冷轧辊技术资料.ppt

技术中心,冷轧技术的发展与锻钢冷轧辊的制造技术进步及锻钢冷轧辊使用维护,一.前言二.冷轧工艺流程及冷轧板主要质量指标 三.冷轧机几种主要类型及板型控制技术四.冷轧辊主要技术特性及生产工艺流程 五.冷轧辊在轧钢中的消耗及冷轧辊使用 性能评价六.锻钢冷轧辊的发展趋势七.锻钢冷轧辊使用维护与管理,目录,前言,一、前言 钢的冷轧是在19世纪中叶始于德国，当时只能生产低碳钢2025mm窄带，美国早在1920年第一次成功地轧制出宽带钢。1924年在美国的阿姆科钢铁公司巴特勒（Bulter）建成世界上第一套三机架四辊串列式冷轧机，从上世纪50年代美国开始建造五机架串列式冷轧机。为轧制更薄的镀锡原,上世纪60年代初美国杨斯顿板管公司建成世界上第一套六机架冷连轧机。日本新日铁广畑厂的过程联合全连续生产线(FIPL),于1986年开工，广畑厂自FIPL线投产后产量激增，工时利用率高达95，收得率增至96.9%，能耗下降40。该厂FIPL在全世界首次将酸洗冷轧连续退火及精整过程实现全连续生产。我国冷轧宽带钢的生产开始于1960年，首先建立了1700mm单机架可逆式冷轧机，以后陆续投产了1200mm单机架可逆式冷轧机，MKW偏八辊轧机、1150mm森吉米尔二十辊冷轧机。上世纪70年代投产了我国第一套1700mm五机架冷轧机，1988年建成了2030mm五机架连续冷轧机。冷连轧机发展至今已拥有全连续冷轧、快速换辊、液压压下、弯辊装置和自动控制等新技术。高精度冷带及板形控制技术和计算机全过程控制技术得到广泛应用，轧制速度高达3541.6m/s，最大卷重达60t。,前言,冷轧带钢和薄板一般厚度为0.1-3mm，宽度为1002000mm；匀以热轧带钢或钢板为原料，在常温下经冷轧机轧制成材。由于冷轧板带钢的产品规格繁多、尺寸精度高、表面质量好、机械性能及工艺性能均优于热轧带钢，因而被广泛应用于机械制造、汽车制造、机车车辆、建筑结构、航空火箭、轻工食品、电子仪表及家用电器等工业部门。现代工业对冷轧板带钢的质量要求愈来愈高，对品种要求愈来愈广泛，对产量要求也愈来愈大，因而冷轧板带的生产增长很快。冷轧板带的产量在工业发达国家已占钢材总产量的30左右。自1996年我国钢念产量达一亿吨以上，一直稳据世界钢产量第一。据统计2004年到11月中国钢产量达24529.3万吨，预计全年钢产量达2.7亿吨以上，其总量已达全世界总产钢量的近30%，但在钢材品种和质量上与国外发达国家还存在一定差距，预计冷轧板全年产量可达？万吨。我国前11个月进口760万吨冷轧薄板，559.8万吨涂镀层钢板，151.8万吨电工钢板。而同期的出口较小，说明国内冷轧带钢仍处在供不应求的状态，国内缺口较大。据统计世界一些国家辊身长度900mm以上的连轧机20288 套，可逆式15795套，多辊轧机10543套。我国据不完全统计已有和在建的连轧机有22套，可逆式轧机大约有33 套，多辊轧机 套。,冷轧工艺流程,二.冷轧工艺流程及冷轧板主要技术指标 冷轧板带生产的工序和工艺流程与产品紧密相关，随产品的要求不同，工艺流程也有所不同。冷轧板带钢产品以热轧带钢作为原料，因其表面有氧化铁皮，所以在冷轧前要把氧化铁皮清除掉，故酸洗是冷轧生产的第一道工序。酸洗后即可轧制，轧制到一定厚度，由于带钢的加工硬化，必须进行中间退火，使带钢软化。退火之前由于带钢表面有润滑油，必须把油脂清洗干净，否则在退火中带钢表面形成油斑，造成表面缺陷。