冷軋輥的使用維護(hù)研究

劉永戰(zhàn)

摘要：軋輥是帶鋼生產(chǎn)的關(guān)鍵接觸工藝裝備，針對(duì)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(wú)損檢測(cè)、軋輥的使用三個(gè)方面對(duì)生產(chǎn)過程中提高表面質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，保證連續(xù)生產(chǎn)高效運(yùn)行。軋輥的無(wú)損檢測(cè)對(duì)冷軋板的軋制意義重大，尤其超聲波檢測(cè)。軋輥在線運(yùn)行過程中降低軋制事故，根據(jù)軋輥粗糙度的衰減情況合理排程，提高鍍鉻輥的鍍鉻質(zhì)量和優(yōu)化支撐輥的邊部倒角設(shè)計(jì)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(guān)鍵詞：軋輥;磨削;探傷;裂紋

Key words： roll;grinding;flaw detection;crack

中圖分類號(hào)：TG375+.21? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）33-0139-02

0? 引言

隨著冷軋產(chǎn)品的不斷升級(jí)換代，冷軋已經(jīng)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(jìn)。冷軋產(chǎn)品的品種從低碳超低碳的軟鋼系列到高強(qiáng)超高強(qiáng)的硬鋼系列實(shí)現(xiàn)了全覆蓋，板帶表面質(zhì)量也需要進(jìn)一步達(dá)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(dāng)于“模具”，是決定帶鋼表面質(zhì)量的關(guān)鍵[1]。對(duì)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(shí)對(duì)支撐輥工作層的冶金質(zhì)量及微觀組織提出了新的要求，更強(qiáng)的韌性和抗剝落性能。軋輥的磨削、檢測(cè)以及使用不當(dāng)會(huì)造成軋輥消耗的急劇上升。本文從軋輥的加工、檢測(cè)和使用三個(gè)方面對(duì)軋輥進(jìn)行了研究，借以提高軋輥使用壽命，提升板帶質(zhì)量，為企業(yè)降低軋輥消耗提升帶鋼質(zhì)量提供借鑒。

1? 軋輥的加工

軋輥在工作過程中會(huì)承受很高的軋制載荷，同時(shí)還有頻繁的彎曲、扭轉(zhuǎn)以及輥間摩擦，使用一定的周期后需要進(jìn)行表面修磨，去除表面的凹坑、輥印、裂紋等缺陷，修復(fù)輥型曲線的同時(shí)逐步去除疲勞層。軋輥材質(zhì)為鐵基固溶體和合金碳化物組成的聚合體[2]，當(dāng)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(huì)達(dá)到0.1mm以上。

軋輥磨削除了磨床的機(jī)械設(shè)備因素外，最關(guān)鍵的介質(zhì)和消耗品是金屬切削液和砂輪，并且表面質(zhì)量的提升，對(duì)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(hào)和磨削工藝參數(shù)，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(xiàn)。對(duì)于淬硬鋼質(zhì)軋輥一般選用剛玉砂輪，依據(jù)軋輥的材質(zhì)選擇與之相匹配的剛玉砂輪才能達(dá)到高的表面質(zhì)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(jìn)給率和橫向移動(dòng)速度太高會(huì)產(chǎn)生，需要降低砂輪的線速度、減小進(jìn)刀量、降低橫向移動(dòng)速度、提高軋輥轉(zhuǎn)速等方法進(jìn)行解決。橫向螺紋線又稱走刀紋，在砂輪修正不好或進(jìn)給率、橫向移動(dòng)速度太高時(shí)會(huì)出現(xiàn)。在砂輪太軟、冷卻液的過濾發(fā)生故障、磨粒在冷卻液中浮起時(shí)會(huì)造成軋輥表面的磨削點(diǎn)缺陷，需要檢查冷卻液的過濾、提高砂輪轉(zhuǎn)速、降低軋輥轉(zhuǎn)速、減少進(jìn)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(xiàn)拉毛現(xiàn)象，需要提高輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速，降低砂輪線速度。

