

轧辊常用的热处理类型有去应力退火、等温球化退火、扩散

退火、正火、回火、淬火、深冷处理。

14-冶金铸钢轧辊为什么要经过高温扩散处理？

铸钢轧辊凝固时由于存在树枝状结晶，所以会造成合金成

分的晶内偏析，这种偏析是由于轧辊凝固过程中辊身上下、内层

外层不能实现顺序依次凝固而造成的。轧辊辊身直径越大，辊身

长度越长，凝固温度梯度越大，所造成的合金凝固偏析越严重。

随着合金铸钢轧辊合金含量的增多，凝固时产生的偏析指数增

大，造成的成分不均匀程度也越大。因此，为了使合金元素的原

子充分扩散，得到成分均匀的奥氏体组织，需将高合金铸钢轧辊

加热到Ac3以上150－250℃保温一定时间，此种热处理手段称

之为高温扩散处理。

15-合金铸钢轧辊为什么要进行球化退火热处理？

合金铸钢轧辊进行球化退火热处理，主要是为了改善轧辊的

切削性能，提高切削效率并为后续的淬火处理做好相应的组织准

备。球化退火处理使组织中的碳化物由片状转变为球状，亦即在

铁素体的基体上均匀地分布着球状或粒状碳化物，成为球状珠光

体组织。生产中选择球化温度，一般略高于Ac1临界点。温度过

低则所需的球化时间过长，温度过高则会导致粒度粗细不等的粒

状珠光体出现。

16-合金铸钢轧辊为什么要进行淬火热处理？

合金铸钢轧辊淬火是将其加热到临界温度（Acm或Ac1）以

上，保温一定时间使之充分奥氏体化后，再以大于临界冷却速度

的冷速急剧冷却到贝氏体转变区，从而使辊身工作层获得贝氏体

组织的热处理过程。

合金铸钢轧辊进行淬火热处理的目的，主要是为了使轧辊工

作层获得良好的适用组织，充分发挥合金元素在轧辊中的作用，

提高辊身工作层的硬度及耐磨性。

17-什么是半钢和高碳半钢轧辊？

20世纪40年代末，美国冶金学家研究开发了碳含量介于铸铁和

铸钢之间的轧辊新材料，称之为“ADAMITE”，其碳含量在1．3％

－2．2％范围内，力学性能处于钢和铁之间。它既具有铸钢轧辊

的高强度和韧性，又兼有铸铁轧辊的良好耐磨性，国内通称为“半

钢”。当半钢

含量小于1．8％的半钢轧辊含有铬、镍、钼等合金元素，它

的显微组织为回火索氏体，其基体上分布着细粒状及棒状碳化

物，其硬度范围在HS35－55之间。随着碳含量的增加，半钢

轧辊的组织中出现了越来越多的共晶碳化物。依据轧辊用途调整

半钢轧辊的碳含量、合金元素含量，配合相应的热处理工艺，控

制得到不同的基体、碳化物含量及形态的半钢轧辊组织，以适应

不同轧机的使用要求。因此，半钢轧辊材质已经发展成为系列材

质，适用于不同类型轧机的使用要求。

半钢轧辊辊身工作层的碳化物含量、形态分布沿辊身半径方

向变化很小，它突出的性能特点在于轧辊使用层内硬度降落很

少，适合于开孔型较深的大中型型钢轧机中轧机架、钢坯连轧机

轧辊，采用预开孔型热处理工艺生产型钢半钢轧辊使用效果更

好。

半钢轧辊还广泛用于小型型钢棒线材粗轧机架；热带连轧机

4辊粗轧、精轧前架工作辊、小立辊。热轧中窄带钢精轧支撑辊

等。

辊的碳含量大于1．8％时，又称之为高碳半钢轧辊。

19-高碳半钢轧辊的组织和性能是什么，有哪些主要用途？

高碳半钢轧辊含有0％－5％铬和钼等合金元素，碳化物含量

一般为15％以下，铬提高了基体的显微硬度。

高碳半钢轧辊的组织是在细珠光体或少量贝氏体基体上分

布着大量的共晶碳化物。硬度范围在HS50－65。共晶碳化物的

