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1、首钢高速线材厂提高成材率首钢高速线材厂2008年前两个月成材率指标取得重大突破，线材产品的综合成材率达到97.61，棒材产品的成材率达到95.99。综合媒体3月26日报道，随着首钢北京地区搬迁压产力度的进一步加大，钢坯供应紧张的状况成为首钢高速线材厂完成2008年任务最大的障碍和最突出的矛盾。为全面落实“好字优先、稳中求进”的工作要求，高速线材厂把提高成材率作为2008年降本增效的核心任务，通过狠抓各项措施的落实，2008年前两个月，该厂成材率指标取得重大突破，线材产品的综合成材率达到97.61，比2007年提高0.05；棒材产品的成材率达到95.99，比2007年提高了0.76，双双达到历史
2、最好水平。二区域加热炉属运行末期，烧损较高。针对这一现状，该厂把加热炉的合理维护，控制加热温度作为一项主要措施。同时，加大5.5规格攻关力度，加强该区域的轧检废控制，努力实现在目前产品结构下，成材率达到96.50%以上的目标。通过吐丝质量攻关，降低吐丝后的辊道消耗水平，实现由2007年的月均80支控制到60支以内。控制中间消耗，包括各拳头产品的头尾剪切量、性能不良的剪除量，散卷整理的剪除量等，努力实现中间消耗控制在2.60%以内。三区域生产全部为精品棒材和盘圆产品，其正常消耗高于线材生产。针对这一特点，通过合理控制定尺及回切水平，降低正常回切产品产生的成材率消耗，使抽油杆钢成材率达到94.0%
3、。进一步强化现有的大规格生产措施，在保证质量的前提下，按新标准控制减少划伤的废品量。利用简易精整线设备进行小规格产品的矫直、探伤和测径，既保证了最终产品质量，同时消除了弯钢等废品的产生，提高成材率指标。针对2008年指标高要求的生产特点，首钢高速线材厂紧密结合生产现状，组织开展了一系列强化培训。通过培训，进一步提高岗位职工对操作标准的认识，使操作更趋熟练与规范。同时，加强对现场操作和实物质量的检查力度。该厂技术部门和各区域组成现场工艺检查组，每天对中夜班的入库产品和白班的在线产品实物质量进行检查，不但使现场工艺与操作的情况得以真实反映，而且提高了岗位职工执行操作标准的自觉性。通过各项管理措施的
4、落实，2008年前两个月，该厂主抓的几个重点品种指标均大幅提高。一区域硬线成材率达到98.25，二区域的5.5规格成材率达到96.81，三区域抽油杆钢成材率达到93.94，均比上年有所提高。1前言为充分发挥国有老企业唐钢公司的综合优势，适应国内外钢材市场的需要，调整产品结构，提高企业适应市场变化的竞争力，该公司引进了具有八十年代先进水平的高速线材生产线，并于1989年建成投产。该生产线设计能力35万ta，轧制速度为90ms，最高可达108ms，产品规格为5.513mm盘卷，1012mm螺纹盘卷。其生产工艺流程如下：连铸坯(135mm135mm)上料台架输送辊道定尺、检测、剔出步进炉加热出炉夹送
5、、废品或事故卡断剪4500mm紧凑式粗轧机1切头、切废飞剪5400mm悬臂辊环中轧机2切头、尾、切废飞剪6300mm悬臂辊环预精轧机(机架中间有立活套)3切头飞剪、转向器侧活套废品卡断剪10210mm悬臂辊环精轧机组(1575)三段水冷箱水冷(中间有恢复段)夹送辊夹送，吐丝机吐丝斯太尔摩风冷辊道人工剪尾小车运卷、卸卷PF线(勾式运输)人工剪头、检查打包称量卸卷入库。该厂在试生产过程中，事故频繁，废品严重。为此，从原料准备，加热规格和轧制工艺等三个方面入手，采取了许多措施和方法，从而使事故大大减少，生产逐步趋于正常，产品的成材率，合格率也得到了大幅度提高。本文拟从这三个方面，对提高产品成材率、合
6、格率的方法、措施加以介绍。2严格坯料检查为防止轧制事故发生，提高产品质量，对钢坯规定如下技术条件：(1)断面尺寸及偏差为135mm(4mm)135mm(4mm)；长度偏差，定尺12m80mm；短尺9m12m。(2)整个钢坯全长总弯曲度不得大于100mm。(3)钢坯表面不得有肉眼可见的裂纹、重接、翻皮、结疤、夹杂；不得有深度或高度大于3mm的划痕、压痕、擦伤、气孔、皱纹、冷溅、耳子、凸块、凹坑和深度大于2mm的发纹。(4)连铸坯横截面不得有缩孔、皮下气泡。(5)加强钢坯化学成分，内部夹杂物检查；作好坯料表面缺陷清理；严格坯料管理，防止混号。3规范加热操作，减少烧损为提高加热效果，减少烧损，规定了
