冷軋輥的使用維護研究

劉永戰

摘要：軋輥是帶鋼生產的關鍵接觸工藝裝備，針對冷軋輥加工使用過程中存在的問題，從軋輥的磨削、軋輥的無損檢測、軋輥的使用三個方面對生產過程中提高表面質量，降低生產成本，保證連續生產高效運行。軋輥的無損檢測對冷軋板的軋制意義重大，尤其超聲波檢測。軋輥在線運行過程中降低軋制事故，根據軋輥粗糙度的衰減情況合理排程，提高鍍鉻輥的鍍鉻質量和優化支撐輥的邊部倒角設計有利于降低軋輥消耗。

Abstract： Roller is the key contact technology equipment for strip production. In view of the problems in the process of cold roll processing， the surface quality is improved in the production process from the aspects of roll grinding， non-destructive testing of rolls， and the use of rolls， and the production cost is reduced to ensure continuous and efficient operation. Non-destructive testing of rolls is of great significance for the rolling of cold rolled sheets， especially ultrasonic testing. Rolling accidents are reduced during the on-line operation of the rolls. According to the attenuation of the roll roughness， the schedule is reasonable， the chrome-plating quality of the chrome-plated rolls and the edge chamfering of the support rolls are optimized to reduce the roll consumption.

關鍵詞：軋輥;磨削;探傷;裂紋

Key words： roll;grinding;flaw detection;crack

中圖分類號：TG375+.21? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）33-0139-02

0? 引言

隨著冷軋產品的不斷升級換代，冷軋已經不僅僅面向普通的建材板，正在向高端的汽車板和家電板邁進。冷軋產品的品種從低碳超低碳的軟鋼系列到高強超高強的硬鋼系列實現了全覆蓋，板帶表面質量也需要進一步達到O5的汽車外板表面要求。軋輥與帶鋼直接接觸，工作輥表面形貌相當于“模具”，是決定帶鋼表面質量的關鍵[1]。對冷軋工作輥或中間輥提出了更高的要求，更高的硬度、更高的耐磨性，同時對支撐輥工作層的冶金質量及微觀組織提出了新的要求，更強的韌性和抗剝落性能。軋輥的磨削、檢測以及使用不當會造成軋輥消耗的急劇上升。本文從軋輥的加工、檢測和使用三個方面對軋輥進行了研究，借以提高軋輥使用壽命，提升板帶質量，為企業降低軋輥消耗提升帶鋼質量提供借鑒。

1? 軋輥的加工

軋輥在工作過程中會承受很高的軋制載荷，同時還有頻繁的彎曲、扭轉以及輥間摩擦，使用一定的周期后需要進行表面修磨，去除表面的凹坑、輥印、裂紋等缺陷，修復輥型曲線的同時逐步去除疲勞層。軋輥材質為鐵基固溶體和合金碳化物組成的聚合體[2]，當前一般采用的為Cr5軋輥，單次磨削量為0.2-0.3mm，軋輥加工如果不能一次合格，再次加工磨削兩也會達到0.1mm以上。

軋輥磨削除了磨床的機械設備因素外，最關鍵的介質和消耗品是金屬切削液和砂輪，并且表面質量的提升，對金屬切削液和砂輪也提出了更高的要求。金屬切削液需要具有良好的切屑沉降性、極佳的冷卻性和清洗性，減少輥面的擦劃傷。選用合適的砂輪型號和磨削工藝參數，保證軋輥的輥型問題、表面振紋、橫向螺紋線、表面拉毛等在磨削過程中不能出現。對于淬硬鋼質軋輥一般選用剛玉砂輪，依據軋輥的材質選擇與之相匹配的剛玉砂輪才能達到高的表面質量和磨削精度。軋輥形狀方面的問題通常主要是由于砂輪太軟引起的。軋輥表面振紋缺陷，砂輪太硬或進給率和橫向移動速度太高會產生，需要降低砂輪的線速度、減小進刀量、降低橫向移動速度、提高軋輥轉速等方法進行解決。橫向螺紋線又稱走刀紋，在砂輪修正不好或進給率、橫向移動速度太高時會出現。在砂輪太軟、冷卻液的過濾發生故障、磨粒在冷卻液中浮起時會造成軋輥表面的磨削點缺陷，需要檢查冷卻液的過濾、提高砂輪轉速、降低軋輥轉速、減少進刀量。砂輪太硬，自銳性差，鈍化砂粒不易脫落，磨削輥面容易出現拉毛現象，需要提高輥子轉速，降低砂輪線速度。

