轧辊基本知识

轧辊是轧钢厂轧机的最主要生产工具，直接对轧件进行轧制加工，完成轧制过程的基本工序——金属的塑性变形。它不仅与产品质量，产量，经济效益等都有直接的关系，是生产过程中非常重要的一个因素。轧辊的好坏将直接影响产品的机械性能，尺寸精度，板型以及表面质量。其次轧辊好坏也将直接影响生产的产量，如轧辊换辊次数的增加将使生产产量直接下降。在板带热轧中一般一个换辊周期可轧2000－2500吨的轧制产量，如采用ORG在线磨辊技术产量可扩大到3500吨以上，同样如采用高速钢轧辊产量还能上升，相反如采用低质量轧辊，换辊次数就明显增加，产量就下降。由于轧辊本身是一个生产消耗件，辊耗大小就直接影响工序成本，经济效益就会明显变化。因此，希望轧辊制造厂能不断开发出新的高效的轧辊产品，和不断提高轧辊质量水平，同时钢铁生产厂又能不断加强轧辊管理，那对钢铁企业和轧辊企业均能产生很好的经济效益。

一， 轧辊基本知识

1，轧辊定义和分类

轧辊是直接对轧件进行轧制加工，完成轧制过程的金属的塑性变形的主要部件。按轧钢机类型可分为钢板轧辊和型钢轧辊,如图1所示。钢板轧辊的辊身一般呈圆柱形，如图1a所示,主要参数为辊身长度，也是轧机的标称，如1580轧机，1700轧机，2050轧机等。有时热轧轧辊的辊身呈微凹，当受热膨胀时，可保持轧辊较好的板型。而冷轧轧辊的辊身呈微凸，当它受力弯曲时，也可保持轧辊较好的板型。型

1

钢轧机的轧辊辊身上有轧槽，根据工艺要求配置相应的孔型，粗轧机有较多的轧槽，精轧机则较少，如图1b所示，型钢轧机主要参数为轧辊的直径，也是轧辊的名义直径或轧机的标称，如1300初轧机，650型钢轧机等，如在一条生产线上有若干个工作机座，则以最后一架的轧辊名义直径作为轧钢机的标称。由于初轧机，型钢轧机是有槽的，而且轧辊在使用过程中由粗变细是变化的。故该类轧机的轧辊名义直径是以齿轮座的中心距作为轧辊名义直径，初轧机以轧辊辊环外径定为轧辊的名义直径。

图1轧辊类型图

a钢板轧辊，b型钢轧辊，

板带轧机则没有名义直径之称呼，轧机主要参数是辊身长度，各机架辊身长度是一致的。各类轧机轧辊名义直径D与辊身长度L是有一定比例的，可参考表1所示：

表1各类轧机的L/D之比

轧机名称 初轧机

L/D之比 2.2－2.7 轧机名称 精轧机 L/D之比 1.5－2.0 2

型钢轧机 粗轧机 1.5－2.5 2.2－3.0 中厚板轧机 二辊薄板轧机 2.2－2.8 1.5－2.2 轧辊是由辊身，辊颈和轴头三部分组成。辊颈安装在轴承中，并通过轴承座和压下装置把轧制力传给机架。轴头与联接轴相联，传递轧制扭矩。轴头有三种主要形式：梅花轴头如图2a，万向轴头如图2b，带鍵槽轴头如图2c，不带鍵槽轴头如图2d，带平台轴头如图2e。直径超过400mm的冷轧辊从热处理工艺需要要在轧辊辊身中心鏜一个中心孔以确保热处理质量。

图2轧辊轴头的基本类型a梅花

轴头，b万向轴头，c带鍵槽轴头，d不带鍵槽轴头，e带平台轴头。 2，轧辊重车率

在轧制过程中，轧辊辊面因工作磨损，需不止一次地重车或重磨。轧辊工作表面每次的重车量为0.1－5mm，重磨量为0.01－0.5mm。轧辊直径减少到一定程度后，即不能再使用。轧辊从开始使用直到报废，其全部重车量与轧辊名义直径的百分比称为重车率。初轧机轧辊

3

的重车率受咬入能力和表面硬度的，钢板轧机轧辊只受表面硬度的。表2是各种轧机的轧辊重车率。

表2各种轧机的轧辊重车率

轧机名称 初轧机 型钢轧机 中厚板轧机 薄板轧机 四辊热連轧 3，轧辊材质

轧辊材质是指制造轧辊所用材料。经过多年的生产实践，对各种轧机的轧辊均已确定了较合适的材料。在选择轧辊材料时，除考虑轧辊的工作要求与特点外，还要根据轧辊常见的破坏形式和破坏原因，按轧辊材料标准来选择合适材质。

常用的轧辊材料有锻钢，铸钢和铸铁等。随着1988年铸造高速钢轧辊首先在日本带钢热轧上得到成功应用，随后美国和欧洲也引入铸造高速钢轧辊技术，接着，线材，棒材及冷轧带钢轧机上也开始使用高速钢轧辊铸造，并得到满意效果。宝钢1580热轧在F1－5轧机工作辊上也采用高速钢轧辊，辊耗已降至0.4kg/t，2008年宝钢1880热轧辊耗下降为0.342kg/t。其它邯钢，鞍钢1780热轧也得到应用。 1），锻钢，

