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高速钢轧辊辊面评议与管理
2017-11-16

         离心复合高速钢轧辊(HSS轧辊)与高铬铁轧辊相比,具有超强耐磨性,这是由其显微结构的显微组分的物理和力学性能所决定的。因其基体组织固溶体中的铬等合金元素形成致密的、很薄的、附着力很强的氧化膜,HSS轧辊在高温轧制情况下仍具有良好耐磨性。

  为扭转辊耗过高的被动局面,河北钢铁集团邯钢2250热轧厂于2011年5月起进入第一批次HSS轧辊试用工作。但在试用初期,由于缺乏HSS轧辊的使用经验,该厂遇到了轧机振动大、下机辊面粗糙、难以磨削、“黑斑”磨耗大、轧机电耗高等诸多问题,试用工作一度停滞不前。因此该厂须要探寻并建立一种简单、快捷、有效的HSS使用管理办法,提高甄别辊面的辨识能力,分析、改善轧辊使用工况,维护辊面与氧化膜质量,才能最大程度发挥出HSS轧辊的优越性。

  辊面氧化膜状态是关键

  组织特性:HSS轧辊含有各5%的Cr、Mo、V、W的合金元素。为了确保轧辊的耐磨性,其含碳量比较高。另外,HSS轧辊组织碳化物的合金元素含量较高,与高Cr铸铁相比,碳化物的种类不同而且很细很硬,特别是钒碳化物。因此,高速钢轧辊与热轧带钢轧机上使用的高铬铁材质相比,几乎不磨损。

  使用特性:HSS轧辊不但具有很高的显微硬度,而且在高温状态下硬度依然不俗。其辊面抗压强度也大大高于HCrI轧辊,使之抗热裂纹性能明显提高。

  为了进一步提高HSS在高温下轧制时的耐磨性,基体组织固溶体中的铬含量最佳化可促使其形成致密的、很薄的、附着力很强的表面氧化物。因此,HSS轧辊不经中间修磨可多次上机轧制的特性与其辊面氧化膜状态和低磨损(通常小于0.1mm)是相辅相成、密不可分的。

  由于HSS轧辊氧化膜具有累加性与遗传性的特点,其氧化膜的好坏就决定着辊面磨损的严重程度,辊面磨损轻重决定着辊型保持能力和产品质量的优劣。总而言之,维护并保持辊面氧化膜状态良好,对HSS轧辊使用至关重要。

  创新辊面评议方法

  HSS辊面评议管理的建立准则。因为邯钢2250热轧厂对HSS轧辊使用经验基本为零,所以要解决HSS轧辊各类使用问题,首先应建立起一套科学合理的评判准则。

  结合实际情况,该厂将评判方法定位于对生产影响小、投入资金少、时间短见效快、技术成熟易于控制的原则,最终采取在现场判定HSS轧辊辊面与氧化膜质量的方法。这是因为使用HSS轧辊时,其重复使用的特性使轧辊表面质量相比轧辊磨损更为重要。轧辊表面受损或变得粗糙,是影响HSS轧辊使用次数和带钢表面质量的最直观且最重要的信息。

  HSS辊面评议方法。HSS辊面评议判定主要以下机辊面氧化膜粗糙度与状态为标准,采用“三纵九级”评分法则,依据辊面3个不同区域的氧化膜实际粗糙度等状况,将评分结果9级金字塔式简单量化。“三纵”是指将辊面轴向三等分周向环带区间,“九级”是指依据辊面粗糙度与氧化膜磨损状态将轧辊进行金字塔九级评分。

  当轧辊下机后,由技术人员对其辊面质量情况进行评分并记录。评委的结果可分为3类:可接受、质疑、不可接受。

  如果评分结果三方均可接受,则直接登记入册;如果有一方或以上对结果提出异议或不可接受,则还要将原因等信息备案,以待积累更多数据后分析。

  优化工艺与管理

  冷却系统的优化。对轧辊良好的冷却是减少轧辊表面氧化膜过度增厚的最有效方法。它避免轧辊表面暴露在产生氧化的高温下,可保持氧化膜的良好附着性能而不脱落,不至于造成表皮和表面剥落。因此要提高、稳定水压,保障冷却水有足够的水压,保证工作辊冷却系统有效,较适合的水压为7bar~15bar。

  另外,还可采用改善水嘴的形状、位置、角度、分布情况和喷洒高度等方法:水嘴的位置应放置在能最大限度消除热能的地方;在机架安装流量控制阀,工作辊中部的温度最高,需要更多的冷却水集中喷洒。