軋輥的磨削進給量和切削液的冷卻性不僅對軋輥的表面狀態有影響，進給量過大或冷卻不足還會使軋輥的表面產生微裂紋，這種微裂紋小且細密，利用無損檢測如渦流和超聲波檢測需要將靈敏度調到很高才能發現。磨削燒傷的輥面微小裂紋超聲波和磁粉檢測結果。如果這種磨削微裂紋未經發現，上機使用會造成剝落、爆輥重大事故。

冷軋板帶為達到良好的深沖性和高的涂鍍附著性，其表面狀態通常為麻面，需要對工作輥進行毛化處理。目前用于高質量板帶生產的軋輥毛化方式主要采用電火花毛化，電火花毛化的形貌參數表面粗糙度Ra、峰值密度Pc值等，可以通過調整脈沖電壓、放點間距、電流強度、間歇時間等進行控制。減小電流或脈沖寬度可以降低Ra值，提高PC值。毛化的均勻性和毛化的點狀缺陷與碳粉和電極的質量有關。放電不均勻、碳粉粘結都會造成毛化質量問題，導致重復磨削和毛化，造成成本的升高。同時在毛化過程中會經常出現水印的情況，水印呈波浪彎曲，兩側有一定的色差，在鍍鉻后更加明顯，對軋制高檔表面產品造成嚴重影響。

2? 軋輥的檢測

軋輥上機使用前需要進行無損檢測，日常生產中通常用到的有超聲波檢測、渦流檢測、磁粉檢測和滲透檢測。渦流檢測具有檢測速度快的優點，且能夠查出軟點缺陷，但是其只能針對表面開口缺陷，并且受干擾影響的因素較多，靈敏度過高容易引起雜亂信號。滲透檢測僅是對于局部大的開口缺陷進行處理時使用效果明顯。采用超聲波配合磁粉檢測對于保證軋輥的正常使用效果更為顯著。

超聲表面波較為便捷的是采用底波法，即將探頭置于軋輥輥身中間1000mm位置，將輥身端部的菱角反射波調至20%高，再增益32dB。在軋輥狀況良好的情況下，無論周向和軸向檢測輥身表面都不會造成異常波的反射，但是受冶煉工藝的制約，輥身外圈有時存在微小的氣孔和疏松缺陷，經過鍛造后呈細長的條狀稱為發紋，沿輥身長度方向隨機分布，長度多為0.05-3mm，引起表面波檢測的異常反射。這些微小發紋缺陷一般長度在1mm以內，使用中并不會對產品質量造成影響，但是在超聲波檢測時很難將軋輥上線軋制產生的小裂紋與其進行區分。這種情況下需要借助磁粉檢測及顯微觀察，缺陷的邊部狀態為平齊的一般為軋輥制造的缺陷，邊部存在尖角的一般為軋制使用造成的裂紋缺陷。表面裂紋缺陷會引發輥面帶狀剝落，有效檢測輥面未磨凈的殘余裂紋，避免軋輥帶傷上線運行。發紋的磁粉和超聲波檢測結果以及殘余裂紋的放大圖像。

超聲波探傷直探靈敏度按AVG法，確定缺陷的當量直徑，將第一次底波反射未滿屏高度的20%作為基準高度，再按下式計算探傷部位的靈敏度增量進行增益調整。

計算公式n=20lg（λD/2π），

n——靈敏度增量（dB）的值;

D——工件的厚度 （單位mm）;

λ——當f=2.5MHz時，超聲波在鋼中的波長（一般取λ=2.36mm）。

發現缺陷信號后，利用儀器的增益，按探測工件厚度十等分以12、7、5、4、3、3、2、2、2為原則，根據缺陷位置遞減相應的增益值，并以此為基準把這個缺陷波的高度提高或者下降到屏幕滿幅度刻度的20%高度。一般工作輥和中間輥的輥身距輥面深度90mm的外表層不允許有缺陷回波，中間區域不允許有超過Φ2+15dB的缺陷。工作輥近中心部位異常波缺陷，雖然造成了一定的底波下降，但是評定其結果并未超標。異常波來自中心疏松的疊加當量，該軋輥上線使用并未出現異常。