軋輥的磨削進(jìn)給量和切削液的冷卻性不僅對(duì)軋輥的表面狀態(tài)有影響，進(jìn)給量過大或冷卻不足還會(huì)使軋輥的表面產(chǎn)生微裂紋，這種微裂紋小且細(xì)密，利用無(wú)損檢測(cè)如渦流和超聲波檢測(cè)需要將靈敏度調(diào)到很高才能發(fā)現(xiàn)。磨削燒傷的輥面微小裂紋超聲波和磁粉檢測(cè)結(jié)果。如果這種磨削微裂紋未經(jīng)發(fā)現(xiàn)，上機(jī)使用會(huì)造成剝落、爆輥重大事故。

冷軋板帶為達(dá)到良好的深沖性和高的涂鍍附著性，其表面狀態(tài)通常為麻面，需要對(duì)工作輥進(jìn)行毛化處理。目前用于高質(zhì)量板帶生產(chǎn)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(shù)表面粗糙度Ra、峰值密度Pc值等，可以通過調(diào)整脈沖電壓、放點(diǎn)間距、電流強(qiáng)度、間歇時(shí)間等進(jìn)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(diǎn)狀缺陷與碳粉和電極的質(zhì)量有關(guān)。放電不均勻、碳粉粘結(jié)都會(huì)造成毛化質(zhì)量問題，導(dǎo)致重復(fù)磨削和毛化，造成成本的升高。同時(shí)在毛化過程中會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)水印的情況，水印呈波浪彎曲，兩側(cè)有一定的色差，在鍍鉻后更加明顯，對(duì)軋制高檔表面產(chǎn)品造成嚴(yán)重影響。

2? 軋輥的檢測(cè)

軋輥上機(jī)使用前需要進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，日常生產(chǎn)中通常用到的有超聲波檢測(cè)、渦流檢測(cè)、磁粉檢測(cè)和滲透檢測(cè)。渦流檢測(cè)具有檢測(cè)速度快的優(yōu)點(diǎn)，且能夠查出軟點(diǎn)缺陷，但是其只能針對(duì)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(hào)。滲透檢測(cè)僅是對(duì)于局部大的開口缺陷進(jìn)行處理時(shí)使用效果明顯。采用超聲波配合磁粉檢測(cè)對(duì)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(diào)至20%高，再增益32dB。在軋輥狀況良好的情況下，無(wú)論周向和軸向檢測(cè)輥身表面都不會(huì)造成異常波的反射，但是受冶煉工藝的制約，輥身外圈有時(shí)存在微小的氣孔和疏松缺陷，經(jīng)過鍛造后呈細(xì)長(zhǎng)的條狀稱為發(fā)紋，沿輥身長(zhǎng)度方向隨機(jī)分布，長(zhǎng)度多為0.05-3mm，引起表面波檢測(cè)的異常反射。這些微小發(fā)紋缺陷一般長(zhǎng)度在1mm以內(nèi)，使用中并不會(huì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量造成影響，但是在超聲波檢測(cè)時(shí)很難將軋輥上線軋制產(chǎn)生的小裂紋與其進(jìn)行區(qū)分。這種情況下需要借助磁粉檢測(cè)及顯微觀察，缺陷的邊部狀態(tài)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(huì)引發(fā)輥面帶狀剝落，有效檢測(cè)輥面未磨凈的殘余裂紋，避免軋輥帶傷上線運(yùn)行。發(fā)紋的磁粉和超聲波檢測(cè)結(jié)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(dāng)量直徑，將第一次底波反射未滿屏高度的20%作為基準(zhǔn)高度，再按下式計(jì)算探傷部位的靈敏度增量進(jìn)行增益調(diào)整。

計(jì)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(dāng)f=2.5MHz時(shí)，超聲波在鋼中的波長(zhǎng)（一般取λ=2.36mm）。

發(fā)現(xiàn)缺陷信號(hào)后，利用儀器的增益，按探測(cè)工件厚度十等分以12、7、5、4、3、3、2、2、2為原則，根據(jù)缺陷位置遞減相應(yīng)的增益值，并以此為基準(zhǔn)把這個(gè)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(qū)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(píng)定其結(jié)果并未超標(biāo)。異常波來自中心疏松的疊加當(dāng)量，該軋輥上線使用并未出現(xiàn)異常。