7、严格的加热操作规程，以6080钢为例介绍如下：(1)钢坯加热温度严格控制在10801150之间，预热段温度按500550控制。(2)炉内火焰按中性或还原性控制。(3)在加热段应快速加热，坯料在高温下停留时间不得过长，装钢时要求有六个空步。(4)根据轧制情况及时调整炉温，停轧半小时以上加热段和均热段炉温须降至1000，1小时以上降至900，2小时以上降至600800，当停车时间超过半小时，重新开车轧制，须另行取样，成品分垛堆放。4改善轧机设备和轧制工艺，提高成材率针对轧废产生的原因，解决堆钢，减少轧废的具体措施如下：(1)避免500mm轧机轧辊断裂试车时，常发生500mm轧机轧辊断裂而卡钢。解决
8、办法是延长轧辊时效时间；防止轧低温钢；改进轧辊冷却水喷嘴结构，防止喷嘴堵塞；净化循环冷却水。(2)减少500mm轧机出口导卫事故保证各架轧机出口导卫尺寸合适，改进导卫固定、安装方法，防止出口导卫在轧制过程中被拉出。(3)调整丝杠选择耐用的丝杠材质，提高加工精度，定期检查加油，尽量使辊缝变动最小。(4)使平衡杠正常作用加强检查，保证平衡杠正常工作。(5)避免辊环崩断原设计的粗、中轧延伸率和变形量较大，辊环难以承受，经常造成400mm轧机辊环崩断，通过分析并对电机负荷表进行对比，发现4mm轧机负荷偏大，而300mm轧机负荷偏小，为此，对各道压下量进行了重新分配，从而使轧机负荷均匀，解决了400mm
9、轧机崩辊环的问题。210mm精轧机的碳化钨辊环也时有崩断，原因是生产中导卫、冷却水管松动，刮碰辊环导致辊环崩断；另外冷却水嘴堵塞，水量不足，或者堆钢后用气割处理事故时操作不当，辊环温度过高，处理完事故生产时，立即通冷却水，易造成辊环崩断。针对上述问题，采用相应措施，使问题基本得到解决。(6)减少轧件被拉断生产中为避免轧机堆钢，曾应用了较大张力方式运行。但由于张力控制不稳定，造成轧件拉断事故。解决办法是，严格保证精轧机入口轧件尺寸精确，以稳定立活套高度为原则，合理分配精轧前各道次延伸系数，采用计算机控制级联调速等措施，基本解决了轧件被拉断问题。(7)减少精轧机、废品箱、水冷段的堆钢生产中造成堆钢
10、的原因为：精轧机内保护用的鱼尾线由于不结实，自动断裂；精轧机内各架辊环尺寸不匹配，造成秒流量不等；内导卫架因堆钢而倾斜，从而造成导卫不正；导卫的导轮及轴承质量不好而损坏；钢温过高使导卫粘钢；润滑、冷却导卫的油气管道堵塞造成导卫烧损；水冷段各导管安装不正；导管内孔磨损严重而未能及时更换；冷却水压力过大造成轧件运行不稳定；吐丝机振动严重；轧机终轧速度太高；精轧机最后一架出口速度与吐丝机的速度匹配不当等等，造成轧件堆钢或拉断。对上述问题须采取相应措施，逐一解决。(8)避免吐丝机甩尾、风冷辊道与集卷筒乱卷对吐丝机甩尾，采取了如下措施：1)选择优良的耐热钢管作为吐丝管。2)要求钢管的壁厚均匀。3)弯管时
11、，弯完一根后放在弯管机上，等自然冷却后再拿下来，以防变形。4)装管时必须到位，按标准拧紧紧固螺丝，防止振动。5)吐丝管长度必须严格控制，保证尺寸精度。采取上述措施后，解决了吐丝机甩尾、堆钢问题，并使线圈吐得圆，利于减少风冷辊道与集卷筒乱卷。(9)正常运行飞剪应经常检查剪刀是否松动，是否变钝，并定期更换剪刀。(10)减少轧件劈头及合理切头通常保守的作法是粗轧后即用飞剪将头部切去，以避免出现劈头，利于咬入。但这会使成材率降低。对粗轧后的轧件头部形成进行分析，发现该道轧件在头部前端存在着相对外凸的角部，成为形成劈头的根源。在凸起角度的方向上，其尺寸的减缩量达到某一数值后将可能出现劈头。因此，在减缩量
12、达到出现劈头的临界值时，实施切头，即可使切头损耗有效地减少，利于提高成材率。(11)改进粗轧前的1卡断剪原来1卡断剪能力偏小，造成轧件卡不断，为此，对1卡断剪进行了改造，加大剪切力，这样，当后部工序发生事故时，1卡断剪启动，卡断轧件，将余下部分退回炉中，可提高成材率。(12)换辊、换班时须试小钢当换辊、换班时，由于辊子表面光滑并有油污，且辊径有变化，应试小钢，等一切正常后，再进行正常轧制，可提高成材率。(13)减少轧材的扭转现象400轧机第一架5孔型中钢料发生扭转，表面刮丝严重，成品表面质量差，出现结疤、生皮等缺陷。原因一是5孔来料偏大，而且轧件形状由原设计单鼓形变成半圆形，故易造成轧件在5孔