用于轧辊的合金锻钢在我国“原一机部重型行业统一标准”中已

4

最大重车率% 10－12 8－10 5－8 4－6 轧机名称 工作辊 支承辊 四辊冷轧机 工作辊 支承辊 最大重车率% 3－6 6 3－6 10 有规定（Q/ZB62－73）。热轧轧辊有55Mn2,55Cr，60CrMnMo，60SiMnMo等，冷轧轧辊有9Cr，9Cr2,9Crv，9Cr2W，9Cr2Mo，60CrMoV，80CrNi3W,80CrMoV等。 2），铸钢，

用于轧辊的铸钢种类有ZG70，ZG70Mn，ZG8Cr，ZG75Mo等。 3），铸铁，

铸铁可分为普通铸铁，合金铸铁和球墨铸铁。铸造轧辊时，采用不同的铸型，可以得到不同硬度的铸铁轧辊。因此，有半冷硬，冷硬和无限冷硬轧辊之分。半冷硬轧辊表面没有明显的白口层，辊面硬度HS≥50。冷硬轧辊，表面有明显的白口层，心部为灰口层，中间为麻口层，辊面硬度≥60，无限冷硬轧辊表面是白口层，但白口层与灰口层之间没有明显的界限，辊面硬度≥65。铸铁轧辊硬度高，表面光滑，耐磨，制造过程简单且价格便宜。其缺点是强度低于铸钢轧辊。只有球墨铸铁轧辊的强度较好，因此，得到较广泛的应用。 4，型钢轧辊，

这类轧机的轧辊受力较大且有冲击负荷。因此，轧辊应要有足夠的强度，而辊面硬度要求可放在第二位（HS＜30－40）。初轧机轧辊常用高强度铸钢或锻钢，主要材料有40Cr，50CrNi，60CrMoV，60CrMnMo，60SiMnMo等。型钢粗轧机轧辊多采用铸钢，如ZG70，ZG70Mn。锻钢轧辊的综合机械性能较好，但加工较困难，价格也高，因此，中小型钢轧机上很少应用。球墨铸铁轧辊价格便宜，耐磨而又有较高的强度。适合在型钢轧机的第二架粗轧机上应用。在型钢成品

5

轧机上，由于几何形状及尺寸公差要求严格，需要轧辊有较高的表面硬度和耐磨性。一般选用冷硬铸铁轧辊，辊面硬度HS≥65。表3是宝钢高线轧机轧辊材质表：

表3宝钢高线轧机轧辊表

机组名称 粗 轧 机架号 X机型 1H 2V 3H 4V 5H 6V 中 轧 7H 8V 9H 10V 11H 12V 13H 14V 15H 16V 17H 18V 19 V 20 V 21 V 22 V 23 V 24 V 25 V 26 V 27 V 28 V 29 V 轧机规格 ｍｍ 600 600 600 450 450 450 400 400 轧辊直径X身长辊 mm φ650X800 φ650 φ650X800 φ495 φ495X700 φ495 φ420X650 φ420 φ420X650 φ420 φ420X650 φφφφφφφφφφφφφφφφφφ420 420X650 420 285（为辊环） 285（为辊环） 285（为辊环） 285（为辊环） 228.3（为辊环） 228.3（为辊环） 228.3（为辊环） 228.3（为辊环） 228.3（为辊环） 170.66（为辊环） 170.66（为辊环） 170.66（为辊环） 228.3（为辊环） 228.3（为辊环） 156（为辊环） 材质 球墨铸铁 球墨铸铁 球墨铸铁 球墨铸铁 球墨铸铁 球墨铸铁 球墨铸铁 球墨铸铁 球墨铸铁 球墨铸铁 球墨铸铁 球墨铸铁 球墨铸铁 碳化钨 碳化钨 碳化钨 碳化钨 碳化钨 碳化钨 碳化钨 碳化钨 碳化钨 碳化钨 碳化钨 碳化钨 碳化钨 碳化钨 碳化钨 硬度HS 62（辊颈65） 62（辊颈65） 62（辊颈65） 62（辊颈65） 62（辊颈65） 62（辊颈65） 62（辊颈65） 62（辊颈65） 62（辊颈65） 62（辊颈65） 62（辊颈65） 62（辊颈65） 62（辊颈65） 要更高硬度 要更高硬度 要更高硬度 要更高硬度 要更高硬度 要更高硬度 要更高硬度 要更高硬度 要更高硬度 要更高硬度 要更高硬度 要更高硬度 要更高硬度 要更高硬度 要更高硬度 400 400 400 400 400 400 285 285 285 285 230 230 230 230 230 160 160 160 230 230 150 预 精 轧 精 轧 减 定 径 6

30 V 150 φ156（为辊环） 碳化钨 要更高硬度 5，中厚板轧机轧辊，

中厚板轧机轧辊要求有高的弯曲强度。高的耐疲劳性能。良好的抗热裂性，抗冲击性，抗冷热疲劳性。同时轧辊又要具有较高的硬度，以保证轧辊较高的耐磨性。

因此，轧辊材质的选择，粗轧工作辊主要承担对轧件的宽展和延伸，工作辊承受大的热冲击和大的轧制力，要求轧辊有一定耐磨性，好的咬入能力，因此，在现代中厚板轧机上应采用高镍铬无限冷硬复合铸铁工作辊。随着冷却系统的不断完善，近来高铬铸铁辊也逐渐得到应用。精轧工作辊主要考虑轧辊的耐磨性，要求轧辊的硬度高。目前大部分采用为高镍铬无限冷硬复合铸铁工作辊。但随着新产品的不断开发，采用更高耐磨性的轧辊材质己成为必切的要求，因而，高铬铸铁辊的采用已成为必然的发展趋势。支撑辊选择应选择具有高的强度，低的弹性压扁和不易产生挠曲变形，其次辊身表面应具有高的耐疲劳性能，耐剥落，耐掉皮。第三，轧辊的耐磨性能也要好。一般选用含2－3%铬的锻钢或铸钢辊。近来5%铬的锻钢和复合铸钢支撑辊使用得到普遍的好评。表4是现代5000米宽厚板轧机轧辊表：

