热轧高速钢轧辊氧化膜及磨损
2023-11-28 行业新闻
高速钢轧辊具备优秀能力的耐磨性，其在热连轧机的精轧机架上常规使用的寿命是高铬铁轧辊的3~6倍，因此备受推崇。但高速钢轧辊在使用中还存在一定问 题，例如热膨胀量大、摩擦系数大、氧化膜易脱落等，这样一些问题一直困扰着高速钢轧辊的使用，因此如何改善这样一些问题对现场指导意义重大。
通常高速钢轧辊两次磨削之间多次上机使用， 期间不磨削，下机后空冷。图1为本钢热轧2300线 机架高速钢工作辊连续使用6次下机后的实测辊型 曲线及辊型偏差曲线，可见辊型保持较好，磨损量 0.15 mm，这体现了高速钢轧辊的优异耐磨性，但使用至第5次以后，出现粗糙度增大现象。
高速钢轧辊与热带钢接触，辊面形成均匀分布的氧化膜，氧化膜通常呈银灰色或浅蓝色。图2为 本钢热轧2300线机架高速钢轧辊使用第五次下机 后的辊面氧化膜及高铬铸铁轧辊使用一次下机后的 氧化膜形貌，实测高速钢轧辊最大的粗糙度Ra为 1.5 μm、高铬铁轧辊最大的粗糙度Ra为1.34 μm，使 用5次下机后的高速钢轧辊粗糙度与使用一次下机的 高铬铁轧辊接近，这表现了高速钢轧辊拥有非常良好的 抗粗糙性。
高速钢轧辊氧化膜的形成和脱落是一个由氧化和摩擦磨损构成的动态平衡过程。轧辊使用初期辊面材料在高温下迅速生成氧化膜， 接着使用过程中氧化膜连续减薄，同时通过离子穿 越氧化膜扩展，氧化膜下的工作层材料不断被氧 化，氧化膜维持在一个相对来说比较稳定的厚度值。高速钢 轧辊氧化膜内热裂纹具有遗传性，伴随着轧制次数 的增加，热裂纹的数量、深度和宽度均呈现增加趋 势，平行于轴线方向的裂纹表现越来越明显。粗糙度也具有一定的遗传性，辊面粗糙度值随着轧制次数的增加呈增大趋势。
高速钢轧辊持续与热带钢接触，轧辊产生热膨胀。图4为本钢热轧2300线机架轧辊使用第一 次至第三次下机后30 min的轧辊热凸度情况，由实际测量结果可知，辊面温度为55℃，最大热凸度为 120 μm。轧制时，负载辊缝的影响因素主要有3个：轧辊的原始辊型、轧辊的热膨胀和轧辊的磨损。负载辊缝决定着带钢的断面轮廓和板型，因此就需要控 制好轧辊的磨损和热凸度。
高速钢轧辊热膨胀量与辊面温度有重要关系，辊面温度一旦分布不均就易产生不均匀热膨胀， 随之而来的就是氧化膜异常脱落的发生，最终影响 到产品的表面上的质量。因此，为保证高速钢轧辊的连 续使用及产品表面上的质量，就需要精确控制好高速钢 轧辊的辊面温度。针对轧辊辊面温度不均匀的问 题，本钢对热轧2300线轧辊冷却水分布进行了优 化，加大了轧辊辊身中间部分的冷却水量，促进温 度分布均匀，来保证氧化膜的完整性。热膨胀大 在以前被视为高速钢轧辊不稳定轧制的根本原因， 但实际上是因为其磨损小，热膨胀才变得相对显 著。热膨胀应该尽可能的小，因此要求工作辊的辊面中间要尽快冷却。
热轧轧制润滑技术是在轧件进入辊缝前向辊 面喷射油水混合剂。热轧轧制润滑剂燃烧能形成燃 烧残留物，同时润滑剂在变形区的高温、高压下发 生急剧汽化和分解，形成高温、高压的气垫，燃烧 残留物及气垫可将轧辊与带钢隔离开，起到润滑作 用，降低轧辊与板带间的摩擦系数。热轧工艺润滑 能形成覆盖高速钢轧辊辊面的保护膜，降低轧制 力、辊温和磨损，改善辊面状态，同时还可以有效的预防 氧化铁皮压入，提高带钢表面上的质量。为保证润滑效 果，需定期对润滑轧制的总管路进行蒸汽清洗，同 时每次定修时实测润滑油的喷出量，并确认润滑油 流量计的实际值与设定值之间的差，如有异常需要 进行维护处理。通常情况下，润滑轧制投入使用 时，轧制力可以降低20%左右。
两次磨削之间的使用次数，主要是由下机后 辊面氧化膜形态、粗糙度值及轧材等级所决定。此 外还与是否靠近成品机架有关，在氧化膜及粗糙度 状态都在良好的情况下，上游机架使用次数相对较 多，下游机架要少一些，通常情况下可以使用3~6 次，并且辊面氧化膜和粗糙度仍然保持良好。
轧辊辊面的氧化膜除了重点观察以外，还要 检测好辊面温度分布。通过辊面温度情况检测，可 以指导工作辊冷却水的水嘴检修维护，避免由于冷 却水水嘴问题造成氧化膜剥落而导致带钢表面质量 问题的发生，有时需要综合带钢表面情况进行综合 判断。
两次磨削之间重复上机的高速钢，轧辊下机 后有必要进行空冷，来消除热膨胀对辊缝的影响。高 速钢轧辊使用过程中一旦出现异常轧制，容易引起 辊面局部严重网状热裂纹，需要立即更换高速钢轧 辊。轧辊冷却后应采取了自动或便携式超声波探伤仪 进行辊面裂纹检测，发现裂纹，应去除干净，避免 携带裂纹上机使用。
(1) 热凸度和磨损是热轧生产中很重要的因 素，尽管使用高速钢轧辊轧制已经解决了磨损问题，但一定要考虑高速钢轧辊的热凸度问题。
(2) 均匀、完整的氧化膜是保证高速钢轧辊两次 磨削之间多次使用的重要的条件，粗糙度在多次使用 过程中是连续遗传和逐渐劣化的。
(3) 高速钢轧辊冷却、辊型优化和工艺润滑等的 综合投入，才能发挥高速钢轧辊的优异使用性能。
(4) 高速钢轧辊要有严格的使用与管理要求，辊 面热裂纹探伤是避免失效的重要手段。