经过脱脂的带钢，在带有保护性气体的炉中退火。退火后的带钢表面是光亮的，所以在进一步的轧制或平整时，就不须酸洗。带钢轧至所需尺寸及精度后，通常进行最终退火，为获得平整光洁的表面及均匀的尺寸厚度和调节机械性能要经过平整。带钢在平整之后，根据用户要求进行剪切。成张交货要横切，成卷交货必要时则纵切。冷轧板带钢产品极为广泛，其具有代表性的产品有金属镀层板（镀锡板、镀锌板等）、深冲钢板（汽车板)、电工钢板与不绣钢板等。其工艺流程下图。,冷轧工艺流程,冷轧钢板技术要求,近年来，用户对冷轧板带的要求日益严格，冷轧钢板向尺寸高精度，表面质量好，力学性能均匀一致的方向发展。冷轧带钢生产技术发展的主攻方向是要不断提高产品质量，主要是带钢厚度精度和板形平直度，以满足现代化自动流水生产提出的苛刻要求和提高市场竞争能力。如要求汽车板的同板厚度差5m，板形平直度由20I提高到10I(1I单位105相对长度差），镀锡板要求为5I。厚度自动控制（AGC)技术在近10年中已发展到很高的水平。冷轧带钢的纵向厚度偏差由10.5%,降低到0.6%0.3%。绝对偏差值也由5m降低到2m。与轧辊相关的主要是轧辊加工精度水平。冷轧带钢按其表面精加方法可分为毛面的和光亮的两种。毛面加工的具有微细凸凹的表面，大部分冷轧带钢都属于这一类。保持金属光泽象镜面那样光亮的精加工带钢，在加工后进行抛光研磨，可作为镀铬部件的原版。其光亮加工板表面粗粗度（Ra值)0.3微米，毛面加工板按不同用途其表面粗粗度（Ra值)0.33微米之间。与轧辊相关的主要是表面粗粗度保持能力。冷轧带钢比其它钢材对表面质量要求更加严格，表面缺陷或表面伤痕都有严格的要求。其表面缺陷大致分两种类型：一类是在材料加工过程中发生的；另一类是材料本身引起的。与轧辊相关的主要是抗辊印能力。,三.冷轧机几种主要类型及板型控制技术,冷轧机几种主要类型,冷轧机按轧辊辊系结构分类有二辊式、四辊式、六辊式和多辊式冷轧机，按机架布置形式有单机架可逆式和多机架串列式冷轧机。二辊式冷轧机是早期出现的结构形式最简单的冷轧机。二辊式轧机辊径大，咬入性能好，轧制过程稳定，但轧机刚度较小，轧制产品厚度大，精度差，难以保证高质量的轧制。因此目前这种轧机只用于轧制较厚的带钢或作平整机用。四辊式冷轧机一般多采用工作辊传动，其工作辊和支撑辊直径之比约1：3，机架具有较大的刚度，可以轧制厚度为0.153.5mm、宽度最大为2080mm的低碳冷轧钢和镀锡、镀锌及涂层基带，也可轧制不锈钢、合金钢等钢带。为克服四辊轧机横向控制能力差和板型调整困难等缺点，日本日立公司于1972年开发了一种新型带钢轧机。这种轧机是在四辊系上增加两个可作轴向移动的中间辊能很好控制板形，被称为高性能辊型凸度控制轧机，为六辊辊式轧机，简称HC轧机。多辊轧机以森吉米尔型二十辊轧机和十二辊(CR)轧机为主，一般用于轧制难变形和极薄带金属材为主。,冷轧机几种主要类型,从机架布置形式看，冷轧机的早期形式都是单机架形式，生产工艺由单张 生产发展为成卷可逆式生产。可逆轧制是带钢在机架上往复地进行多道次轧制，这样每个道次都要启动、加减速、停车和换向。因此可逆轧制限制了轧制速度和生产能力的提高，且头尾也不可避免的出现厚度超差，导致产品质量难以提高。串列式布置的冷轧机适应了生产能力和产品质量不断提高的需要，一次就完成压下变形，是一种高效率生产的冷轧机。