表4－1宝钢5000宽厚板轧机轧辊表，

机架 类别 硬度HSC 68－74 轧辊牌号 Kawasaki （日川崎） Kawasaki （日川崎） 轧辊材质 特殊铸钢 轧辊尺寸 ｍｍ 重量 吨 备注 全长9200ｍｍ 4辊粗工轧机作（二期 辊 4辊精轧机 一期

Φ约60 1210X5300（整个80） （含CVC） Φ约60 1210X5300（整个80） （含CVC） 工作辊 68－74 特殊铸钢 全长9200ｍｍ 7

支承辊 立辊 52－60 42－47 Kawasaki （日川崎） 特殊合金 铸钢 特殊铸钢 Φ2300X4950 约210 （整个330） 全长10500ｍｍ 立辊轧机 Φ1000X800 约20 全长4000ｍｍ 表4－2沙钢5000宽厚板轧机轧辊表

机架 4辊精轧机 立辊轧机 类别 工作辊 支承辊 立辊 硬度HSC 68－72 40－50 45－50 轧辊材质 无限冷硬铸铁辊 离心浇铸合金铸钢 铸钢 轧辊尺寸 Φ1210－1110X5050 Φ2300－2110X4900 Φ1000－900X600 备注 6，热轧带钢轧辊，

带钢热連轧中除少数粗轧机的工作辊受轧辊强度和咬入条件，采用铸钢材料外，其它各架轧机工作辊的特点是：主要承受扭矩和压力，弯曲应力较小，轧制速度较高，辊面要求光滑以保证轧件表面质量。为此，选择工作辊材料时应以辊面硬度要求为主，多采用铸铁轧辊。目前轧机工作辊多采用冷硬铸铁（化学成分：C=3.0-3.5%，Si=0.5-1.87%，Mn=0.4-0.7%，Mo=0.3%，P≤0.4%，S≤0.11%），辊面硬度HS=58-68。有的厂在精轧机组前几架也采用半钢轧辊，以减缓表面的粗糙过程，在后几架采用含Ni，Cr的高硬度铸铁，进行复合浇铸，表面形成无限冷硬层，以提高轧辊的表面硬度（硬度可达HS=75-83）。有的厂在精轧机组中使用高铬铸铁复合浇铸轧辊，这种轧辊的高硬度层很厚，耐磨，使用寿命长。随着产品要求越来越高，使用离心复合铸造镍铬无限冷硬铸铁和离心复合铸造高铬合金铸铁已成为现代热轧轧辊材料发展的必然趋势。

8

带钢热轧机的支承辊在工作中主要受弯曲，且直径较大，因此，多采用9CrM0，9CrV锻钢(辊面硬度 HS=45-50)。选含Cr合金钢主要考虑大直径轧辊的淬透性。国产1700热轧机的镶套支承辊，辊心用37SiMn2MoV锻钢，轴套用8CrMoV或8MnMoV锻钢。国外的轴套则常用含C=0.4-0.8%，Ni=2.5-3.0%，Cr=0.6-2.0%，Mo=0.6%的合金锻钢，以保证轴套的高强度。也有采用铸铁或铸钢材料做轴套的。表5是宝钢1580热轧和1880热轧轧辊材质表：

表5-1宝钢1580热轧厂轧辊材质表

机架 E1 R1 E2 R2 R2 F1前 F1－3 F1－3 F4－7 F4－7 类别 立辊 工作辊 立辊 工作辊 支撑辊 立辊 工作辊 支撑辊 工作辊 支撑辊 轧辊规格ΦXLｍｍ 材质 1000－900X430 1350－1230X1580 1000－900X430 1160－1060X1580 1480－1330X1560 630－570X350 825－735X1580 1600－1450X1560 650－575X1580 1480－1330X1560 高铬合金铸铁 高铬合金铸铁 高铬合金铸铁 高铬合金铸铁 锻钢 高铬合金铸铁 高铬合金铸铁 锻钢 镍铬无限冷硬铸铁 锻钢 硬度HSC 68-75 75－83 备注 离心复合铸造工艺 离心复合铸造工艺 离心复合铸造工艺 离心复合铸造工艺 离心复合铸造工艺 离心复合铸造工艺 离心复合铸造工艺 表5-2宝钢1880热轧厂轧辊材质表

机架 R1 E2 R2 F1前 F1－4 F5－7 R2， F1－7 类别 工作辊 立辊 工作辊 立辊 工作辊 工作辊 支撑辊 轧辊规格ΦXLｍｍ 材质 1350－1200X1880 1200－1100X440 1250－1100X1880 630－570X350 835－735X1880 695－605X1880 1600－1450X1860 高铬合金铸铁 高铬合金铸铁 高铬合金铸铁 高铬合金铸铁 高铬合金铸铁 镍铬无限冷硬铸铁 5%铬锻钢 硬度HS 备注 75－80 45±3 75－80 45±3 72±3 80±3 68±3 离心复合铸造工艺 离心复合铸造工艺 离心复合铸造工艺 离心复合铸造工艺 离心复合铸造工艺 离心复合铸造工艺 7，冷轧带钢轧辊，