形态、数量、分布是影响其性能的主要因素，可采用稀土及其他

变质处理高碳半钢轧辊的钢水，经过高温热处理的方法以获得不

连续的碳化物。

高碳半钢轧辊用于大型型钢和轨梁轧机的精轧机架、型钢万

能轧机辊环、S辊和轧边辊、悬臂轧机粗轧机使用的辊环等

20-半钢轧辊有哪几种生产方法？

半钢轧辊大多采用静态整体铸造方法生产，2002年国内开发

试制出了离心复合半钢支撑辊，辊身外层为半钢材料，辊身心部

和辊颈为球墨铸铁材料，并成功地应用于热轧中宽带钢精轧机

组。

半钢材质辊环采用离心铸造方法生产，辊环外层为高碳半钢，辊

环内层为石墨钢或球墨铸铁材料，在高速旋转的离心机上，分别

浇入两种不同材质的钢铁水复轧辊基础知识讲座

21-为什么半钢轧辊一定要经过高温扩散退火处理？

铬和碳是形成半钢轧辊碳化物的重要元素，从而也是提高轧

辊耐磨性的重要元素。但是由于轧辊凝固是一个非平衡过程，固

溶体从钢液中结晶是一个选分结晶过程，因而在半钢轧辊铸态组

织中存在着严重的铬偏析。奥氏体晶界处为富铬区、富碳区，二

次碳化物会在此处析出并形成网状，这种碳化物对轧辊的组织性

能破坏很大。因此要消除轧辊凝固偏析所造成的铬偏析，必须要

对半钢轧辊进行高温扩散退火处理。

合铸造而成。

轧辊基础知识讲座32-高铬铸钢轧辊的生产方式和应用范

围是什么？

高铬铸钢轧辊基本生产方式为离心复合浇铸，控制冷却，热

处理则要分别经过高温和低温不同阶段的热处理，通过控制铸造

和热处理两个环节，得到很好的组织和性能。高铬铸钢轧辊得辊

身外层为高铬钢，心层可用高韧性灰口铸铁或高强度球墨铸铁材

料，可采用卧式、立式、和斜式三种离心方法生产。

高铬铸钢轧辊主要用于热带连轧机4辊粗轧工作辊、连铸连轧机

4辊粗轧工作辊、一些带钢连轧机的轧边辊，以及型钢万能轧机

的水平辊环。

轧辊基础知识讲座31-高铬铸钢轧辊的性能特点有哪些？

与高铬铸铁轧辊相比，高铬铸钢轧辊有以下性能特点：

⑴碳化物的类型为M7C3型，显微硬度高，耐磨性好；

⑵基体为马氏体+碳化物，碳化物网状比高铬铸铁减轻，抗热裂

性增强；

⑶由于热扩散主要取决于基体组织的热传导，因而碳化物总量降

低，网状形态的减轻使得导热性增强，降低了对轧辊冷却水的要

求；

⑷碳化物量及大块状碳化物减少，咬入性能增强；

⑸Cr/C比增强，抗氧化性增强，氧化膜致密不易脱落，可在较

高的温度下保持不至于长厚。

轧辊基础知识讲座29-什么是高铬铸钢轧辊的二次硬化？

高铬铸钢复合轧辊辊身工作层组织的二次硬化是指轧辊经过高

温淬火后二次碳化物的析出过程，高铬铸钢轧辊加热到奥氏体化

温度后，应快速冷却使铬、钼、钒等合金元素保留在奥氏体内，

到600℃后，等温转变使Mo2C和M3C型渗碳体向M7C3型转变，使

Mo2C和V4C3碳化物从马氏体中沉淀析出，以实现“弥散强化”。

此过程称之为高铬铸钢轧辊的二次硬化。

轧辊基础知识讲座28-什么是高铬铸钢轧辊？

高铬铸钢轧辊是20世纪80年代初期欧洲轧辊制造者，在研

究分析高铬复合铸铁轧辊技术特征和使用实践的基础上，参照

Cr12MoV冷作模具钢材质特征，开发出的具有高硬度、高耐磨性

合金铸钢轧辊材质，首先用于法国的SOLLAC公司的热带连轧粗

轧机架，取得了很好的使用效果。宝钢20世纪90年代初期开始

使用CK（Chavanne-Ketin）公司及比利时MK(Marichal-Krtin)