按轧制形式可分为四种，第一种是单卷轧制，第二种是单一全连续（无头无尾）轧制，第三种是酸洗-冷轧联合机组(CDCM)，第四种是酸洗-冷轧-连续退火的联合生产线(FIPL)。全连续冷轧机除了具有无头轧制所特有的高产、优质和低耗等优点外，还具有节省投资、降低成本和缩短生产周期等优点。连轧机一般为三到六个机架，我国以五机架为主，部分钢厂选择四机架连轧机，现绝大多数为酸洗-冷轧联合机组。可逆式宽带钢冷轧机具有生产规模小、投资少、品种规格变换快而批量小的特点，使它在服务个性化用户的需要上，特别是一些高附加值产品上，优越性很明显。但是此类轧机对轧辊要求高，在保持足够的耐磨性的情况下，还具有抗事故性能好的特点。,冷轧机几种主要类型,二辊冷轧机,四辊冷轧机,六辊冷轧机,几种典型冷轧机形式,森吉米尔冷轧机,冷轧机几种主要类型,我国几种典型冷轧机类型,冷轧机几种主要类型,冷轧机几种主要类型,冷轧机几种主要类型,冷轧板带板形控制技术,我们知道轧后板形与以下几种因素有关：来料板形、来料横向厚度差、金属横向流动状态等因素。一般板形控制方法分两类：板形控制的工艺方法、板形控制的设备方法。板形控制的工艺方法主要有以下几种：1.设定合理的轧辊凸度；2.合理安排不同规格产品的轧制顺序；3.合理地制定轧制规程；4.调节冷却剂的供给量及其沿横向分布。板形控制的设备方法主要有以下几种：1.垂直方向弯曲轧辊技术（分为正，负弯辊、弯曲支撑辊）；2.轴向移动圆柱形轧辊技术（HC、UC、HCM、HCW、HCMW、VCM)；3.轴向移动非圆柱形轧辊技术（CVC、UPC、UCMW)；4.变形自补偿技术（边部减薄技术分为EDC冷却和EDC轧辊两种）；5轧辊交叉技术（PC)；6轧辊整体涨形技术（VC)。,冷轧辊技术特性,冷轧辊在使用过程中具有轧制温度低、轧材变形抗力较大、板带材厚度薄，表面质量要求高、轧制速度快、轧制温升较高等特点，增大了单位轧制压力，因此要求轧辊应具有如下特性：1、成品冷辊工作辊辊身表面必须具有高而均匀的硬度，以此保证冷轧带材或钢板的尺寸精度和良好的表面质量。2、辊身淬硬层深度是冷轧工作辊所要求的性能中最主要的性能之一。因为辊身表面淬硬层深度的增加，可增大轧辊的可用直径，从而有效地提高轧辊使用寿命；与之相应，不需重新淬火，因此，有利于降低生产成本。,四.冷轧辊主要技术特性及生产工艺流程,3、具有高弹性极限。防止在高轧制载荷作用下，辊身表面发生过量的塑性变形。这一特性对于轧制薄带材显得尤为重要。4、具有高的耐磨损性能和粗糙度保持能力。5、具有高的抗事故能力，特别是应兼有高的抗热冲击和抗剥落性能。由于冷轧工作辊的抗事故能力对钢的组织和性能不均匀性特别敏感，因此，要求轧辊本身：一是纯净的冶金质量；二是高的组织均匀性。冷轧工作辊辊身工作层的基体组织应当是细小的回火马氏体和在马氏体基体中均匀分布有细小的颗粒状的碳化物，以此赋予轧辊所需要的优异性能。,冷轧辊技术特性,配料,冶炼,铸锭,电渣重熔,LF/VD,感应淬火,粗加工,回火,冷处理,冷轧辊的工艺流程,不同冶炼方法对冷轧辊质量和性能的影响,锻钢冷轧辊的性能,过程质量控制,锻钢冷轧辊的生产,锻钢冷轧辊的生产,不同系列轧辊材质的技术特性,轧辊技术特性,轧机配辊,锻钢冷轧工作辊性能要求：冷轧机轧制过程中由于具有轧制温度低、轧材变形抗力较大，增大 了轧制 压力、轧制温升较高，板材表面质量要求较高等特点，因此要求轧辊应具有如下特性：1、成品冷辊工作辊辊身表面必须具有高而均匀的硬度，以此保证冷轧带材或钢板的尺寸精度和良好的表面质量。