9

冷轧工作辊是直接承承受轧制时的轧制力和传动扭矩，因此对工作辊的强度，硬度，韧性，耐磨性和辊面质量要求都有很高的要求，它比其它任何轧制类型轧辊要求都高。我国常用冷轧工作辊的材料是9Cr2W，9Cr2Mo等，辊面硬度HS＝90－95。在国外，为了提高冷轧辊的耐热裂性和减缓辊面的糙化过程，曾试验使用高碳低铬，钼，钒钢（0.8%C，2.2%Cr，0.25%Mo，0.1%V，1.0%Si，1.5%Co），取得了良好的效果。为了轧制高碳钢和其它难变形的合金钢，在冷轧机上也采用带硬质合金辊套的复合式冷轧工作辊。其辊心材质与辊套材质的热膨胀系数就十分接近，以防轧辊发热时，损坏辊套。应该指出，尽管冷轧工作辊的硬度要求很高（达到HS=100），但即不使用铸铁轧辊，这是因为当工作辊直径D确定以后，可能轧出的轧件最小厚度值和轧辊的弹性模数E值成反比。即轧辊材料的弹性模数E越大，可能轧出轧件的厚度越小。而铸铁的E值只有钢的一半，为此，在冷轧带钢时，使用铸铁轧辊是不利的。

带钢冷轧机支承辊的工作特点与热轧机相似，可选用9Cr，9Cr2Mo，9CrV锻钢，也可选用镶辊的复合式锻钢轧辊，所不同的是辊面硬度要求较高（HS＝50－65）。支承辊的辊颈硬度一般HS＝35－45。表6是宝钢冷轧轧辊材质表：

表6宝钢冷轧轧辊表

厂名 项目

2030 辊径ｍｍ 1800 硬度 HS“C 材质 重量 吨 辊径ｍｍ 材质 硬度 HS“C” 10

1工 2工 3工 4工 5工 1－5中 1-5支 φ615X2030 φ615X2030 φ615X2030 φ615X2030 φ615X2030 86GrMov7 86GrMov7 86GrMov7 86GrMov7 86GrMov7 94－98 94－98 94－98 94－98 94－98 6.23 6.23 6.23 6.23 6.23 φ405X1850 φ405X1850 φ405X1850 φ405X1850 φ405X1850 φ530X1885 φ1370X1850 5%Cr合金锻钢 5%Cr合金锻钢 5%Cr合金锻钢 5%Cr合金锻钢 5%Cr合金锻钢 5%Cr合金锻钢 5%Cr合金锻钢 90－96 90－96 90－96 90－96 90－96 58－65 φ1550X2030 40Cr3MoV 58－65 40.48 二，有关轧制工艺问题 1，轧制咬入条件，

热轧轧制时不是任何轧辊的辊径和坯厚都可以进行轧制的，它要符

图3轧制咬入条件

合轧制的基本条件，即咬入条件，见图3轧制咬入条件所示： 轧辊给轧件一个轧制力P，水平分力PX，轧件与轧辊接触产生摩擦力T其水平分力为TX，同样下辊也产生上辊同样的力。因此，要使轧件前进必须符合以下条件，即：

2TX＞2PX件或 μP Cosα＞P Sinα μ＞ Sinα/ Cosα= tgα

11

式中：α为咬入角，即轧辊前进时与轧辊最先接触的点与中心的连线和中心线之间的夹角α为咬入角(热轧咬入角一般为180 ∽220 )。 因此，热轧的咬入条件必须满足μ≥tgα

如果摩擦系统等于咬入角正切，则轧件平衡不动，或出现打滑现象。如摩擦系数大于咬入角正切则轧件前进。这就是咬入的基本条件，即摩擦系数必须大于咬入角的正切，这就是轧制前进的基本条件。这在热轧粗轧机上是非常重要的条件。

热轧摩擦系数一般为0.26∽0.34。这也就说明轧辊小到某一值时轧辊就不能用了 。满足咬入条件时的最大压下量为

△hmax /2 = R―RCOSα △hmax = D―DCOSα

所以：△hmax = D(1―COSα)。 各种轧制条件下的允许最大咬入角见表7所示：

表7各种轧制条件下的允许最大咬入角

轧制条件 在有表面刻痕或堆焊的轧辊上热轧 在型钢轧机上热轧 在钢板轧机上热轧 在表面粗糙的轧机上冷轧 在表面光滑带润滑的轧机上冷轧 咬入角α 270－340 220－240 150－240 50－60 30－40 例某精轧机工作辊半径为R＝400ｍｍ，轧件轧制前厚度为40ｍｍ，压下量为16ｍｍ， 求咬入角为多大， COSα＝1－

h16=1-=0.98

D400α＝11047＇

12

2，轧制力

当轧辊轧制时，轧辊将受到轧件的反作用力称为轧制力，轧制力等于轧辊接触面上的轧制力分布的总和。在热轧厂内，轧制力是操作上的重要数据，轧辊生产者也应了解轧制力计算一般情况。 平均单位压力Kw＝Kf＋Kr＋Ki

式中：Kf—金属塑性变形阻力所引起的单位压力，

Kr—克服轧件与轧辊间摩擦力所引起的单位压力， Ki—克服轧件变形时的内摩擦力所引起的单位压力，

在考虑轧辊压扁时的轧制力的计算公式为：

Wk＝KwX A＇d＝KwX B XRh 式中:Kw为平均单位压力

B为平均宽度，B＝（B0＋B1）/2 R＇为压扁后的轧辊半径，R＇= R (1+

CF) Bh例：已知F7的轧辊半径为350ｍｍ，压下量△h＝0.5ｍｍ， B0＝1000ｍｍ，Kw＝90kg/mm2 求F7的轧制力

代入以上公式可求得轧制力Wk＝1191吨，辊径压扁后的轧制力Wk＇＝1492吨，可知辊径压扁后增加轧制力为301吨。对热轧来说并不大，但对冷轧来说就要大得多了。 3，轧制时轧辊的压扁