的高铬铸钢轧辊。

轧辊基础知识讲座27-半钢与石墨钢轧辊比较性能特点是什

么？

半钢、石墨钢轧辊依靠基体及棒状、小颗粒状碳化物来保证其硬

度和耐磨性，硬度落差较小，因此在整个轧辊服役期间能够保持

其耐磨性能。研究表明：石墨钢轧辊基体组织中一定数量的石墨，

对其性能有很大影响，石墨钢轧辊的导热系数高于半钢，在冷却

水条件不是很好的情况下，适合选择石墨钢轧辊，例如：对于深

孔型大型型钢轧机，冷却水很难进入到深孔部位，而侧壁又要承

受相对较大的热冲击，使用石墨钢轧辊比半钢轧辊在一定程度上

会减轻热裂纹的产生，侧壁掉块现象得到改善，同时磨损程度与

半钢轧辊相当。

石墨钢、半钢轧辊的化学成分和物理性能见表13-1和13-2。

表13-1石墨钢、半钢轧辊的化学成分

轧辊

材质

CSiMnCrNiMo

石墨

钢

1.2~2.31.0~2.20.5~1.20.4~3.50.2~2.00.2~1.0

半钢1.3~2.20.3~1.00.6~1.40.5~3.50.2~2.50.2~1.0

表13-2石墨钢、半钢轧辊的物理性能

性

能

材质

硬度

（HS）

导热系数

/W（m。k）-1

抗拉强度

/MPa

金相组织

石墨钢35~6546.52~52.34≥400细珠光体+球状

石墨+碳化物

半钢35~6534.89~40.71≥400珠光体+少量贝

氏体+碳化物

轧辊基础知识讲座26-石墨钢轧辊的主要用途有哪些？

石墨钢轧辊主要用于大型初轧机、钢坯连轧机、大中型型钢

轧机粗轧中间轧和精扎、小型型钢和棒材粗轧，复合石墨钢轧辊

用于热轧带钢二辊可逆粗轧辊和炉卷轧机的立辊，型钢万能轧

机、悬臂轧机所使用得辊环可选用离心复合石墨钢辊环。

轧辊基础知识讲座25-石墨钢轧辊的制造工艺方法有哪些？

石墨钢轧辊与半钢相识，大多采用整体铸造方法生产。根据需要

也可采用溢流复合工艺或离心铸造生产外层为石墨钢材质、芯部

及辊径为合金铸钢材质的复合石墨轧辊，如热带连轧机2辊粗轧

辊。

石墨钢辊环铸造方式与半钢材质辊环一样，采用离心铸造生产，

辊环的外层为石墨钢，内层为球墨铸铁。要针对不同用途的石墨

钢轧辊提出合理的热处理制度，粗轧辊的主要要求是热稳定性、

强度、塑性要高，对中轧和精轧机轧辊的要求是硬度和耐磨性高。

2003年国内首次采用溢流复合工艺试制出复合石墨钢轧辊，已

经应用于目前国内最宽的热带连轧机的粗轧机架。(2751)

