利用里程-疲劳-磨削控制法降低冷轧辊消耗

来源：莫伟，王金秀，姜秀梅 |浏览：次|评论：0条 [收藏] [评论]

摘要：通过对1500mm六辊可逆冷轧机轧辊剥落事故的原因分析，提出采用分级磨削消除由裂纹和接触疲劳引起的剥落，而接触疲劳与轧制里程密切相关，本文为此创新提出里程-疲劳-磨削控制法，并着重论述里程-疲劳-磨削控制法消除由接触疲劳引起的剥落事故。根据服役轧辊的轧制里程测验出对应的轧制疲劳层，绘制出里程-疲劳关系曲线，再根据此曲线，制定出轧制公里与磨削量的对应关系，得到里程-疲劳-磨削关系规定表。依照此规定表磨削轧辊，能有效控制轧辊合理、恰当的磨削量，降低了轧辊剥落事故的概率，轧辊消耗大幅度降低。此控制法颇具创新价值，值得借鉴。

关键词：轧辊剥落；可逆冷轧机；里程；疲劳；磨削

前言

冷轧辊是冷轧生产过程中重要的消耗工艺部件。其物理性能将直接影响轧机刚度、咬入条件、轧制压力等轧机主要参数和产品产量、板形质量、吨钢消耗成本三大生产指标。轧辊剥落是冷轧辊常见的失效形式，它会缩短或报废轧辊的使用寿命，增加吨钢消耗成本，影响生产效益。

1 问题的提出

莱钢1500mm六辊可逆冷轧机于2006年调试成功并试生产，在试生产初期，由于轧辊磨削、使用、维护、检测等工作都无成熟经验可借鉴，出现了大量的轧辊剥落事故，增加了轧辊消耗，降低了轧机作业率，单机小时产量低，影响了产品产量和质量。

2 原因分析

造成轧辊剥落事故的因素有轧辊冶金质量、轧制工况、突发轧制事故等。轧辊剥落通常是工作层（耐磨层）的剥落，它分三种情况：一是辊面“表皮”产生的裂纹向内部扩展，导致剥落。其裂纹是由高速轧制过程中辊面局部升温和过载，应力状态被破坏产生的。二是轧辊使用环境导致断带、粘辊、搓辊等轧制事故，这些轧制事故又引起辊面或次表层损伤裂纹，若磨削后的残余损伤裂纹磨不净而被带上轧机进行轧制就会造成剥落。三是接触疲劳剥落。在轧制过程中，轧辊表层不断受到接触应力和滚动摩擦应力作用，形成一定深度的疲劳层，疲劳层受一定切应力作用形成显微疲劳裂纹源。当次表层有非金属夹杂、粗大碳化物、白点等不均匀组织时，就特别容易产生应力集中，造成剥落。

3 改进措施

3.1 分级磨削

通常下线轧辊有三种情形：一是无损下线，对此情形的轧辊采取“正常磨削”。二是一般轧制事故（断带、粘辊、搓辊等）下线，对此情形的轧辊采取“事故磨削”。三是严重轧制事故下线（重度粘辊），对此情形的轧辊“先车后磨”。磨削轧制事故下线的轧辊必须以超声波和涡电流复合检测结果为指导。

3.2 里程-疲劳-磨削控制法磨削：

以工作辊为例。无损下线的工作辊在磨床上磨削时，可以断续检测正在磨削的轧辊表面硬度，当其硬度与轧辊入厂时的表面硬度相差不超过3HSD时，说明疲劳层已经消除，这样根据磨削量就可得出疲劳层的深度。通过统计大量的实践数据，可得出“里程—疲劳”数据关系表和曲线图，见表1及图1。

根据轧制公里与疲劳层的对应关系，制定轧制公里与磨削量之间的关系规定，见表2及图2。

由两图可以看出，一对工作辊轧制80公里之内区段所产生的疲劳层仅为0.02mm，而磨削量保持在（直径方向）0.15—0.20mm，最多频100—180公里区段产生的疲劳层（半径方向）在0.05—0.15mm之间，而磨削量（直径方向）大致在0.30—0.40mm之间，这样不但将疲劳层完全去除,还能保证将少许热影响层去除。

由上述曲线图可得到表3。

表1 轧制公里与疲劳层关系表

Table 1 Relation of show about rolling kilometer andexhausted layer

轧制公里km	疲劳层mm（半径方向）
0—80	0-0.02
80—100	0.02—0.05
100—180	0.05—0.15
180—200	0.15—0.20
200—220	0.20—0.25
220—250	0.25—0.25
250—300	0.25—0.26

表2 轧制公里与磨削量对应关系表

Table 2 Corresponding relation table about rolling kilometer and grinding measure

轧制公里km	磨削量mm（直径方向）	备注
0—80	0—0.20	轧机较少频下线区段
80—100	0.20—0.275	轧机较少频下线区段
100—180	0.275—0.40	轧机最多频下线区段
180—200	0.40—0.45	轧机较少频下线区段
200—220	0.45—0.55	轧机较少频下线区段
220—300	0.55—0.55	轧机极少频下线区段
100—180最多频区段	0.35—0.40	最佳磨削量

表3 里程—疲劳—磨削”关系规定表

Table 3 Relation stipulation table of " course - exhausted - grinding"

轧制公里km	疲劳层mm（半径方向）	磨削量mm（直径方向）
0—80	0-0.07	0.15—0.20
80—100	0—0.05	0.20—0.275
100—180	0.05—0.15	0.275—0.40
180—200	0.15—0.20	0.40—0.45
200—220	0.20—0.25	0.45—0.55
220—300	0.25—0.26	0.55—0.55
100—180最多频区段		最佳磨削量：0.35—0.40

根据此表规定按轧制公里数分区段进行磨削，此表适用于无损下线的工作辊的正常磨削。

3.3 自然时效、有序磨削、有序上机

为防止轧辊进入疲劳状态继续疲劳作业，一般规定工作辊轧制220（±20）公里时必须换辊。轧辊下线后通常有50—60℃的余温，必须待其完全自然冷却下来才能进行磨削。磨削时必须按照轧辊下线先后顺序磨削。轧辊磨削完后必须在自然状态下时效“休息”8小时以上，使其应力状态充分释放。

4 改进效果与评价

此项改进措施既最低限度地减少磨削量又最大可能地磨净表层及次表层的裂纹和疲劳层；既降低轧辊消耗又提高了轧辊的使用寿命。实践证明此项改进措施是可行的，轧辊剥落概率由原来的7.6%降低到了2.4%，轧辊消耗降低了43%，保证了合理的轧辊消耗。

参考文献:

[1] 刘德富,尹钟大.冷轧工作辊的早期失效及预防措施[J].特殊钢, 2003, 24(6): 33-38. (LIU De-fu, YIN Zhong-da. Early Failure of Cold Work Roll and Precautionary Measures[J]. Special Steel, 2003, 24(6): 33-38.)

[2] 任喜来.冷轧辊的失效分析及其修复[J].轧钢, 2002, 19(3): 46-48.(REN Xi-lai. Analysis of Failure Causes of Roll for Cold Mill and Its Reparation[J].Steel Rolling，2002，19（3）：46-48)

[3] 杨于兴，冷轧工作辊表面疲劳剥落机理的研究[J]. 上海金属，1992,14(4):36-41.

[4] 王春杰，浅析冷轧辊表面剥落原因及改善[J].江苏冶金, 2001,(3):41-42.

上一篇：八辊5机架冷连轧机组的设计及应用

下一篇：冷连轧断带研究