轧制时，由于轧辊受轧件的反作用力，使得在轧辊和轧件相接触部位发生轻微的弹性变形，称做轧辊的压扁。处在变形区的轧辊表

13

面被压扁后，使接触弧长度增大，这会导致单位轧制压力增加，如图4所示。

希考克（Hitchcock）假设接触弧上的压力公布为椭圆形，轧辊发生弹性变形后也呈圆弧形状，并且不考虑轧件的弹性变形，推导出下列公式：

R＇＝R（1＋CFBh）式中C＝1612D

式中：

R＇为轧辊压扁后的假想半径， R为工作辊未压扁的半径，

C为材料常数，C＝0.222X10－3ｍｍ2/Kp F为轧制力 B为轧件宽度 γ为泊桑系统，γ=0.3 △h为压下量

E为弹性模数，E钢＝21000 Kp/ｍｍ2

图4为轧辊压扁的示意图。图5轧辊压扁的R＇/R曲线

14

如不考虑压扁：

ℓd=Rh, Ad=BRh, 考虑压扁：

ℓd＇=Rh, A＇d=BRh,

为了求得Ad＇，首先要求得ℓd＇为了求得ℓd＇可通过图5的曲线来得到，以F/B△h为自变量，按照轧辊的材质的曲线，求得R＇/R的值，再乘以R，即可得R＇，从而可求出ℓd＇和A＇d。

压扁对粗轧不起作用，对精轧起作用，尤其对F7影响较大。当然冷轧的压扁现象的影响比热轧要大的多。尤其在轧制薄钢板时，轧制力较大，轧辊压扁的影响更应重视。

对F7来说，当轧辊辊径增大时，压扁较为显著，因此可以通过减小轧辊直径和使用硬度材料轧辊来减轻压扁的影响。但是F7的辊径不能太小，否则咬入会产生问题。

例：F7的轧辊半径为350ｍｍ, △h7=0.2ｍｍ,F7轧制力为1200吨，轧件宽度为B＝1400ｍｍ。 求：压扁前后半径之比R＇/R 代入以上公式，可求得R＇/R＝1.95。 4，轧辊的弯曲

轧制时，轧件对轧辊有反压力，从而使轧辊产生弯曲变形，轧制力越大，轧辊弯曲度也越大。轧辊存在撓度，轧件就有凸度。德国梯森贝克威尔特热轧厂规定要测量带钢在B15，B40，B60处的凸度。为了抵消轧辊撓度带来的影响，予先将辊身中部的直径磨成两端的直径

15

稍许大一些，即将辊身表面作成曲线，即轧辊的磨削凸度如图6。

图6轧辊的凸度

轧辊受力区局限在对应轧件的宽度范围附近，一方面由于轧件边部散热快，另外冷却水从轧件中部流向边部，同时还有侧喷水的作用，使轧件边部温度较中部低。在相同压下情况下，轧件边部的轧制力较高。一般来说，轧件边部的温度较轧件中部的温度约低60℃左右。 总的来说，轧件压扁的存在，对轧制较薄的带钢时影响较大。在理论上，F7是存在压扁的，但在实际操作上，这个压扁的影响其作用不如冷轧显著。对轧辊辊径与轧件最小厚度的关系时，热轧厂可以不考虑这个问题，冷轧厂是必须考虑这个问题的。热轧机的辊径不能随便减少，否则会影响轧制力矩，尽管如此，热轧厂精轧机组的后几架的辊径一般较前几架选择得小一些。例如贝克威尔特热轧厂精轧机F1－F4工作辊辊径为780－715ｍｍ，而F5－F7的工作辊辊径为715－650ｍｍ，宝钢1580热轧F1－3工作辊辊径为825－735ｍｍ，F4－7工作辊辊径为650－575ｍｍ。 5，轧辊磨损规律

轧钢厂在编制轧制计划时必须考虑几个因素：首先轧件在工作辊中轧制时, 工作辊两边缘处的磨损较中间部份严重,如下图7所示：

16

图7 工作辊轧制时两端磨损图

(一般规律是两端磨损严重,上辊比下辊严重,精轧前几架辊比后几架辊磨损严重)为了改善这种局部集中磨损的一个办法是不断减少轧件的轧制宽度。其次支承辊与工作辊之间也存在这种局部磨损, 支承辊这种局部磨损,使支承辊的作用所有改变,因此在编制轧制计划时也要考虑支承辊的磨损,将薄的、要求高的产品放在支承辊更换后的前三天内进行轧制。 三，轧辊温度变化规律 1，离线后的轧辊温度

从轧机上更换下来的轧辊的辊身温度刚出机架时温度会稍低一点，辊身的内热自然会散发出来，经10－15分钟后趋于稳定，才能进行测量，轧辊辊身温度一般为60—70℃左右,当然与轧制的材质和轧制的参数等不同有所差異，但轧辊必须要等待自然冷却到常温后才能进行轧辊修磨作业，才能确保辊型和尺寸的正确性。

对换下来的轧辊,用接触式热电偶

测温仪 分别测试如左图8的 图8温度测试点部位图 A, B ,C三点温度。 一般要经过12 — 16小时冷却后才能达到室温,轧辊中部和边

17

缘温差：冷却16小时为1℃,12小时为3℃(温差1℃时,影响凸度0.01mm),如生产急需可采用冷却水系统进行冷却，目前随着热轧生产的节奏加快，现代轧机的磨辊间一般都设有冷却水系统进行轧辊冷却系统，例1580热轧在设计时就考虑有冷却水系统。 2，轧辊温度变化规律