轧辊基础知识讲座24-石墨钢轧辊的组织和性能特点有哪些？

石墨钢轧辊碳含量与半钢轧辊相当，基体显微组织与半钢轧

辊相近，基体组织中仍然存在具有粒状及棒状碳化物的耐磨质

点，同时基体组织中还有一定数量的球状石墨。由于石墨具有极

好的导热性，可有效的降低轧辊在工作中产生的热应力，同时游

离点状石墨的存在，可以起到阻止裂纹扩展的阻尼作用，使抗热

裂性能明显提高，石墨起着自然润滑剂的作用，因而石墨钢轧辊

具有独特的性能，优良的抗热裂性、抗事故冲击能力和半钢轧辊

的耐磨性、极小的硬度落差，硬度一般为HS35~60。

对于深孔型大型型钢轧机，石墨钢轧辊通过粗开孔型后进行成品

热处理，是孔型底部和侧壁一轧辊表层获得均匀一致的显微组

织，因而孔型底部和侧壁的耐磨性与辊面相差无几。另外，依据

轧辊用途，可以调整石墨钢轧辊的碳含量、合金元素含量及硬度

要求，控制组织中碳化物和石墨的含量及形态，因此，石墨钢轧

辊已经逐渐发展成为系列，适用于不同类型轧机的使用要求。

轧辊基础知识讲座23-什么是石墨钢轧辊？

在半钢轧辊材质的基础上，通过控制石墨化元素和碳化物形

成元素的含量及相应比例，在钢液中添加适量的孕育合金和球化

剂进行孕育和球化，使轧辊在凝固过程中形成球状或团状石墨，

因组织中含有少量游离石墨而称之为石墨钢轧辊。（0751）

轧辊基础知识讲座22-非金属夹杂物对半钢轧辊组织有什么影

响？

钢液中存在大量的高熔点非金属夹杂物时，易形成伪共晶碳

化物核心，在凝固过程中析出的共晶或伪共晶碳化物优先长大，

而且极易形成大块碳化物，巨大的渗碳体易成为热龟裂的发生

点，并起加速裂纹扩展的作用，非金属夹杂物的存在将使半钢轧

辊的断裂韧性值和塑性指标降低。所以，半钢轧辊一般要求将非

金属夹杂物总量控制在0．05％以下。

严格高速钢轧辊的维护管理

[我的钢铁]2008-08-0708:50:41

正确判断使用次数。高速钢轧辊两次磨削之间的使用次数，

取决于每次下机后辊面氧化膜和粗糙度保持状况，这直接关系到

轧辊使用寿命、轧辊安全性和带钢表面质量。不同机架和不同轧

制计划，氧化膜保持状况往往相差很大。正常情况下，前段机架

可使用3～7次，后段机架可使用2～4次，CPC高速钢轧辊甚至

可以使用10次以上，辊面氧化膜和粗糙度仍保持完好。为此，

需建立高速钢轧辊辊面氧化膜的评价标准，以典型氧化膜图谱作

为轧辊能否继续使用的依据，一般分为3～5级，不同等级代表

辊面的劣化程度，大多数厂家采用人工目视观察方式加以比对判

断。除了观察表面氧化膜状态以外，还需要测试辊温和粗糙度分

布。由于辊面不同部位的氧化膜相差很大，有时需要结合带钢表

面情况进行综合判断。

利用辊面探伤手段避免轧辊失效事故。高速钢轧辊下机后需

立即进行水冷或空冷，确保下次使用前消除热膨胀。高速钢轧辊

易萌生热裂纹，尤其是轧制不稳定时易引起辊面局部严重网状热

裂纹，如有轧制异常停机需要立即更换高速钢轧辊。为了避免轧

辊剥落等失效事故，轧辊冷却后应采用自动或便携式超声波探伤

仪进行辊面裂纹检测，经探伤发现异常裂纹，避免再次上机。

利用专业工具强化磨削效果。经确认高速钢轧辊辊面氧化膜

破损严重或存在较深的热裂纹，就要进行辊面磨削。由于高速钢

轧辊耐磨性高，研磨比较困难，要选用专用砂轮和自动磨床。研

磨时易产生碳化物颗粒脱落划伤辊面，要严格控制进给量。研磨

完成后，采用自动涡流探伤仪和自动超声波探伤仪进行辊面的复

合探伤。正常下机的高速钢轧辊磨削后可残留微热裂纹上机使

用。轧制事故下机的高速钢轧辊，需在磨削清除辊面裂纹基础上，

增加一定的磨削量。

熟悉高速钢轧辊的使用性能

[我的钢铁]2008-08-0608:46:19

高速钢轧辊具有出色的耐磨损性能。高速钢轧辊两次磨削

之间一般采用多次上机使用，下机后只冷却、不磨削的维护方式。

有F3机架高速钢轧辊连续使用5次后仍较好地保持了原始辊型，

总磨损量不足0.1mm，证实了高速钢轧辊优异的耐磨性，但使用

至第3次以后，辊面局部氧化膜脱落，引起局部不均匀磨损和粗

