铝热连轧轧辊选用和控制浅析

罗 虎

(山东南山铝业股份有限公司国家铝合金压力加工工程技术研究中心，山东龙口265706)



铝热连轧轧辊选用和控制浅析

罗 虎

(山东南山铝业股份有限公司国家铝合金压力加工工程技术研究中心，山东龙口265706)

根据“1+4”铝热连轧实际生产过程中轧辊使用状态，对轧辊的材质、磨削和使用控制维护等进行了简要介绍。

热连轧；轧辊；轧辊材质；硬度；磨削；粗糙度

轧辊是铝板带生产中必需的生产工具，在生产过程中，轧辊除了承受强大的轧制力外，其辊面还受到轧材的强力磨损，在轧材的高温作用下，辊面极易产生氧化，氧化膜易脱落，加速了轧辊的失效。此外，轧辊在工作中还会反复被轧材加热和乳液冷却，经受温度变化幅度较大的激冷激热，产生很大的热应力[1]。轧辊在此种环境下持续工作，表面容易产生疲劳及裂纹缺陷，从而导致轧辊磨损增大、带材表面质量下降等负面作用。因此在铝板带加工过程中如何合理的选择轧辊材质、制定合理的轧辊使用规程，对于产品表面质量的保障和提高，有着重要意义。

南山轻合金热轧厂主要设备为“1+4”热连轧生产线，粗、精轧均采用4实心辊结构，设计年产能75万t，目前主要生产易拉罐、乳品包装用铝合金卷材。此类板带表面质量要求较高，通过长期比对摸索试验，笔者根据不同的产品要求，对轧辊材质选择及使用控制进行了总结和整理。

1 轧辊材质的选择

有色金属板带轧制用工作辊一般选用锻造合金钢，属于锻造轧辊的一种[1]。不同于轧钢用工作辊，铝合金高速热连轧机工作辊材质硬度相对较小。国内外针对此类轧辊一般选用70Cr3Mo、 86CrMoV7等锻钢材料，工艺形式采用工频淬火的方法[2]。轧辊性能指标直接影响产品表面质量和轧辊使用寿命，轧辊硬度低，轧制时易产生压坑，导致轧辊表面出现轧辊印痕，且降低轧辊的耐磨性和使用寿命；轧辊硬度过高，轧辊韧性下降而变脆，热轧过程中易龟裂或剥落。因此在选用轧辊时必须选取合适的轧辊硬度[3]。

轧辊材质直接决定了轧辊性能指标，其发展的明显趋势是广泛使用合金元素且逐渐提高合金化程度[1]。早期使用的轧辊组织以M3C型碳化物为主，如Fe3C等，后来逐渐加入合金元素铬、镍等，碳化物仍以M3C为主，但碳化物由Fe3C转变为(Fe,Cr)3C，碳化物硬度得到提高，同时轧辊基本组织由珠光体变为了马氏体和贝氏体，耐磨性明显提高。为了应对越来越快的连轧速度和越来越高的带材产品质量要求，在轧辊制造中继续提高了铬元素含量，以进一步提高轧辊硬度和耐磨性。铬元素含量提高后，轧辊中主要碳化物由M3C转变为M7C3型，如Cr7C3等，轧辊硬度得以提高的同时碳化物形态也明显改善，由网状分布变成菊花状分布，力学性能尤其是冲击韧性和断裂韧性也大幅度提高，轧辊使用性能明显改善。

随着锻造技术和不同时期生产质量要求的提高，铝热轧机工作辊材质选择变化情况如表1所示。

从表1中可以看出，80年代以前铝板带轧制用辊主要选用3CrMo材质，强化相主要为M3C和少量M7C3。随着铝热连轧轧制速度越来越快，成品厚度越来越薄，铝热轧用工作辊对轧辊本身的耐磨性、刚性等提出了更高要求，目前铝板带热连轧轧辊材质主要为5CrMo，其中主要强化相为M7C3。为满足带材板形、表面质量等要求，目前南山热轧轧辊选用较多的材质为5Cr60Mo、5Cr80Mo，少数也选用5Cr100Mo，粗轧轧辊Mo含量低于精轧轧辊。根据生产工艺要求的不同，要求粗轧轧辊硬度大于68Hsd，辊面硬度偏差小于4Hsd；精轧轧辊硬度大于73Hsd，辊面硬度偏差小于3Hsd。目前的轧辊能够满足现场产品生产要求，整体使用情况较好。

表1 不同时期热轧机工作辊材质Tab.1 Work roll materials of hot rolling mill in different periods

2 轧辊的磨削和使用

2.1 热轧工作辊的磨削控制

罐用铝合金一般选用3104、5052、5182合金，此类合金成品轧制温度高、精轧压下量大，同时要求有较高的板形及表面质量，因此精轧轧辊磨削控制情况将直接关系到成品质量。为适应此类产品的质量要求，磨削过程中需根据粗、精轧轧辊性能特点对单次磨削量进行控制。根据生产经验粗轧轧辊每次磨削0.3～0.5mm，精轧轧辊每次磨削0.1～0.3mm，以消除辊面疲劳层，防止辊面发生异常剥落影响产品表面质量。同时控制辊面粗糙度Ra≤1.2μm，轧辊辊形应为凹辊，辊形凹度≤0.10mm，以获得较好的带材表面质量和板形质量。