由于现代化的热轧机工艺特点是高温，高压，高速。热轧工作辊轧制时辊面瞬时温度可达600∽700℃，当然轧制的材质和轧制的参数，轧机的前后等不同有所差異，例F1轧机最高温度经测量可达1000℃，以后轧机随着压下量，轧制力降低温度也会降低。但在抛钢间隙时间内轧辊冷却水系统水量，水压调节应使辊面温度应尽可能保持在60－70℃范围内，但实际情况温度往往要大的多。表8是德国贝克威特2250mm热轧厂对不同的轧制计划，不同的厚度，不同的产品寻象换辊后对轧辊进行测量得到的温度。

表8贝克威特2250热轧换辊后轧辊温度表

F1上辊/下辊℃ F2上辊/下辊℃ F3上辊/下辊℃ F4上辊/下辊℃ F5上辊/下辊℃ F6上辊/下辊℃ F7上辊/下辊℃ 宽厚计划 61/61 62/60 57/55 56/54 /62 55/55 50/51 宽薄计划 67/63 70/65 65/63 66/67 75/70 / 56/56 中计划 69/69 73/70 68/66 69/67 79/76 72/70 60/60 窄计划 65/68 75/73 69/67 68/69 81/77 72/71 60/59 从上表可得出轧辊换辊后轧辊温度的结论：

1）与轧制计划类型有关，窄计划与中计划温度较高。 2）前机架比后机架温度高。 3）上辊比下辊温度高。

18

4）最高轧制温度为轧窄计划的F5的上辊81℃，最低为轧宽厚计划的F7的上辊仅为50℃，轧辊从轧机拉出后总的轧辊温度范围为50℃－81℃。

一般情况下轧辊的温度变化规律如图9所示，轧制开始时的烫辊期间，其轧辊的辊面温度变化如图10所示：

图9轧辊温度变化规律 图10烫辊后轧辊温度变化 图9中实线部分曲线为轧辊表面转动一周的温度变化，虚线为辊身表面下的2.4－2.7ｍｍ层的温度变化情况。离表面深5ｍｍ以上的芯部，温度波动几乎甚微，波动大的只在0－2ｍｍ－5ｍｍ之间一层上。 图10是表示轧制开始时随着烫辊材巻数的增加，轧辊温度的变化情况，一般在7－8巻后，温度基本稳定，变化不大了。 四，工作辊冷却水控制系统

轧辊冷却在很大程度上影响着轧辊的磨损及剥落，不适当或不充分的冷却在轧辊表层内会引起巨大的热梯度，导致加速产生轧辊剥落的热效应。同样，相对较高温度也降低了轧辊的强度和耐磨性，使辊型控制困难，进一步降低辊面光洁度以及金相组织等。

工作辊冷却水控制系统对轧辊辊型，轧制稳定，轧辊寿命等都是

19

十分重要，80年代前轧辊辊耗较高与没有很好使用冷却水系统是有十分密切的关系，德国梯森贝克威尔特2250热轧厂采用6Bar，总水量为4268.3m3/h水后取得了良好效果，冷却水布置如图11所示：

图11，2250热轧F1和F7轧辊冷却水分布图

宝钢2050热轧在德国贝克威尔2250热轧基础上作了很大的改进，并设计了宝钢2050热轧工作辊冷却水喷射系统，采用了更高的压力10Bar，更大的水量，总水量达到4900m3/h冷却水，在轧辊入口侧上下辊处各按置二排集管，出口侧上下辊处各按置三排集管，而每根集管上的喷咀数量又不同而且喷咀位置也不相同，这样水量根据不同用户的需要达到可调的要求，其喷射管布置如图12所示：

20

图12宝钢2050热轧工作辊喷射布置

采取这些措施后可实现，在轧辊冷却水中可控制水量来调节轧辊的膨胀量从而得到不同的凸度，水量调节如图13所示：

图13，工作辊冷却水水量分配图

采用这样水压和水量后对高铬铸铁轧辊和镍铬无限冷硬辊冷却要求都能很好实现，轧后轧辊辊面温度也能控制在60℃之内。因此，能取得更好的轧制和轧辊维护效果。

21

在冷轧系统中对轧辊冷却要求更为重要，现代化的冷轧机都是采用轧辊分段冷却调节系统，一般工作辊为多段，支撑辊为一段。冷轧工艺润滑的乳化量用量一般为每千瓦主电机功率约（1—2）L/min。乳化液在喷嘴出口处的压力为0.39—0.49Mpa。图14为分段冷却系统，它主要是控制工作辊的热凸度和轧辊温度,由于各机架工作辊的热凸度控制精度要求不同,所以第1,2机架为三段冷却控制, 第3,4机架为五段冷却控制, 第5机架为九段冷却控制。分段冷却装置上控制轧机各喷咀梁或工作作辊喷咀梁各区段油液的开关伐，流量调节伐，以将油液供给轧机各喷咀梁。工作辊冷却系统分为5个区段，可分别单独调节流量，以控制板的中浪和边浪，如产生中间浪，可加大中间2，3，4段的喷液量，如产生双边浪，可加大两边1，5段的喷液量,这是轧制润滑在冷轧中产生的特殊作用。