化现象。

表面氧化膜具有理想的保护性能但容易脱落。通常情况下，

高速钢轧辊与热带钢接触，辊面形成均匀分布的薄氧化膜，呈银

灰色或浅蓝色。研究表明，高速钢轧辊的氧化膜主要为Fe3O4，

氧化膜致密、均匀，具有理想的保护性能。但随着氧化膜厚度增

加，氧化膜的抗剪切强度及与基体的结合强度大大降低。当氧化

膜呈深蓝色或黑色时，在轧制力的反复作用下，氧化膜沿碳化物

周围萌生微裂纹，致使辊面粗糙度升高。氧化膜进一步增厚，裂

纹明显扩展，造成辊面氧化膜脱落、耐磨性能下降，形成流星斑、

斑带和大面积脱落等氧化膜异常缺陷。

高速钢轧辊的热膨胀量大。高速钢轧辊材质的热传导率低，

持续与热带钢接触，辊体产生较大热膨胀。由于轧辊的原始辊型、

热膨胀和磨损均直接影响负载辊缝，决定着带钢的断面和板形精

度，因此需精确控制轧辊的磨损和热凸度。

（来源：中国钢铁新闻网）

——热轧高速钢轧辊使用与管理的要求及特点

随着我国钢铁工业的不断发展，高附加值钢铁产品的需

求日益增长促进了高性能轧辊技术的不断进步，其中，高速

钢轧辊的制造和使用技术也取得了突破性进展。上世纪90年

代，高速钢轧辊首先在热轧精轧前段机架得到应用，近年又

逐渐推广到热轧精轧后段机架和粗轧机架，在冷轧精轧机上

的应用也获得了成功。

高速钢轧辊具有优异的耐磨性、抗粗糙性和抗热裂性，

使用寿命是传统轧辊的3～5倍，采用高速钢轧辊，不仅能够

大大降低换辊次数、磨辊次数和周转量，减少辊耗和生产成

本，还可以提高轧件断面精度和表面质量、增加轧制计划吨

位、实现自由规程轧制等。但是，目前高速钢轧辊还存在热

膨胀量大、摩擦系数大、氧化膜易脱落等缺点，因此开展高

速钢轧辊的使用与管理技术研究，对于发挥高速钢轧辊的使

用性能、提高轧制稳定性具有重要意义。

制造工艺不同造成材质差异

高速钢轧辊工作层材料的成分中含有1.5%～3.5%的碳元

素以及大量的铬、钼、钒、钨、钴等强碳化物合金元素，基

体组织为回火马氏体和贝氏体，分布着大量的MC型和M6C型

高硬度碳化物。高速钢轧辊材质的发展趋势是合金元素总含

量不断提高（目前达到了15%以上），以获得大量细小弥散分

布的高硬度碳化物和高稳定的基体组织。高速钢轧辊的碳化

物硬度、形貌、数量、分布和基体的组织、性能，决定了其

优异的耐磨性、抗热裂性和抗粗糙性，而其材质与制造工艺

密切相关。鉴于此，各轧辊制造厂分别开发出不同材质系列

的高速钢轧辊产品，其实际使用效果也相差较大。

目前，高速钢轧辊铸造方法主要有离心铸造法和连续复

合法（CPC）两种。离心铸造法主要是将液态外层材料和芯部

材料浇入铸型内，离心铸造工艺的关键是有效控制内外层材

料界面结合状态，生产工艺简单、生产成本低，目前是高速

钢轧辊的主要制造方法。由于高速钢材质中含有较多的铬、

钼、钒、钨等合金元素，这些元素及其形成的碳化物密度相

差很大，在离心铸造条件下容易产生偏析，从而影响其使用

性能。CPC法是将轧辊外层材质的钢水浇注到垂直芯棒(铸钢

或锻钢)和水冷铸型的空隙里，通过电磁感应加热钢水和芯

棒，实现钢水与芯棒逐渐熔敷和快速凝固，组织均匀、细小，

消除了离心铸造法合金元素及其碳化物的偏析缺陷，外层材

质合金元素不受限制，芯棒可采用合金锻钢材质，能够获得

较高的辊体强度和韧性。由于CPC高速钢轧辊的显著性能特

点，近年逐渐得到了推广应用。

熟悉高速钢轧辊的使用性能

高速钢轧辊具有出色的耐磨损性能。高速钢轧辊两次磨

削之间一般采用多次上机使用，下机后只冷却、不磨削的维

护方式。有F3机架高速钢轧辊连续使用5次后仍较好地保持

了原始辊型，总磨损量不足0.1mm，证实了高速钢轧辊优异的

耐磨性，但使用至第3次以后，辊面局部氧化膜脱落，引起

局部不均匀磨损和粗化现象。

表面氧化膜具有理想的保护性能但容易脱落。通常情况

下，高速钢轧辊与热带钢接触，辊面形成均匀分布的薄氧化

膜，呈银灰色或浅蓝色。研究表明，高速钢轧辊的氧化膜主

要为Fe3O4，氧化膜致密、均匀，具有理想的保护性能。但随