支撐輥的使用，在使用過程中其應力集中的位置為5-10mm深度。下線后經過超聲波表面波檢測難以發現該深度區域的缺陷，利用直探頭檢測其缺陷形成的位置相對較淺，未形成一定規模的情況下，檢測難度也會較大。在這種情況下，提高表面波的靈敏度，對草狀波進行篩查，成簇出現的波束位置著重進行直探超聲波檢測。軋輥皮下出現損傷的超聲波檢測和內外部情況。在后續使用中需要對事故軋輥加大檢測跟蹤的力度，防止裂紋不斷擴展導致整支軋輥報廢。

3? 軋輥使用

酸連軋大壓下量情況下，軋機工作輥的輥身硬度是需要絕對保證的，否則會造成產品厚度波動以及板形不良的情況。對于輥身高硬度的追求會導致軋輥抗事故能力較差，這就對低的產線運行事故率提出了更高的要求。較為嚴重的斷帶事故直接會造成價值10萬元的工作輥報廢。

汽車家電等下游用戶對冷軋產品的板形提出更高的要求，同時汽車用鋼的表面粗糙度要求的范圍很窄。要獲得滿足用戶要求的帶鋼表面粗糙度和表面質量，需要根據軋輥粗糙度的衰減情況，對生產計劃的進行合理的排布，并盡可能長的延長軋輥使用周期，減少換輥的頻率，降低軋輥消耗。

支撐輥的換輥周期與產品的結構、規格關系相對較小。軋輥的異常消耗除了事故造成的內部損傷外，在支撐輥的輥肩倒角受應力最大的位置，輥身端部倒角形式為直線的情況下，極易形成小微裂紋，裂紋深度達到2-3mm，磨削去除造成很大的軋輥消耗，在后續使用中如未能及時處理會造成輥身邊部剝落現象。改用圓弧倒角可以有效減少該位置的應力集中。軋輥的本身夾雜等質量問題，也會造成倒角部位的抗疲勞性能下降，即使優化倒角曲線，該區域的夾雜性缺陷也會造成裂紋的萌生和擴展，影響軋輥的使用周期。

鍍鉻輥在軋制過程中，可以起到降低摩擦系數的作用，輥縫摩擦過程中產生的鐵粉量減少，使得軋后帶鋼的清潔度大大提高。提升板帶的表面平均反射率。減小了后續連續退火和鍍鋅清洗段的壓力，有利于提升板面質量。表1為唐鋼冷軋廠使用鍍鉻輥的效果對比情況。但是對于鍍層的質量要求很高，需要保證在大的軋制負荷下不能脫落，一旦鍍層脫落直接造成產品的表面缺陷。正常的鍍鉻層厚度為6μm左右，微觀結構呈網文狀。

4? 結論

①軋輥本身的制造控制和后續磨削、毛化加工參數的優化是保證輥面質量的關鍵，軋輥磨削的一次合格率上升5%，軋輥的總體使用壽命延長2.5%以上，對產品質量的提升和成本的降低有重要作用。

②無損檢測的缺陷預防，在線檢測設備穩定運行，基本避免了每年1-2起的軋輥剝落損失。

③軋輥毛化粗糙度的衰減規律，軋輥鍍鉻的質量和運行周期的設計，可使高質量表面要求的產品產量提升80%，基本每個軋輥周期內減少了單輥次排產3-5卷的帶出品，是提高產品質量降低成本的重要影響因素。

參考文獻：

[1]王恩睿，周素強，王連軒.高表面質量帶鋼軋輥磨削工藝研究[C].全國鋼材深加工研討會論文集，2014，5：302-306.

[2]孫大樂，吳瓊.軋制高強鋼用新型冷軋工作輥的開發及其應用[J].寶鋼技術，2011（4）：1-4.

[3]王進義.一種提高軋輥加工精度的方法[J].價值工程，2015，34（13）：75-77.