图14工作辊分段冷却示意图

五，轧辊管理

22

1，轧辊管理主要任务

轧辊包括粗轧机，精轧机，平整机的立辊，工作辊、支承辊,夹送辊等。它们是轧钢生产中主要的生产工具和生产备件,并由专门的车间即磨辊车间进行管理。轧辊管理和维护的好坏将会直接影响产品质量和引起轧辊过渡磨损以及轧辊断裂等重大事故的产生。磨辊车间的主要任务是对轧辊进行维护、修磨和管理。

磨辊车间的主要设备有轧辊磨床,轧辊车床,剪轴承座拆卸装置,轴承座翻转装置，轧辊冷却装置,运输小车、各类轧辊存放轧辊台架,轧辊专用吊具以及轧辊涡流、超声波探伤装置，断面形状仪等,磨好轧辊从磨辊车间直接由换辊小车运到轧机旁,并把换下来的旧轧辊运回到磨辊车间进行修磨。对产量>400万吨以上的热轧厂,一般配有6套带轴承座的精轧工作辊,进行周转,一套使用、一套正在修磨、一套已磨好待使用、三套处于冷却和待磨状态(宝钢2050mm,1580,1880热轧，以及德国梯森贝克威尔2250 mm热轧都有6套精轧工作辊进行周转)。 2,轧辊管理主要内容

轧辊管理是磨辊车间主要工作,它的主要工作内容如下: 1）新辊检验

凡是新入厂的各类轧辊都要进行检验,并做好记录存档,在使用过程中也要对轧辊表面进行检查,并记录存档,如有些缺陷要及时拍照保存,常见表面缺陷有：

表面掉肉——大多数是由轧辊材质引起的,

表面起皮——它与轧制中的温度和轧制计划形式有关,一般下辊

23

冷却好一些，所以表面起皮现象也少一些,

表面裂纹——它与轧辊的材质、轧制状态和轧制时的冷却条件等都有关系。

在轧制过程中我们一般把轧辊表面损坏称为磨损，而由于开裂或显微裂纹所引起的损坏称为剥落。 2）轧辊卡片

凡每一根新辊投入使用前都要建立轧辊卡片,直到轧辊报废为止。轧辊卡片包括：序号、轧辊号、轧辊制造号、轧辊厂名、轧辊类型、轧辊硬度、原始轧辊直径、轧辊重量、第一次使用直径等,每次修磨后也要记录,记录内容为修磨时间、修磨后直径、修磨量、硬度、上次轧制时间和修磨工签字。直到轧辊报废也要填写，不能间断：报废轧辊卡片存档应包含有原卡片内容外,还要有总轧制量(公里数)、平均消耗量(t/mm、km/mm)以及对轧辊使用的鉴定性意见。宝钢2050热轧机各种轧辊卡片如下表9所示：

24

表9-1宝钢2050热轧轧辊测量报告表

25

表9-2宝钢2050热轧轧辊磨削卡片

上表为轧辊开箱检查后应填写的表格，同时也可继续填下去，直到轧辊报废为止，报废时应有轧辊使用的专用卡片，除以上内容外，还需填写总轧制量（公里），平均消耗量t/mm,km/mm,和对轧辊的鉴定等，下表为每一根新辊使用时就应建立的卡片。 3）热轧簿板轧制辊型设计

辊型设计的主要目的,在于确定合利的轧辊原始凸度(磨削),以便轧制时通过调节轧辊温度及其它控制措施,对轧辊的弹性变形和磨损进行补偿,从而获得板形良好,厚度精度较高的产品。即轧制时轧辊的实际凸度,必须正好补偿工作辊的弹性变形——弹性弯曲与弹性压扁。因此，辊型设计基本条件是轧制时上下工作辊的挠度总和，等于上下工作辊实际总凸度的1/2，即：

fs+fx==(△ds+△dx)/2

其中fs,fx分别为上下工作辊的挠度, △ds,△dx分别为上下工作辊实际总凸度,

26

但在实际工作中，为了保证轧件在轧辊间稳定轧制，防止“跑偏”现象，须使辊缝保持有一定的凸度，故公式改为以下：

fs+fx==((△ds+△dx)/2)-△t

其中△t为某一常数,

除CVC,PC等轧机外,常用的四辊轧机辊型分配方案如下图15所示：

图15原始凸度两种方案

图a采用两个带凸度的工作辊,支承辊为圆柱辊,即将总原始凸度分配在两个工作辊上,图b为采用一个带凸度的工作辊, 即将总原始凸度分配在一个工作辊上,由于后一方案可以简化轧辊磨削,使用较广。其它也可以采用一个或二个支承辊采用带凸度方案，其它为圆柱辊,或采用其它不同的组合方式。据日本大分2250热轧厂资料，根据产品的不同材质和精度要求，原始辊型配对有11种之多,这可见一个年产500—600万吨热轧厂要有多少轧辊的存储。又如宝钢2050热轧厂,在开始轧辊引进时就高达383支轧辊(各种轧辊在机为62支),是同类轧机设备引进中是最高的,但在今后生产中却发挥了很大作用,确保轧辊在生产中不断档,例2006年使该厂年产高达5万吨(设计400万吨),2008年也达到485万吨是同类轧机全世界最高产量。 4)配辊方法

27

轧辊配辊时，需做到同一机架工作辊的直径差不得超过0.2mm,一般上辊直径要大于下辊直径。精轧机组相邻机架工作辊的配辊直径(mm)差不能大于下表所示：

F1—— F2—— F3—— F4—— F5—— F6—— F7 730/715 745/730 760/745 780/760 675/650 695/675 715/695 以上是梯森贝克威尔2250热轧厂配辊经验,配辊时必须要注意： 支承辊直径+楔形垫块厚度+下工作辊直径 使轧制线保持在同一水平线上。