着氧化膜厚度增加，氧化膜的抗剪切强度及与基体的结合强

度大大降低。当氧化膜呈深蓝色或黑色时，在轧制力的反复

作用下，氧化膜沿碳化物周围萌生微裂纹，致使辊面粗糙度

升高。氧化膜进一步增厚，裂纹明显扩展，造成辊面氧化膜

脱落、耐磨性能下降，形成流星斑、斑带和大面积脱落等氧

化膜异常缺陷。

高速钢轧辊的热膨胀量大。高速钢轧辊材质的热传导率

低，持续与热带钢接触，辊体产生较大热膨胀。由于轧辊的

原始辊型、热膨胀和磨损均直接影响负载辊缝，决定着带钢

的断面和板形精度，因此需精确控制轧辊的磨损和热凸度。

重视高速钢轧辊的使用技术

实施合理的轧辊冷却方式。高速钢材质热膨胀量大，辊

温分布不佳易产生不均匀热膨胀和氧化膜异常脱落，影响轧

辊的热凸度和辊缝精度。影响高速钢轧辊氧化膜和热凸度的

关键因素是轧辊辊面温度。因此，理想的轧辊冷却方式、缩

短辊面处于高温状态的时间，是控制辊面的氧化膜厚度、控

制热凸度、减少热裂纹的重要手段。热轧过程中轧辊的瞬时

接触温度为600℃～750℃，辊体温度超过50℃，辊面从接触

弧出来后，必须尽快将温度由700℃降至300℃以下，以防止

进一步氧化。轧辊经过瞬时高温接触区后，快速工作在100%

水冷环境中有利于生成具有最佳保护性能的Fe3O4氧化膜。加

大出口侧冷却水量、减少入口侧水量、降低切水板高度可以

加强轧辊的冷却效果，但仍存在辊面温度高、分布不均匀的

问题。通过优化轧辊冷却水分布，加大轧辊中部的冷却水量，

能够明显降低辊面温度、改善温度分布均匀性。

利用工艺润滑技术。热轧工艺润滑技术是指在轧件进入

辊缝前表面喷射油水混合剂。由于热轧润滑剂燃烧能形成燃

烧残留物，同时润滑剂在变形区的高温、高压下发生汽化和

分解，形成高温、高压的气垫，燃烧残留物及气垫可将轧辊

与带钢隔开，起到润滑作用，降低轧辊与板带间的摩擦系数。

热轧工艺润滑能形成覆盖高速钢轧辊辊面的保护膜，阻碍轧

件向轧辊传热，降低轧制力、辊温并减少磨损、改善辊面状

态，同时还可以防止氧化铁皮的压入，提高带钢表面质量。

除此之外，通过机架间冷却来合理控制板带表面温度，使板

带表面形成极薄的FeO层，对于降低高速钢轧辊与板带间的

摩擦系数，保护辊面氧化膜、减少轧辊磨损、降低轧制负荷

也是非常有利的。

优化辊型设臵。在正常冷却条件下，高速钢轧辊的热膨

胀量为100μm～150μm，超过传统材质热轧辊的热膨胀量。

为了补偿热膨胀产生的热凸度，获得稳定的轧制辊缝和均匀

的轧制力分布，避免辊面应力集中和氧化膜破损，高速钢轧

辊需设臵优化的初始凸度。不同的轧制产品和轧机机型所设

定的初始凸度也不同，热轧精轧机前段机架高速钢工作辊的

初始凸度一般设定为50μm～200μm。

严格高速钢轧辊的维护管理

正确判断使用次数。高速钢轧辊两次磨削之间的使用次

数，取决于每次下机后辊面氧化膜和粗糙度保持状况，这直

接关系到轧辊使用寿命、轧辊安全性和带钢表面质量。不同

机架和不同轧制计划，氧化膜保持状况往往相差很大。正常

情况下，前段机架可使用3～7次，后段机架可使用2～4次，

CPC高速钢轧辊甚至可以使用10次以上，辊面氧化膜和粗糙

度仍保持完好。为此，需建立高速钢轧辊辊面氧化膜的评价

标准，以典型氧化膜图谱作为轧辊能否继续使用的依据，一

般分为3～5级，不同等级代表辊面的劣化程度，大多数厂家

采用人工目视观察方式加以比对判断。除了观察表面氧化膜

状态以外，还需要测试辊温和粗糙度分布。由于辊面不同部

位的氧化膜相差很大，有时需要结合带钢表面情况进行综合

判断。

利用辊面探伤手段避免轧辊失效事故。高速钢轧辊下机

后需立即进行水冷或空冷，确保下次使用前消除热膨胀。高

速钢轧辊易萌生热裂纹，尤其是轧制不稳定时易引起辊面局

部严重网状热裂纹，如有轧制异常停机需要立即更换高速钢

轧辊。为了避免轧辊剥落等失效事故，轧辊冷却后应采用自

动或便携式超声波探伤仪进行辊面裂纹检测，经探伤发现异

常裂纹，避免再次上机。

利用专业工具强化磨削效果。经确认高速钢轧辊辊面氧

