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轧辊

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条目作者王昭东王丙兴
条目作者王昭东

王昭东

王丙兴

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最后更新 2023-02-09
浏览 264
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轧机上使受轧制的金属发生塑性变形的部件。

英文名称
roll
所属学科
冶金工程

轧辊由辊身、辊颈和辊头组成。辊身是轧辊的工作部分,与轧件接触,并使金属产生塑性变形;辊颈是支撑部分,安装在轴承里;辊头与传动装置相连接,传递轧件扭矩。

轧辊形状和各部分名称轧辊形状和各部分名称

轧辊的形状、尺寸和材质需要与轧机、轧制产品相适应,如板带轧机轧辊,其辊身呈圆柱形。一般热轧板带轧辊辊身微凹,受热膨胀时,可获得较好的板形;冷轧板带轧辊辊身微凸,受力弯曲时,可获得良好的板形。

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,轧制软制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%的普通铸钢轧辊随之诞生,重型锻压设备的出现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,合金元素的使用和热处理工艺的引入,显著改善了铸钢和锻钢热轧辊和冷轧辊的耐磨性及强韧性。第二次世界大战以后,轧辊材料中大量使用合金元素,轧辊性能进一步提高,先后出现了半钢轧辊及球墨铸铁轧辊。20世纪60年代以后,出现了粉末冶金碳化钨轧辊。70年代初期,在日本和欧洲广泛推广的轧辊离心铸造技术、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、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。之后,轧钢技术的发展促使更高性能轧辊的开发研制,如采用离心铸造法和连续浇注复合法(CPC)、喷射沉积法(Osprey)、电渣焊法及热等静压法生产的芯部为强韧性好的锻钢和球墨铸铁、外层为高速钢系列的复合轧辊和金属陶瓷轧辊,已分别在欧洲和日本的型材、线材、带钢轧机上得到应用。

轧辊种类较多,按工艺组合方法分为整体轧辊、冶金复合轧辊和组合轧辊。整体轧辊的辊身外层、芯部和辊颈采用单一材质铸造或锻造而成;冶金复合轧辊辊身外层和芯部(包括辊颈)采用两种或两种以上的材质制造,两种材质之间为冶金结合;组合轧辊主要是镶套组合轧辊,由不同材质的辊套和芯轴组装而成。按成形方法可分为铸造轧辊和锻造轧辊。铸造轧辊是用冶炼钢水或熔炼铁水直接浇注成形制造;锻造轧辊是采用钢锭、半钢铸坯或包口铸铁锻造成形。按结构分类有光面轧辊和有槽轧辊。光面轧辊主要用于轧制板带材;有槽轧辊主要用于轧制型材、线材和钢坯。按用途可分为工作轧辊和支撑辊。工作轧辊直接接触轧件,一般为驱动辊;支撑辊置于工作轧辊背面或侧面不直接接触轧件,主要承受弯曲负荷。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。

轧辊是决定轧机效率和轧材质量的重要消耗性部件,在轧机中工作条件复杂,主要受轧制时动静载荷、磨损和温度变化的影响。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各种周期应力的作用,包括弯曲、扭转、剪切、接触应力等。这些应力沿辊身的分布是不均匀并且不断变化的,其原因不仅有设计因素,还包括轧辊在使用中的磨损、温度和辊形的不断变化。轧辊在使用后冷却不当,也会受到热应力的冲击。所以,除磨损外,轧辊还会出现裂纹、断裂、剥落、压痕等各种局部损伤和表面损伤。一个质量合格的轧辊在强度、硬度、耐磨性和耐热性及其他各种性能指标上应有较优的匹配,以保证在正常轧制条件下持久耐用,在出现某些异常轧制情况时减小损伤。所以,通过提高轧辊制造时的冶金质量,采用合理的辊形、变形制度和轧制条件能够减小轧辊工作负荷,避免局部高峰应力,延长轧辊寿命。轧辊消耗量取决于3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。

轧辊作为轧机的关键部件,采用轧辊表面修复与热处理强化技术已成为延长轧辊使用寿命的一个主要发展方向和途径,包括轧辊表面的感应加热淬火技术、堆焊技术、热喷涂技术、热喷焊技术和激光表面改性技术等。

  • 符寒光.高速钢轧辊制造技术.北京:冶金工业出版社,2007.
  • 周之晔.轧辊生产新技术、新工艺与质量检验及标准规范实用手册.北京:冶金电子出版社,2006.

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