2、辊身淬硬层深度是冷轧工作辊所要求的性能中最主要的性能之一。因为辊身表面淬硬层深度的增加，可增大轧辊的可用直径，从而有效地提高轧辊使用寿命；与之相应，不需重新淬火，因此，有利于降低生产成本。3、具有高弹性极限。防止在高轧制载荷作用下，辊身表面发生过量的塑性变形。这一特性对于轧制薄带材显得尤为重要。4、具有高的耐磨损性能。5、具有高的抗事故能力，特别是应兼有高的抗热冲击和抗剥落性能。由于冷轧工作辊的抗事故能力对钢的组织和性能不均匀性特别敏感，因此，要求轧辊本身：一是纯净的冶金质量；二是高的组织均匀性。冷轧工作辊辊身工作层的基体组织应当是细小的回火马氏体和在马氏体基体中均匀分布有细小的颗粒状的碳化物，以此赋予轧辊所需要的优异性能。,轧机选配辊原则,1、工作辊（1）根据轧辊工作层深度要求配辊，工作层厚度30mm宜选Cr5系列。（2）根据轧机投产时期特点配辊：投产之初通常由于轧机调试原因，轧制事故发生频繁，轧辊选择宜选低硬度（902HSD）、浅淬硬层轧辊，以减小因轧制事故选成的轧辊损失，轧机生产正常以后，再选高材质轧辊以提高轧辊耐磨性，延长轧制周期，提高板材表面质量。（3）根据轧辊所在所在机架位置及用途特点配辊，对于连轧机轧辊，前架由于板材较厚，压下量较大，轧制条件相对较恶劣，宜选较低硬度轧辊，后架由于压下量较小，板材表面质量要求较高，宜选用高硬度、高材质轧辊：单机架可逆轧机工作辊，由于轧制条件相对较恶劣，宜选用Cr3以下材质轧辊。中间辊由于在机轧制时间较长，长期承受支承辊和工作辊滚动接触，应选用接触疲劳强度高的Cr3以上，甚至选用Cr8、半高速钢材质轧辊。平整工作辊由于要求轧板表面质量较高，应选用高硬度（92HSD）、高耐磨性轧辊以保持良好的辊型，宜选用Cr5高耐磨深淬硬轧辊。综上所述，轧机配辊应充分考虑轧机轧制条件、板材规格、质量要求，进行合理、科学的选配。,2、支撑辊支撑辊对工作辊起到支撑作用，与工作辊相比在机时间长，通常为工作辊的4倍以上，并长期与工作辊或中间辊滚动接触，因而要求支撑辊辊身必须具备较高的刚度、耐磨损性和较高的接触疲劳强度。同时由于支撑辊在机周期较长，辊颈长期承受交变弯曲应力，要求具有良好的强度韧性组合。辊身辊颈性能要求不同的特点决定了整体材质的支撑辊难以满足轧辊综合性能要求，而复合铸钢支撑辊正好可以通过外层和心部不同材质的复合来达到支撑辊综合机械性能的要求。综上支撑辊材质的选择应以Cr4-Cr5为首考，复合材质支撑辊将是今后发展的主导方向之一。,从Cr2、Cr3到Cr5，由于Cr含量提高，铬/碳比发生了变化，使Cr5材质轧辊金相组织中的碳化物形态和数量随之改变，由原来Cr2、Cr3材质的M3C变成了M7C3型，由于不同类型的碳化物具有不同的显微硬度，因而有更高的耐磨性。半高速钢与上述材质相比，由于Cr、Mo、V含量的进一步提高，Mo2C，VC、Cr7C3碳化物数量随之增加，进一步提高了轧辊的耐磨性。同时轧辊的回火温度提高，轧辊的抗事故性也因而提高，从而进一步提高了轧辊的使用性能。不同轧机、不同轧制条件的变化，强调轧辊性能侧重点各不相同，采用不同生产工艺，通过调整合金元素，利用V、Nb、Ti等元素变质处理等方法，可开发出系列产品，形成了普通型、耐磨型和抗事故型等具备不同使用性能的系列化产品。