化膜破损严重或存在较深的热裂纹，就要进行辊面磨削。由

于高速钢轧辊耐磨性高，研磨比较困难，要选用专用砂轮和

自动磨床。研磨时易产生碳化物颗粒脱落划伤辊面，要严格

控制进给量。研磨完成后，采用自动涡流探伤仪和自动超声

波探伤仪进行辊面的复合探伤。正常下机的高速钢轧辊磨削

后可残留微热裂纹上机使用。轧制事故下机的高速钢轧辊，

需在磨削清除辊面裂纹基础上，增加一定的磨削量。

冷轧机采用新型锻造半高速钢和高速钢轧辊

1前言

轧钢技术人员正致力于高薄板的质量(良好的板形和表面光洁

度)、尤其是最薄厚度的质量的研究。实现上述目标需采用改善

辊缝的技术,如高凸度轧机(HC轧机)和连续可调凸度轧机(CVC

轧机)等。

随着轧钢技术和钢板质量水平不断发展和提高,要求轧辊能适

应新的打毛技术,轧制周期长,高的抗事故能力高,耐磨性能和高

的粗糙度保持性。满足这些特性的材质几乎只有半高速钢和高速

钢等合金钢种(见表1)。

表1半高速钢和高速钢主要化学成分(w)%

钢种半高速钢高速钢

C0.5～1.00.8～1.5

Cr4.0～10.08.0～13.0

Mo0.5～2.00.5～3.0

V0.5～1.00.5～3.0

W＜1.0＜2.0

2轧辊制作

半高速钢和高速钢是合金钢,半高速钢可用于制作中间辊;高

速钢因合金含量较高而用于制作工作辊。

铸锭用ESR工艺生产,可以避免宏观偏析,用这种工艺生产的

钢的致密度也远比常规铸钢好,但由于其变形抗力大,铸锭锻打

时锻造压力就较大(见图1)。使淬火过程中内应力减至最小,必

须使用双频感应加热。这种技术可以允许单独加热外层,所以硬

度淬透层非常深。中径处无偏析得益于ESR工艺,从而保证在硬

化过程中轧辊完好无损。

图1热耐压试验

常用钢、半高速钢、高速钢的回火曲线图见图2所示,当回火

温度上升时,常用钢硬度是下降

的,而高速钢由于含Mo、W、V量较高,在480℃附近有一明显的

第二硬度峰值。硬度在800HV以上,即可用这种钢制作冷轧工作

辊。而半高速钢硬度第二峰值不明显,硬度值较低,但这种硬度足

够用于热轧铝板和冷轧硅钢片的工作辊。

图2韦氏硬度回火温度曲线

由于带钢表面形貌的要求,六辊轧机的中间辊硬度比工作辊硬

度要低些,轧毛面料时低10Hs,轧光面料时低20Hs。据此,半高速

钢的硬度水平非常适合于选作中间辊,特别是半高速钢具有非常

好的抗疲劳和抗磨损的性能。

3半高速钢和高速钢的特性

3.1抗磨损性能

导致中间辊更换和修磨的主要问题是变速造成的锥度磨损,这

种典型的磨损在许多常用钢的中间辊直径方向可达0.5～1mm。

用半高速钢作中间辊可大幅度提高抗磨损性能,从而提高轧制时

间。常用的含铬2%和3%的材质与半高速钢、高速钢材质制作的

中间辊各自抗磨损性能已在试验中作过对比,试验结果是半高速

钢的磨损量是常用含铬2%钢种的一半。

3.2粗糙度保持性能

镀铬可使工作辊表面的粗糙度有较好的保持性,与普通未镀铬

工作辊相比,在薄板轧机甚至在平整机上使用可使轧制长度增加

一倍(图略)。遗憾的是镀铬非常昂贵,且污染环境试验研究采用

无须镀铬的新钢种制作轧辊来确保粗糙度的保持性。高速钢样块

与常用钢样块作了粗糙度保持性的对比试验,样块最初的粗糙度

是用磨削获得的。这种模拟试验显示高速钢远比常用钢有更强的

粗糙度保持性(图略)。

3.3抗事故性能

事故会使轧辊表面局部产生急剧的温升,接着产生微裂纹。图

3显示的是三次不同严重程度轧制事故时轧辊表面下的温度曲线,

事故过程中,轧辊表面温度超过回火温度,其硬度明显降低,软化

部分必须全部被磨掉。按事故的严重程度不同,高速钢轧辊比普

通材质轧辊磨去的部分要少3～4倍。同样,可用半高速钢制作中

间辊,因为半高速钢回火温度为480℃,而常用钢只有250℃。

4轧制试验

半高速钢和高速钢轧辊在轧机上试轧的简要结果见表2,因为

各种钢的轧辊其热凸度相同,所以不用考虑最初轧辊凸度值。对

于含钒量低的高速钢来讲,薄板的清洁不成问题,但在某些薄板

