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热连轧机无限冷硬铸铁工作辊的研发

发布时间:2013-07-06 来源:中国自动化网 类型:专业论文 人浏览
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关键字:

热连轧机

导读:

摘要:无限冷硬铸铁轧辊依然是热连轧机后段精轧机架最适合的轧辊,近年来经过大量的研究,生产出改进型无限冷硬轧辊并推出多种新牌号的产品。为改进无限冷硬铸铁轧辊的性能,通常在传统的化学成分基础上添加可形成...

摘要:无限冷硬铸铁轧辊依然是热连轧机后段精轧机架最适合的轧辊,近年来经过大量的研究,生产出改进型无限冷硬轧辊并推出多种新牌号的产品。为改进无限冷硬铸铁轧辊的性能,通常在传统的化学成分基础上添加可形成碳化物的合金元素,常用的添加合金元素是除铬之外的钒、镍、钼和钨等。在保证轧辊抗事故性的前提下,耐磨性是提高轧辊性能首要考虑的关键因素, 所以轧辊材料的显微组织特性必须与轧机的实际工况相适应。新牌号轧辊的研发,必须与磨辊车间技术人员进行紧密地合作。本篇论文描述了现场试验工作以及因赛轧辊公司改进型无限冷硬铸铁轧辊的实际使用效果。
关键词:热连轧机,无限冷硬铸铁,磨损,轧辊性能
 
这么多年来,对热连轧板带轧机提出了更高的要求:轧制薄规格和生产表面质量高的板带,要求轧辊具有更高的机械性能和工艺性能。在轧制特殊的高强钢板带和在比较低的温度下进行轧制,使轧辊承受更大的应力。当板带规格从2mm降至1mm时,轧辊磨损量增加了约200%(如图1),这也充分证明轧制薄规格产品时磨损量会急剧增加。无限冷硬轧辊始终是精轧机架最好的选择,但轧辊材质不断在改进,以寻求不断提高轧辊的自身性能。这些年,轧辊生产厂家已经改变了其化学成分以及制造方法:合金中依然保留很硬的碳化物以及使用液态金属孕育法以取得更细的显微组织。在一个轧制周期中,无限冷硬轧辊必须体现以下性能:
 足够的耐磨性以保证轧制板带的尺寸精度;
 “规则的磨损量”以保证板带具有良好的表面;
 较高的抗冲击性以应对甩尾和叠轧事故。
 