新辊一般先应用于F4和F7,当断辊时要更换相应直径的备用轧辊,若无单根备用轧辊,则要成套更换。 5)磨辊计划制订和实施

工作辊的磨损主要在经常与轧件相接触的部位，如图16所示：

图16，1700精轧机轧辊磨损图

a）轧制44500吨时支承辊磨损图b）轧制1800吨工作辊磨损图

精轧机工作辊的磨损一般从前到后逐渐减少，这是因为轧制温

28

度，压力，压下量等都减少而辊面硬度却提高所致。此外，传动侧比换辊侧磨损大些，这是連接轴振动的结果。上辊比下辊也大些，这是因为上辊有凸度及形成的活套时对上辊的包角较大所致。

磨辊车间就要根据每天的轧制计划以及轧辊磨削规范进行磨辊计划编制,轧辊磨削规范是生产实践的总结,在大量生产中,针对不同形式的轧制计划,不断修改修磨曲线,从而得出行之有效的规范。当然也可采用计算机根据实际的热膨胀量来计算。轧辊磨削规范其实是决定轧辊磨削原始辊型,对板型质量非常重要。CVC轧辊磨削规范亦可采用计算计来计算其修磨曲线,它是根据不同的轧制力来计算其修磨曲线。梯森贝克威尔2250热轧厂磨削规范的内容有：

（1） 对下宽的轧制计划,F1—F4一般采用凹面辊,20%凹度,个别

下辊可以用平辊,F5—F7一般采用平辊,或个别上辊也可以用凸面辊。

（2）对下窄的轧制计划,一般F1— F7都用平辊。 （3）轧制不锈钢,F7用凸面辊。

（4） 当支承辊处于使用后期时,F6、F7要采用凸面辊,其中F7凸

度为0.10mm,而其它各辊都可用平辊,以补偿支承辊的磨损量。由于各架支承辊的磨损,一般是不均匀的,其中F5支承辊磨损量最大(要根据各厂实际使用经验来定)见图17所

29

示。

图17精轧机组各架轧机支承辊磨损量

（5） 对轧制总长度超过120km的大型轧制计划一般需要进行一

次中间换辊,换辊机架仅为F1——F4,若换辊后能仍要轧制小于0.25mm厚的带钢时,则F5也需要进行更换,换辊后不需烫辊。因此,磨削计划也要考虑这一因素。

虽然1580mm热轧是采用PC轧机,但它的原始辊型根据日方提供经验应采用凹形(因为轧制时,轧辊受热要膨账,而中部比两端受热大,膨账也大,即有热凸度),凹度为0.250mm,1580mm热轧经过一段时期摸索和实践后,我们认为：仍应采用凹形,但凹度应改为0.150mm,更符合宝钢1580mm热轧厂的实际，各厂在使用轧辊时一定要有专人负责轧辊配型并及时总结和结累经验。

一般轧制计划所需要的轧辊,至少应提前1到2小时准备完毕,有时在中午12点前应准备好一天所需要的轧辊。

换辊前要把磨好轧辊辊号,轧辊直径数据送给轧钢操作室,并在计算机的终端输入计算机。

6）为了降低轧辊的内应力，尽可能提前购置工作辊，普通轧辊使用前要有半年到一年的自然时效期，以降低轧辊内部的残余应力。

30

7)磨辊间的FLS（生产过程计算机）功能

磨辊间应设有FLS的终端一个,其¹功能如下： （1） 储存全部轧辊信息。

以表格形式储存轧辊辊号，轧辊类型，直径，材质，硬度，使用机架号，修磨时间，使用时间等。 （2） 统计功能。

统计各类轧辊数量，每班修磨的轧辊根数，每次修磨后的轧制总量，总吨位和公里数，并计算出1mm的轧制量及各机架拥有的轧辊根数和平整横切线轧辊数量等到。

（3） 供轧辊管理人员调用轧辊实际状态的数据。

通过CRT画面或打印可调用每根轧辊的制造号，合同号，原始辊径，原始重量，原硬度现硬度，修磨记录和使用记录以及各种统计和分类的数据等。

以上五大部份内容仅根据宝钢，日本新日铁和德国梯森等有关轧钢厂生产和轧辊管理的经验，以及有关轧制的理论。为此，要求各轧辊厂从事轧辊管理，生产和营销的人员不仅要懂得轧辊有关材质和轧辊制造生产工艺，也要了解轧辊使用时，在轧制过程中有关轧制的工艺问题，轧辊厂不仅仅要了解轧辊使用中一般工艺问题，同时更要注意轧辊使用中与轧辊密切相关的各种问题，尤其是轧辊冷却问题对轧辊精度和寿命更为重要，同时轧辊厂也要不断加强与轧辊维修单位——磨辊车间的联系和合作，把轧辊管理也当成轧辊厂自已管理工作之一来做。

31

最后，希望各轧辊厂根据各自企业的特点来做好以上工作，这也是各轧辊厂走向轧辊终身服务的良好起点，也是世界轧辊服务发展的必然趋势。如坚持这样做，我深信该轧辊企业的市场竞争力将会大大提高，轧辊厂的经济效益也将会日益增长。 参考资料：

周之晔：轧辊生产新技术，新工艺与质量检验及标准规范实用手册，冶金电子出版社

中国国际咨信公司轧钢技术专家 中钢设备公司高级轧钢技术顾问 原宝钢工程指挥部副总工程师 宝钢轧钢技术专家 金学俊2009年7月2日

32