轧机中含钒量高的高速钢轧辊给清洁工作带来困难,因为坚硬的

钒碳化物易磨损带钢,产生一些小的粉尘状颗粒粘附在带钢表

面。测试过程中没有发现分压力提高的迹象。

图3轧制事故后回火温度的影响情况

表2轧制参数统计

5%Cr

轧辊半高速

钢轧辊高速钢轧辊

低钒高钒

轧制

操作时间正常正常正常正常

薄板清洁度不脏—不脏取决于轧机

热凸度正常正常正常正常

分压力正常正常正常正常

磨削

砂轮种类

横向进给速度通用

一般通用

低进给需新砂轮

低进给

打毛

喷丸可以困难更难

电火花

激光/电子束可以必须选择

打毛参数

半高速钢轧辊可以用通用砂轮磨削,但进给量要小些,而高速

钢轧辊必须更换砂轮。因为一般的砂轮其游离砂粒会在轧辊表面

划出深痕,所以必须采用新型砂轮。为确定最合适的砂轮，进行

了大约30次试验。因为烧结砂粒会使切削能力提高,划痕很少而

痕深减轻,陶瓷结合剂会避免产生游离砂粒,所以最终的也是最

好的结论是砂轮用烧结砂粒、陶瓷结合剂、多气孔的砂轮,形象

地说,这种砂轮就好象是“切屑、脱粒的运输机”。

轧辊表面粗糙度对冷轧工作辊来讲是非常重要的参数,磨削高

速钢轧辊获取高的粗糙度是困难的,所以磨削工艺必须变更以适

应这些新材质的轧辊。喷砂打毛工艺不适合高速钢轧辊,特别是

含钒量高的轧辊。新型的打毛方法(如电子束打毛、电火花打毛、

激光打毛)是用局部熔化的方法来改变表面微观结构,因此可以

适当改变打毛工艺参数来适应新材质的轧辊。例如,已用电子束

打毛方法对6种不同材质的轧辊作过研究,用轮廓宽与高的比值

来表述轮廓形貌,结果表明轮廓形状影响粗糙度的保持性。

半高速钢在热轧铝材的特性见表3说明,在四辊粗轧机上用新

材质轧辊比常用轧辊效果要好1.5～2倍。在二辊粗轧机上,半高

速钢轧辊的应用可避免热疲劳,从而提高产品强度。半高速钢中

间辊也有很好的效果,图4a所示为在串联轧机第五机架上提高

产量40%的情况。当最后一个机架使用打毛轧辊,用半高速钢轧

辊的辊耗只有普通轧辊的三分之一,因为半高速钢抗磨损性能特

别好(见图4b)。在可逆式带钢冷轧机上应用证明(见图4c),即使

新材质的轧辊价格比传统的轧辊高,其利用成本却是显著的下

降。这一点可以用半高速钢对轧机事故敏感较低来解释(见图

4d)。

图4中间辊的各种性能对比

表3铝板热轧时半高速钢轧辊性能

轧机种类与常用钢轧辊比较

四辊粗轧机

860×2840×5833(18.3t)每mm轧制吨位是

1.5～2倍

四辊粗轧机

710×2840×5060(11.0t)轧制时间延长一倍

二辊粗轧机

724×1880×3162(8.1t)热疲劳消失

高速钢轧辊已在薄板和镀锡板冷轧机上考验过,详见表4所

示。高速钢轧辊与高铬辊和镀铬锻钢辊比较显得更有前途,根据

轧机种类和机架数量的不同,其性能可提高为30%～300%不等。

5结语

半高速钢制作中间辊已经取得非常好的效果,这类轧辊集中在

毛化机架(毛光表面)上使用可提高性能3倍以上,半高速钢轧辊

在铝板热轧领域也已证明有良好的性能,半高速钢轧辊的这些应

用目前较普遍。

表4轧制参数

轧机种类机架

号常用轧辊每组轧

辊可轧

板带不镀铬的

高速钢轧辊每

组轧制板带

五机架串联轧机(薄板)1含3%铬锻钢轧辊表面镀铬200km

260km

五机架串联轧机(锡板)2高铬铁辊1750t3550t

2含3%铬锻钢轧辊表面镀铬1000t3550t

4含3%铬锻钢轧辊表面镀铬390t910t

四机架串联轧机(薄板)1含3%铬锻钢轧辊表面镀铬2250t

4170t

为先进的冷轧机提供高速钢工作辊成为发展趋势,最初的测试

表明可以不用镀铬技术而达到同样或更高的性能(30%～300%),

并且不用调整轧制参数,但是磨削参数有时必须改变以适应新的

高速钢材质对轧辊表面形貌的要求。

唐山西—沧州

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