軋輥發(fā)展簡史

軋輥的品種和制造工藝隨冶金技術(shù)的進步和軋鋼設(shè)備的演變而不斷發(fā)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(chǎn)技術(shù)。19世紀下半葉歐洲煉鋼技術(shù)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(yīng)誕生。重型鍛壓設(shè)備的出現(xiàn)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(zhì)量。沖洗法復合澆注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(zhàn)以后，這是軋鋼設(shè)備朝著大型化、連續(xù)化、高速化、自動化發(fā)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(jié)果。這段時期中先后出現(xiàn)了半鋼軋輥以及球墨鑄鐵軋輥。20世紀60年代以后又研制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(shù)、差溫熱處理技術(shù)等使板帶軋輥的綜合性能顯著改善。復合高鉻鑄鐵軋輥也成功地用于熱帶軋機上。同期，鍛造白口鐵和半鋼軋輥在日本得到應(yīng)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于小型型鋼及線材精軋的特殊合金鑄鐵軋輥。當代軋鋼技術(shù)的發(fā)展促使更高性能軋輥的開發(fā)研制。采用離心鑄造法和新的復合方法如連續(xù)澆注復合法（CPC法）、噴射沉積法（Osprey法）、電渣焊法以及熱等靜壓法生產(chǎn)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復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(yīng)用。

中國從20世紀30年代開始成批生產(chǎn)鑄造軋輥，但品種極少。50年代末在河北邢臺建立起中國第一個專業(yè)軋輥廠。1958年鞍山鋼鐵公司在國際上首次試制并使用了1050初軋用大型球墨鑄鐵軋輥。60年代相繼制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制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，邢臺冶金機械軋輥股份有限公司試制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(xù)研制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(huán)、高鉻鑄鐵軋輥等新品種。到90年代，中國軋輥生產(chǎn)已基本滿足國內(nèi)需要并有部分出口，但品種有待增加，質(zhì)量尚須提高。

軋輥的分類方法有多種，主要有：（1）按產(chǎn)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(zhì)分有鋼軋輥、鑄鐵軋輥、硬質(zhì)合金軋輥、陶瓷軋輥等；（5）按制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(tài)分有熱軋輥、冷軋輥。各種分類可以相應(yīng)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。

常用的軋輥材質(zhì)和用途見表。軋輥的性能和質(zhì)量一般取決于其化學成分和制造方式并可由其組織、物理和力學性能以及存在于軋輥內(nèi)部的殘余應(yīng)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于軋輥材質(zhì)及其冶金質(zhì)量，還和使用條件、軋輥設(shè)計、操作維護有關(guān)。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(shè)計、孔型設(shè)計、水冷條件和軸承種類等；（2）軋制條件如軋材品種、規(guī)格及其變形抗力、壓下制度和溫度制度、產(chǎn)量要求和操作等；（3）對產(chǎn)品質(zhì)量和表面質(zhì)量的要求等。

常用軋輥材質(zhì)和用途表

注：復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(zhuǎn)和彎曲強度、韌性、咬入性、抗熱裂性和熱沖擊性以及耐磨性；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(zhì)的性能和制造工藝，才能較正確地制定該軋機用輥的技術(shù)條件和選用合適而經(jīng)濟的軋輥材質(zhì)。

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。

隨著軋機的現(xiàn)代化，對軋輥使用失效的深入研究以及軋輥材質(zhì)和制造工藝的改進，工業(yè)發(fā)展國家的平均輥耗已降低到1kg/t以下。

軋輥抗熱裂

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(jù)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）。

軋輥硬度

而精軋輥速度較高，軋制最終產(chǎn)品要有一定的表面質(zhì)量，對它以硬度、耐磨等為主要要求。然后考慮軋輥使用時所應(yīng)有的耐磨性。由于軋輥的磨損機理很復雜，包括機械應(yīng)力作用、軋制時的熱作用、冷卻作用、潤滑介質(zhì)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(tǒng)一指標。由于硬度易于測量，并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。

軋輥耐沖擊

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，較耐沖擊；

軋輥光潔度

軋制薄規(guī)格產(chǎn)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；

軋輥切削性能

軋制復雜斷面的型鋼時，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(yīng)充分權(quán)衡技術(shù)和經(jīng)濟上的利弊，決定用鑄的還是鍛的，合金的還是非合金的，單一材料的還是復合材料的。

雙輥式板帶鑄軋機上的鑄軋輥不完全等同于普通熱板帶軋機上的軋輥，它不僅擔當像普通熱板帶軋機軋輥是變形工具的角色，而且還起著鑄軋過程中水冷結(jié)晶器的作用。

各種鑄軋輥在結(jié)構(gòu)上的主要區(qū)別在于冷卻水供水系統(tǒng)的不同。

1、如圖2a為美國亨特式雙輥鑄軋機的鑄軋輥結(jié)構(gòu)圖，它是從輥的一端利用特殊的分配套管，將冷卻水送入和輸出鑄軋輥。進人鑄軋輥的冷卻水沿輥直徑方向散開，流到輥芯與輥套之間，再分成兩個相反的水路，經(jīng)過半個鑄軋輥圓周，經(jīng)輥直徑方向的水路，向內(nèi)流人縱向槽溝，經(jīng)集水裝置排人循環(huán)水系統(tǒng)。該結(jié)構(gòu)鑄軋輥表面溫度均勻，冷卻效果較好，但結(jié)構(gòu)復雜，制造困難。

2、如圖2b是法國3C雙輥鑄軋機的鑄軋輥結(jié)構(gòu)，其冷卻水是通過設(shè)在輥端的兩個孔進入軋輥，并又通過兩個孔流出。進入軋輥的冷卻水從輥芯上的孔流入輥芯與輥套之間，然后再流經(jīng)軋輥的四分之一周后排出。輥套與輥芯需過盈熱裝，過盈量取0. 25~0. 4 mm，等裝配好的鑄軋輥冷卻后，將配合縫的外表面焊合。

3、國內(nèi)一些工廠的鑄軋輥多采用圖2c所示的結(jié)構(gòu)形式。冷卻水供排方式是通過輥芯端部一個中心入水孔輸人，沿中心孔鉆有許多排徑向小孔，每排4個徑向小孔，直接通向輥套和輥芯之間的溝槽，由圍繞中心如水孔和進水孔相差45°的4個徑向排水孔出水。輥芯表面開有橫向和縱向交叉的井字格溝槽，可以使輥套內(nèi)表面與循環(huán)冷卻水充分接觸，達到溫度分布均勻，軸向沮差小的目的。