高速钢轧辊在唐钢不锈钢1580 的使用与发展

张欣觌，董军海，李玉林，孟庆峰

（河钢唐钢不锈钢有限公司，河北 唐山 063103）

在轧钢生产中轧辊属于主要消耗备件之一，在整个轧钢生产成本中轧辊消耗成本约占5%～15%。而且普通的高Cr 铸铁轧辊耐磨性差，公里数短，轧辊的质量直接关系到轧钢的生产成本和轧机的生产效率，它还在很大程度上影响带钢板的形状控制和表面质量。因此，改变轧辊材料质量是提高轧辊性能的主要措施，轧辊材料质量的发展趋势是合金元素的广泛应用以及合金化程度逐步提高。因为高速钢轧辊表面具有较高的耐磨性、良好的抗热裂性和抗咬合力；在轧辊的使用过程中表面会形成氧化膜非常致密，不易脱落，轧辊表面质量好。国内外热带连轧机精轧前段使用结果表明，其耐磨性是传统高铬铸铁轧辊的3～5 倍[1]。为了减少轧辊消耗，减少换辊次数，提高轧机作业效率，不锈钢1580 线对高速钢轧辊的使用研究迫在眉睫。

1 高速钢轧辊的成分及性能研究

1.1 高速钢轧辊的化学成分

高速钢轧辊是用更多的碳和钒制成的。高速钢轧辊中碳化物的总体积分数和不同类型碳化物的体积分数与其成分密切相关。高速钢轧辊中碳化物的体积分数为9%～15%，高速钢中碳化物的体积分数不超过8%。含碳量对高速钢轧辊中的碳化物有明显的影响，当碳含量从1.7%增加到2.9%时，碳化物的形态和类型会发生变化。如表1。

表1 高速钢轧辊常见化合物成分表

1.2 高速钢轧辊的物理性能

高速钢轧辊的物理性能主要包括导热性、密度、轧辊硬度等。高速钢轧辊比高铬铸铁具有高强度、高韧性的优点，如表2所示[3]。高速钢轧辊的物理特性主要体现在生产性能上，提高轧辊的使用效率。增加每套公里数，减少换辊次数，提高带钢生产的连续性和生产率。

表2 高速钢轧辊与高铬铸铁轧辊的物理性能对比

2 高速钢轧辊的使用及维护

2.1 烫辊

烫辊是热轧钢操作中不可缺少的工序，如烫辊不当，则会造成轧辊外层及芯部的较大热应力，造成结合层分离、剥落，严重时会产生断辊。高速钢轧辊外层材质导热性差，弹性模量较大，对辊面温度的骤然升降比较敏感，因而烫辊工序必须严格控制。1580轧线高速钢轧辊要求新上机轧辊烫辊8条，每条不低于4min，上机前辊温越低，烫辊时间越长。烫辊期间，控制冷却水量，预计轧辊上机后 40min 左右，辊面温度达到正常辊面控制温度。

2.2 冷却水的使用

高速钢轧辊材质因其热导率较低，需要更好的冷却条件，冷却水量应尽可能充足。其冷却介质采用循环水，水温应控制在40℃以下。冷却水压采用 10mpa。宜用扁平喷嘴代替圆锥形喷嘴，轧辊出口侧的冷却水要占 3/4,且中部的冷却水量应成倍高于辊身端部的冷却水量，通过控制水压、水量及喷嘴角度，控制其喷射角度在轧辊中心线之上，得到最佳冷却效果，通常轧辊下机后10min～15min 检测辊面温度应低于60℃，温度控制差可能会导致氧化膜剥落，影响其使用寿命。下机辊温在辊面上的分布情况（前六套为改造前第七套为改造后）如下图1。

图1 高速钢轧辊下机辊温分布曲线

现阶段1580 冷却水系统正在改造升级中，水量问题得到明显改善，前六套为改造前数据，从第七套轧辊下机温度可以看出，下机辊温下降较为明显，高点温度已经降低到了60℃以下。

2.3 轧制润滑和防剥落水的投入

使用轧制润滑油在精轧机组中的主要目的就是降低轧制力、降低轧制能耗和轧辊磨损，从而降低轧辊消耗，改善轧辊表面状态，提高带钢表面质量。为了改善轧制状态和产品表面质量，应启动工艺润滑系统。工艺润滑采用油水混合，混合后的油水通过喷嘴喷射到轧辊表面。所述油水混合物在辊表面形成一定浓度的乳化液，并在进口处表面形成一层润滑膜。为了减小工作辊与带钢之间的摩擦系数，减小轧制力，减小轧机振动，减少工作辊的磨损。此外，该工艺与防剥落水配合使用，可有效减少工作辊氧化膜剥落，降低工作辊变形区表面温度，降低工作辊热循环应力，并对裂纹的产生起到抑制作用。

2.4 磨削及辊耗

高速钢轧辊较高铬铸铁轧辊具有明显的耐磨性优势，重复使用次数在4 次以上。而且其氧化膜形成后不易脱落，曲线保持度高，可以保证其在重复使用的过程中对板型和表面质量都不会产生影响。不锈钢1580 现因冷却水量问题仅f1、f2 可以使用高速钢轧辊，月磨削工作辊轧辊支数约3000 支，辊耗月均0.78kg/t。部分f1-f4 均采用高速钢轧辊的厂家，已经可以做到月磨削量2000 支，辊耗控制在0.49kg/t。

3 轧机振动分析

高速钢轧辊使用过程中氧化膜厚度控制是关键，氧化膜的厚度过低或过高都会降低轧制过程的稳定性。相比于高铬铸铁，高速钢轧辊轧制过程更容易形成氧化膜。尤其是热轧前几架轧辊转速低，高温下轧辊表面很快形成氧化膜。随着轧制时间的增加，如果轧辊冷却控制能力不够，将会引起氧化膜厚度不断增加。氧化膜厚度越大，其剪切强度越低，越容易剥落，造成轧制界面摩擦状态发生波动，进而引起轧机系统扭振的发生。合理控制氧化膜厚度，保证氧化膜稳定性是使用高速钢轧辊的关键。

1580 热轧机组在使用高速钢轧辊时，由于其冷却能力不足，加之轧制节奏过快，造成f2 轧机发生了剧烈的扭转，如图2 所示。后期在使用高速钢轧辊时，要从冷却工艺、轧制油润滑工艺、轧制节奏等方面进行改善，控制轧辊表面氧化膜厚度，提高轧制界面摩擦状态的稳定性，降低轧机系统的扭振。

图2 1580 热轧机组f2 轧机上下接轴扭振