不同材质的技术特性及综合性能对比如下：,轧辊技术特性,不同类型碳化物硬度和马氏体基体硬度的对比,轧辊技术特性,不同材质所含碳化物类型,轧辊技术特性,不同铬含量冷轧辊碳化物颗粒尺寸（m）分布,轧辊技术特性,不同材质轧辊金相组织,Cr2材质 Cr3材质,Cr5材质,轧辊技术特性,Cr8系列500 Cr12系列500,轧辊技术特性,不同冷轧辊材质耐磨性对比：,轧辊技术特性,Cr5与Cr2冷轧辊材质断裂韧性对比,轧辊技术特性,淬硬层深度对比,Cr2材质615轧辊淬硬层深度分布,轧辊技术特性,Cr3材质615冷轧辊淬硬层深度分布,轧辊技术特性,Cr5材质625轧辊淬硬层深度分布,轧辊技术特性,五.冷轧辊在轧钢中消耗及轧辊使用性能评价,根据冷轧机不同，轧机的布置情况和工矿条件及管理水平其轧辊消耗不相同。例如日本的一些冷轧机其辊耗为0.2kg/t左右。我国宝钢冷轧机自动化控制水平比较先进，其轧辊管理水平和装备水平的自动化水平在国内属一流，其辊耗接近国外先进水平。同时，目前国内一些轧机其辊耗在0.8kg/t左右。国外资料介绍其工作辊辊耗水平如下：,连冷轧机工作辊的消耗(mm/1000t),冷轧辊在轧钢中消耗,冷轧辊使用性能的评价,工作辊使用性能的评价,对比标准相同轧制时间区别机架区别轧制产品区别轧辊的钢种,至少需要的数据工艺运行日期、时间轧辊直径粗糙度第几机架机架位置（上/下）轧制吨位轧制长度轧制产品换辊原因磨削操作者的意见,六.锻钢冷轧辊的发展趋势,冷轧辊的发展趋势,Cr5%冷轧工作辊具有耐磨性好、以及良好的抗事故性、淬硬层深度能满足大多数轧机的使用要求。同时许多冷轧厂为确保板面质量和轧辊使用寿命均配备CNC磨床，并配置轧辊磨削在线检测仪器，因此Cr5%现在以成为国内外连轧机首选的材质。也为国内众多轧机提高板材质量和轧机生产效率以及降低轧辊消耗作出重大贡献。,由于用户轧机及轧制板材不同对轧辊的性能要求存在差异，个性化的轧辊是今后发展的趋势之一。例如，有的用户要求要抗事故性能好，有的要求抗辊印性能好，有的要求粗糙度保持能力高，等要求，对轧辊的生产研制提出新的挑战。我们只有不断的满足用户的需求，才能使轧辊的生产发展壮大。某六辊冷轧机由于辊印造成非计划换辊占有较大比例。成为影响生产的第二大因素。所谓辊印是外来颗粒或轧辊磨粒压入冷轧工作辊表面，而后在轧材上的反映。因此，用户提出要提高轧辊的抗辊印性能。防止辊印产生的方法如下：,防止辊印产生的方法1、防止外来颗粒、净化冷却液，加大冷却液冲刷力度。洗净钢带上的氧化皮。2、保持工作辊与中间辊的硬度差。经验证明，辊印发生率同工作辊与中间辊之间的硬度差呈下图所示关系。采用低硬度的中间辊。3、使用耐磨中间辊，减少轧辊磨损。4、提高工作辊的辊身抗压入能力，增加工作辊辊身实际维氏硬度值。,冷轧辊的发展趋势,冷轧辊的发展趋势,冷轧工作辊粗糙度保持能力 现代化轧机自动化程度提高对轧辊的性能要求也相应提高，在保证板材质量的前提下，为降低停机时间或停机率，要求轧辊的粗糙度保持能力提高，下面是某冷轧机不同材质冷轧工作辊在使用时的粗糙度保持能力情况。据资料介绍日本某冷轧机用改进性能的Cr5%轧辊其使用性能比普通Cr5%轧辊粗糙度保持能力高出一倍以上。,冷轧辊的发展趋势,不同钢种冷轧辊的轧制长度与粗糙度保持能力关系,冷轧辊的发展趋势,冷轧机采用新型锻造半高速钢和高速钢轧辊,轧钢技术人员正致力于高薄板的质量(良好的板形和表面光洁度)、尤其是最薄厚度的质量的研究。