另外根据轧辊材质的不同，在磨削过程中还应对砂轮材质和磨削工艺进行匹配。砂轮是由许多细微且坚硬的磨粒(磨料)经结合剂粘结而成的，磨粒与结合剂之间有许多空隙，起到散热和容纳磨屑的作用，三者的选择匹配对轧辊磨削控制有着重要作用。因此在磨削过程中应针对轧辊硬度差别，选择满足辊面磨削要求的砂轮和磨削工艺，通常轧辊硬度越高，所选择的砂轮硬度越小。

2.2 热轧工作辊的使用控制

热轧过程中轧辊与板带表面直接接触，轧辊表面承受高温、高压、急冷急热等各种恶劣情况。因此实际生产过程中，需要制定一个较为合理的使用规范和要求，以提高轧辊的使用寿命和轧制通过量。

2.2.1 工作辊的预热

为了防止轧辊在使用过程中由于温度骤升产生热裂纹，应在轧辊使用前进行轧辊预热，一般预热时间控制在30min左右。使用机架内润滑喷射系统直接将乳液喷至辊面预热轧辊表面，一方面可在一定程度上防止热裂纹的产生，另一方面可使辊形更接近轧制状态，提高轧制稳定性。

2.2.2 合理更换工作辊

制定合理的换辊周期能有效防止轧辊的过度疲劳和热裂纹扩展。不同于一般单机架或水冷轧辊轧机，根据不同的合金轧制计划安排，热连轧粗轧工作辊在连续轧制200块铸锭以上时，精轧工作辊在连续轧制100～200km时，需要进行轧辊更换。同时，更换轧辊后，需留有足够时间使轧辊自然冷却，因此需根据实际产量配备足够的粗、精轧工作辊。

笔者以生产罐用3104合金为例，对轧辊的使用磨损情况进行了统计分析。由于此类合金成品温度高、轧制速度快、精轧整体压下率大，轧辊损耗较其他合金更为显著；且随着辊面的磨损，轧辊表面粗糙度下降明显。同时，由于3104合金轧制过程中卷取速度最快可达6～7m/s，辊面粗糙度的变化将直接影响带材穿带及轧制过程中的稳定性，因此在轧制罐用3104合金时必须制定一个合理的换辊周期。生产3104合金时，笔者对轧辊表面粗糙度损耗变化情况进行分析，结果如图1所示。

图1 轧辊表面粗糙度与轧制长度关联性

由图1可知，轧制初期轧辊表面粗糙度迅速降低，在轧制至约50km时，粗糙度Ra值降至约0.5μm；同时在后续一个很长的轧制时间内，轧辊辊面粗糙度Ra值基本稳定在0.4～0.5μm之间；在此粗糙度条件下，轧制时已经开始出现“打滑”现象，严重影响到轧制稳定性，需根据轧制情况对轧辊进行更换。

材质不同则轧辊表面耐磨性不同，为了更好的保持轧制稳定性，应在轧辊启用初期，对辊面粗糙度变化情况进行检测，针对不同材质的轧辊制定出适用于实际生产需求的换辊周期。

2.2.3 工作辊的日常维护

轧辊的设计、制造、使用维护质量直接影响轧辊的使用寿命，制定合理的轧辊使用、维护和管理规程能够显著提高轧辊的使用寿命。在使用过程中轧辊承受巨大的交变应力，且在轧制过程中经常存在轧制跑偏、粘铝、断带等异常轧制事故，对轧辊表面产生不良影响。因此在轧辊更换后应进行充分冷却，使轧辊表面残余应力得到充分释放，同时还应定期对轧辊质量进行检测，采用涡流探伤或超声波探伤等方式对轧辊表面和内部质量进行定期检测，在轧辊出现缺陷的初期即进行相应处理，提高轧辊使用寿命。不同生产单位应根据轧辊数量和轧制产品特点等制定出相应的轧辊使用维护规范，以保障轧辊在使用前、中和使用后均有相应制度予以保障和约束。

3 结语

轧辊是铝板带热连轧生产过程中重要的生产工具，轧辊的选用和使用均必须根据生产设备和产品结构情况进行确定。硬度作为评估轧辊性能的关键指标之一，不论是在启用时还是在使用中都需进行定期检测，在使用过程中还应对出现的各类异常情况予以记录和跟踪。只有依据生产实际情况选定适用于生产需要的轧辊材质并制定合理的使用规程，才能充分发挥轧辊的作用，提高生产稳定性，降低轧辊的使用运行成本。

[1] 符寒光,邢建东.高速钢轧辊制造技术[M].冶金工业出版社,2007.

[2]赵席春,郭峰,赵丽,白云龙.有色轧机用4%Cr工作辊的制造[J]. 大型铸锻件, 2003, (01)：

[3]肖亚庆.铝加工技术实用手册[M]. 冶金工业出版社,2005.

Analysis of Roll Selection and Maintenance for Aluminum Hot Continuous Rolling

LUO Hu

(National Engineering Research Center for Plastic Working of Aluminum Alloys, Shan dong Nanshan Aluminum Co., Ltd., Longkou 265706, China)

The paper focused on rolls used in 1+4 hot continuous rolling production line in actual production; it presented points of interests in roll material selection, grinding and maintenance.

hot continuous rolling; roll; roll material; hardness; grinding; roughness

2015-02-02

罗虎(1986-)，男，助理工程师，主要从事铝加工的生产工艺管理工作。

TG333.17

B

1671-6795(2015)05-0050-03