  保障冷却水水质也很重要,这须要确保冷却水的过滤系统正常,防止喷嘴堵塞影响辊面和带钢质量。建议定期取样监控。

  冷却水温也十分重要,特别是对那些在不同季节水温有很大波动的轧机。为了更好地使用轧辊,可将冷却水的温度控制在一定范围内。

  还要时刻监控HSS轧辊的下机温度。测量时间控制在下机后15min~30min,温度应控制在55℃~65℃,但是较低的辊温可更好地改善轧辊的表面质量。

  轧制润滑功能的投用。使用轧制油润滑可减少轧辊的摩擦系数,因此可减小轧制负荷,降低表面温度,减少热裂纹和降低在轧辊表面的剪切力,从而能更持久地保持轧辊表面良好的状况。同时,润滑使得摩擦更加稳定,也可降低功率消耗,减小轧辊的磨损,改善轧材的表面质量。

  首先,油品的选择十分重要。好的润滑油应具备良好的润滑性和足够的油膜强度,具有良好的吸附性,在轧辊表面形成牢固油膜,有较高的闪点和热分解稳定性,具有良好的抗乳化性。

  其次,由于轧机在设计时采用工作辊RGL润滑系统,辊缝润滑在机架入口侧,该厂相应地对功能控制时序进行调整,尽量在机架加载延时以后再开启,同时根据投入润滑后轧制力的变化来确定各机架油从开启到起作用即油水混合喷出的延时时间。尽量使其靠前,充分发挥辊缝润滑的作用。

  再其次,该厂对喷油压力、型号、材质进行调整,使其达到最佳雾化效果。

  “黑斑”问题的分析与改善。该厂通过辊面评分方法的跟踪,以及对轧机工况系统的改善,找到了出现“黑斑”问题的根源。它与使用工况、组织结构、氧化机理的关系密不可分,尤其与工况系统中冷却水和轧制润滑的关系最为紧密。

  HSS轧辊氧化膜产生的动力(能量)主要来自于轧钢系统带来的热能和轧制力部分动能转变的热能。当氧化膜厚度较小时(颜色从黄色变至蓝色,厚度为0.4μmm~0.7μmm),氧化膜牢固度较好且可降低轧钢摩擦系数。此时氧化膜轻微、缓慢磨损,同时不断生成新的氧化膜。当水冷却系统和轧制润滑系统对辊面的冷却能力不足以抑制氧化膜过快生长时,则会导致氧化膜厚度较大(黑色,厚度不小于1μm)。此时氧化膜很脆,附着能力急剧下降,氧化膜的剥落和磨损速度加快。因此轧辊表面显得粗糙,甚至引起表面氧化膜大面积剥落的现象,轧辊表面变成银白色,然后氧化重新开始。

  氧化动力系统还取决于碳化物的种类和体积分数,而摩擦系数与氧化后不同的表面形态和氧化物的附着性能有关。据有关资料显示,MC型碳化物被氧化深度要比基体组织大。

  由于氧化膜和轧辊表面的膨胀系数不一样,与轧制方向相反的接触圆弧处会发生变形,造成氧化膜的流动(如果氧化膜太厚而且结合得不牢)。同时,氧化膜与基体组织的磨损有关,高硬度碳化物(3000HV)留在基体组织的表面,经过轧制过程中的不断磨损,就会出现流星磨损。

  有证据表明,不同HSS轧辊制造商因生产工艺与组织成分的差别,细小、弥散的碳化物使“黑斑”出现得更晚、更小。

  根据实际生产总结的经验,精轧前机架的HSS出现的“黑斑”一般不影响带钢表面质量。但要注意的是,“黑斑”发展过于严重或将直接影响HSS磨耗。

  磨削参数的改进。HSS轧辊由极高耐磨性的材料制造,其硬度远比普通材质轧辊高。磨床采用传统的磨削方法常常事倍功半,不仅磨削时间特别长,而且容易产生走刀痕、表面刮痕、振纹等磨削失误。轧辊磨削过程是极为重要的,如果要将HSS轧辊的优越性充分发挥出来,磨削控制是必不可少的。

  HSS轧辊使用记录。在HSS轧辊使用初期,一定要做好详细的使用记录,尽可能地将过程中的各种参数收集起来,为将来HSS使用效果和厂家的比对提供准确的依据。

  该厂通过HSS辊面评议办法的实施,为HSS轧辊工况改善提供了可靠、真实的依据。该厂轧辊下机温度由改善前的70℃降至目前的60℃左右;F2/3 机架周期使用次数由2次提高到4次~5次,磨削时间由75分钟/支缩短到45分钟/支;轧制振动消除;平均轧制力降幅达12%,电耗下降10%;HSS轧辊下机氧化膜变得十分均匀、致密、光滑;带钢表面质量明显改善,产品表面平整光滑,缺陷率大幅降低。该技术的开发,为热轧线轧辊管理积累了宝贵的使用经验,应用前景广阔。

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