 1 成品板带的厚度对轧辊磨损的影响
多年来对无限冷硬轧辊的研发
精轧机架无限冷硬工作辊的性能与许多因素有关,例如材料的化学成分、轧辊的显微组织和机械性能等。
多年来,轧辊厂家已经在尝试提高轧辊的耐磨性能,同时也避免过多降低材料的韧性带来材料自身脆性的问题。改进型无限冷硬轧辊依然保留了饱含渗碳体(Fe3C)的合金铸铁,同时回火马氏体组织中也有适量的石墨。材料中添加的锰、铬和镍元素保证了马氏体的含量,并提高材料自身的硬度。表1为传统无限冷硬轧辊的化学成分,表2为主要性能参数,图2为显微组织。
2 无限冷硬轧辊材质的显微组织(200x – 硝酸乙醇腐蚀)
因赛轧辊公司一直致力于根据每台轧机的特性寻找创新的解决方案。在轧辊研发过程中,在考虑轧辊耐磨性能之前,首要目标是制造在整个工作层性能均匀的安全轧辊。至今,根据如下策略生产3个系列的无限冷硬轧辊产品:
系列1材质:通过提高渗碳体的含量来保证轧辊的耐磨性(如图3);
系列2材质:   通过一次碳化物的含量来提高材料的耐磨性(如图4);
系列3材质:通过添加除铬以外的硬化元素,以利于回火工序中二次碳化物从基体组织中 析出,提高基体组织在工作温度下的显微硬度。
3 第一组无限冷硬铸铁的显微组织(100x-硝酸乙醇腐蚀)
4 第二组无限冷硬铸铁中的碳化物(500x-硝酸乙醇腐蚀)
无限冷硬铸铁的性能评估
如果要评估无限冷硬铸铁工作辊在后段精轧机架上的性能,除轧制吨位以外,有必要了解轧辊在特定机架的磨损曲线,同时了解轧制产品规格(钢种和板带厚度)。这是在不同材质之间进行比较时,用来评估材质使用潜能的唯一方法。当然,我们不仅要评估轧辊的消耗,还要评估轧辊的表面状况和剥落的风险等方面,以便做出综合的判断。
例如,一般评估轧辊性能的方法为统计每毫米的轧制吨位,尽管扣除轧制事故的损耗,但是如果在没有分析每个机架的工况,即使是同类轧辊相比,也不能得出有用的结果。
为了得到对提高轧辊材质性能有用的信息, 正确方法总结如下:
收集每个机架的磨损曲线(或至少要有轧制周期结束时的轧辊直径);
了解单个轧制周期内轧制板带的公里数(不仅要有轧制吨位);
分别计算上辊和下辊的毫米/公里损耗。
轧辊磨损后需要评估轧辊的额外修磨量,额外磨削量不仅取决于轧辊的磨损程度和辊面的损坏情况,还取决于磨床的状况。事实上,陈旧的磨床或功能不佳的磨床甚至是没有优化自动检测装置的磨床都会造成更多的轧辊修磨量,这种额外的修磨量使得通过研发轧辊材料来提高性能变得没有意义。
当异常的轧辊表面状况(例如局部磨损,压痕等)导致额外的修磨时,必须记录原因并用简单的代码标示。
只有通过这种方法才能得到有关轧辊真实性能方面的有用信息,也只有在这种情况下,开发尝试新轧辊材料才有意义。
如下举例强调在轧制周期内轧制带钢的品种规格对磨损的重要影响,仅将轧制吨位与磨损量直接联系起来会因此造成反常的情况,从而对某些轧辊材质造成错误的判断。如图5所示,磨损和轧制吨位不成比例,下图的轧制吨位是上图的一半,但磨损量却是五倍多。
 5 轧辊磨损曲线比较(F6机架下辊)
另一个不利于了解新材质轧辊真实性能的情况,如表3b所示,材质A轧辊性能要高于正在测试的材质B轧辊,而忽略了同种材质轧辊(材质A)在不同时期的性能差别(如表3a),造成这种情况的原因是评估轧辊性能的方法太粗略。
3 不同阶段使用结果对比(材质A和材质B
 
 
 
 
 
无限冷硬轧辊使用结果
本段落将前些年因赛轧辊公司在无限冷硬铸铁轧辊材料方面的研发进行举例论述。从技术角度上说,如果测试方法正确,通常使用效果可以在正确的方向逐步提高。
1
第一组的轧辊新产品(图6中所示的材质Y)表现了更好的耐磨性,尤其在F6机架更加明显。F6机架上轧辊损耗一般明显高于F7机架。这种新材质轧辊的理论损耗值和实际损耗值的比例与标准材质X在同一水平,因此可以认定该新材质轧辊性能足够可靠。
                                        
 6 第一组无限冷硬轧辊比较
 
 
在第二组轧辊比较中,材质M的轧辊在没有降低耐磨性的前提下,抗事故性有了显著的提高(如图7)。
 

 7 第二组无限冷硬轧辊的比较

 
在这种情况下,材质R(见第二组)使用结果较好,但是理论值和实际值之间的差距应该减小(图8)。
 

 8 M材质M与材质R的对比(第二组)

 
在这个轧机上测试了第二组3种不同材质的轧辊,测试结果显示材质Q轧辊在所有机架中都达到最好的性能(图9)。
 
 9 第二组无限冷硬铸铁轧辊的比较
 10中,我们将第一组中的一种材质与第三组中的新材质(材质Z)进行比较,结果证明轧辊材料基体的性能对降低轧辊损耗非常重要,材质Z的磨损在两个机架和上下辊位置上都比较少。
 
 
 10材质X和材质Z的对比(仅对磨损量)
 
综述
考虑到热轧厂对诸如生产成本和利润等目标的要求,促使人们产生改进已显陈旧的无限冷硬轧辊性能的意愿。轧制工况不允许对轧辊的化学成分做较大调整,为此因赛轧辊公司早已开始逐步地不断提高轧辊性能的策略。不同轧机可以有相似的设备配置,但是特定的轧制作业要求轧辊有不同的特性。这也是因赛轧辊公司保持三个系列的无限冷硬轧辊,通过与最终用户紧密的技术合作,尽力达到优化轧辊使用性能的原因。

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