支撐輥的使用，在使用過程中其應(yīng)力集中的位置為5-10mm深度。下線后經(jīng)過超聲波表面波檢測(cè)難以發(fā)現(xiàn)該深度區(qū)域的缺陷，利用直探頭檢測(cè)其缺陷形成的位置相對(duì)較淺，未形成一定規(guī)模的情況下，檢測(cè)難度也會(huì)較大。在這種情況下，提高表面波的靈敏度，對(duì)草狀波進(jìn)行篩查，成簇出現(xiàn)的波束位置著重進(jìn)行直探超聲波檢測(cè)。軋輥皮下出現(xiàn)損傷的超聲波檢測(cè)和內(nèi)外部情況。在后續(xù)使用中需要對(duì)事故軋輥加大檢測(cè)跟蹤的力度，防止裂紋不斷擴(kuò)展導(dǎo)致整支軋輥報(bào)廢。

3? 軋輥使用

酸連軋大壓下量情況下，軋機(jī)工作輥的輥身硬度是需要絕對(duì)保證的，否則會(huì)造成產(chǎn)品厚度波動(dòng)以及板形不良的情況。對(duì)于輥身高硬度的追求會(huì)導(dǎo)致軋輥抗事故能力較差，這就對(duì)低的產(chǎn)線運(yùn)行事故率提出了更高的要求。較為嚴(yán)重的斷帶事故直接會(huì)造成價(jià)值10萬(wàn)元的工作輥報(bào)廢。

汽車家電等下游用戶對(duì)冷軋產(chǎn)品的板形提出更高的要求，同時(shí)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(zhì)量，需要根據(jù)軋輥粗糙度的衰減情況，對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃的進(jìn)行合理的排布，并盡可能長(zhǎng)的延長(zhǎng)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(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、規(guī)格關(guān)系相對(duì)較小。軋輥的異常消耗除了事故造成的內(nèi)部損傷外，在支撐輥的輥肩倒角受應(yīng)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(dá)到2-3mm，磨削去除造成很大的軋輥消耗，在后續(xù)使用中如未能及時(shí)處理會(huì)造成輥身邊部剝落現(xiàn)象。改用圓弧倒角可以有效減少該位置的應(yīng)力集中。軋輥的本身夾雜等質(zhì)量問題，也會(huì)造成倒角部位的抗疲勞性能下降，即使優(yōu)化倒角曲線，該區(qū)域的夾雜性缺陷也會(huì)造成裂紋的萌生和擴(kuò)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(shù)的作用，輥縫摩擦過程中產(chǎn)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(xù)連續(xù)退火和鍍鋅清洗段的壓力，有利于提升板面質(zhì)量。表1為唐鋼冷軋廠使用鍍鉻輥的效果對(duì)比情況。但是對(duì)于鍍層的質(zhì)量要求很高，需要保證在大的軋制負(fù)荷下不能脫落，一旦鍍層脫落直接造成產(chǎn)品的表面缺陷。正常的鍍鉻層厚度為6μm左右，微觀結(jié)構(gòu)呈網(wǎng)文狀。

4? 結(jié)論

①軋輥本身的制造控制和后續(xù)磨削、毛化加工參數(shù)的優(yōu)化是保證輥面質(zhì)量的關(guān)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(zhǎng)2.5%以上，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的提升和成本的降低有重要作用。

②無(wú)損檢測(cè)的缺陷預(yù)防，在線檢測(cè)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)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(guī)律，軋輥鍍鉻的質(zhì)量和運(yùn)行周期的設(shè)計(jì)，可使高質(zhì)量表面要求的產(chǎn)品產(chǎn)量提升80%，基本每個(gè)軋輥周期內(nèi)減少了單輥次排產(chǎn)3-5卷的帶出品，是提高產(chǎn)品質(zhì)量降低成本的重要影響因素。

參考文獻(xiàn)：

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