实现上述目标需采用改善辊缝的技术,如高凸度轧机(HC轧机)和连续可调凸度轧机(CVC轧机)等。随着轧钢技术和钢板质量水平不断发展和提高,要求轧辊能适应新的打毛技术,轧制周期长,高的抗事故能力高,耐磨性能和高的粗糙度保持性。满足这些特性的材质几乎只有半高速钢和高速钢等合金钢种(见表1)。表1半高速钢和高速钢主要化学成分(w)%,常用钢、半高速钢、高速钢的回火曲线图见图2所示,当回火温度上升时,常用钢硬度是下降的,而高速钢由于含Mo、W、V量较高,在480附近有一明显的第二硬度峰值。硬度在800HV以上,即可用这种钢制作冷轧工作辊。而半高速钢硬度第二峰值不明显,硬度值较低,但这种硬度足够用于热轧铝板和冷轧硅钢片的工作辊。,冷轧辊的发展趋势,抗裂纹剥落能力好轧制事故会使轧辊表面局部产生急剧的温升,由于热冲击而发生回火转变，产生热冲击裂纹，微裂纹还可疲劳扩展成为剥落，普通冷轧辊钢抗回火性差，易回火发生组织转变。半高速钢的回火抗力高。半高速钢中间辊的回火温度480,而常用钢只有250。回火温度提高，轧辊抗裂纹剥落能力增强。,高速钢、半高速钢的主要优点,抗磨损性能好,导致中间辊更换和修磨的主要问题是磨损。用半高速钢作中间辊可大幅度提高抗磨损性能,从而提高轧制时间。,应力状态好半高速钢的回火抗力高。半高速钢中间辊的回火温度480,而常用钢只有250。回火温度提高，轧辊残余应力减小，改善了轧辊应力状态。可以避免中间辊边部裂纹剥落。,冷轧辊的发展趋势,事故影响层浅，非正常磨削量少。下图显示的是三次不同严重程度轧制事故时轧辊表面下的温度曲线,事故过程中,轧辊表面温度超过回火温度,其硬度明显降低,软化部分必须全部被磨掉。按事故的严重程度不同,半高速钢、高速钢轧辊比普通材质轧辊磨去的部分要少34倍。,冷轧辊的发展趋势,冷轧辊的发展趋势,轧辊常用检测手段,轧辊常用检测手段,检测方法,轧辊常用检测手段,着色探伤、磁粉探伤可用于轧辊表面缺陷探伤,轧辊表面着色探伤,轧辊常用检测手段,磁粉探伤,轧辊常用检测手段,表面波探伤,轧辊常用检测手段,表面波探伤屏幕显示,轧辊常用检测手段,八、锻钢冷轧工作辊管理及维护,轧辊管理及维护,做好轧辊的历史记录，包括轧辊每次上下机前后的直径、在机时间、轧制量（吨位或公里数）、下机磨削量、磨削后的检查结果、是否出现轧制事故、轧制事故的种类、处理方法及处理结果等有关历史资料。赋予轧辊人性化的管理，服役后的轧辊应有充分的休息以消除服役疲劳，使轧辊能够劳逸结合，这就要求轧辊有合理的服役节奏和合理的备辊数量。根据轧辊材质、轧机及轧材规格材质制定合理的轧辊服役周期。根据轧辊轧制量，制定合理的磨削规范，包括砂轮的选择、进刀量、磨削量及冷却液的控制。,轧辊管理及维护,配备相应的检测器具对磨削前后的轧辊进行表面波探伤、涡流探伤，必要时可辅以磁粉探伤、着色探伤等手段检查轧辊有无疲劳裂纹，表面有无残存裂纹；进行硬度检查，有无明显加工硬化区，确保轧辊表面硬度均匀，防止轧辊带缺陷上机。对于事故轧辊如粘钢、卡钢、打滑、断带、过载等情况下要通过探伤或切槽的方法，确定表面裂纹、压痕等缺陷深度，要保证将裂纹去除干净；检查硬度与正常区域相比是否有异常（或高或低），消除热影响区后才可上机。合理修磨支撑辊边部倒角、园弧，减轻轧辊边部接触疲劳，防止支撑辊边部掉肩、剥落和工作辊边部剥落。,轧辊管理及维护,谢谢大家,