13、型中不稳定。二是5孔型设计参数不合理。5孔为过渡箱型孔，原设计槽底宽度大于轧件尺寸，故孔型对轧件无夹持作用，在变形量加大时，易造成轧件扭转，扭转后的轧件撞击导卫出现刮丝现象，造成轧件表面缺陷。针对上述原因，作相应改进，问题得到解决。5结语采取上述各项措施后，生产事故大大减少，产品产量、质量得到了大幅度提高，并大大提高了产品的成材率与合格率，实现了唐钢高速线材厂高产、稳产的目标。高速钢轧辊研究和应用的进展符寒光吴建中陈群摘要介绍近年来国外高速钢轧辊研究、开发及广泛应用的情况。在总结国内外高速钢初轧轧辊研究与应用进展的基础上，指出了我国与国外先进水平间的差距，建议宝钢重点加强高速钢轧辊使用特性的研
14、究，同时与国内的轧辊科研和制造单位加强合作，以期尽快开发出高性能的国产高速钢轧辊。关键词高速钢轧辊制造方法使用效果技术性能PROGRESS ON THE RESEARCH AND APPLICATION OF HIGH SPEED STEEL ROLLSFu hanguangWu Jianzhong（Beijing Researching Institute of Metallurgical Equipment）Chen Qun（Baopen Industry and Commerce Coof Baosteel Industry Co）AbstractThe recent research
15、and application on high speed steel roll both at home and abroad were summarizedThe gap between the advanced level of world and ours was put outIt was suggested that Baosteel should pay more attention to accelerate the study and application of the property of high speed steel rolls and cooperate wit
16、h the scientific research institutions and manufacturers in China in order to develop high speed steel rolls with excellent performanceKey WordsHigh Speed Steel Roll，Manufacturing Method，Service Effect，Property1前言不断应用新技术提高轧材质量和精度，降低生产成本是当今轧制技术进步的努力方向，与此同时也对轧辊的耐磨性、强度及韧性提出了更高的要求(见表1)。如何提高轧辊的性能以适应轧机的需要
17、，是轧辊研制者面临的新课题。近年来，在轧辊研制者的努力下，将高速钢材料应用于热轧轧辊制造上，取得了突破性的进展。高速钢热轧轧辊的正式采用是从1988年开始的，当时是用在日本一家热轧带钢连轧机上，美国是90年代初开始引入高速钢轧辊的，欧洲起步稍晚。我国高速钢热轧轧辊的研制和生产以前尚属空白，近年来，冶金部钢研院、设备院等单位开展了高速钢轧辊的研究和应用工作，取得的成果是令人满意的。总结国内外高速钢轧辊研究和应用中的成功经验，对于推动我国高速钢轧辊的开发应用将是有益的。表1轧机和轧制技术的进步引起的轧制载荷的变化1轧制技术轧制载荷应力MPa过去现在双轴承座弯辊辊颈弯曲应力50100200六辊轧机辊
18、身接触应力1000200020002500交叉辊轧机辊颈传动力501503502高速钢轧辊的主要特点高速钢轧辊的主要性能、特点归纳如下：(1)高速钢轧辊中碳化物的特点。高速钢轧辊因含有较多的合金元素W、Cr、Mo、V等，在凝固和热处理过程中，这些合金元素形成了一次和二次碳化物，使轧辊具有很高的硬度和耐磨性(各种碳化物的硬度可见图1)，例如高铬铸铁轧辊中碳化物是M7C3，其硬度为Hv2500，无限冷硬铸铁轧辊中，碳化物是Fe3C，其硬度为Hv1300，而高速钢轧辊中主要含有MC（Hv3000）、M7C3（Hv2500）和M6C（Hv2000），使其比其他类型轧辊具有更良好的硬度和耐磨性。图1各种
19、合金碳化物的硬度比较2(2)高速钢轧辊制造的特点。通常使用的是高速钢复合轧辊，其外层的高速钢含有较多的合金碳化物形成元素W、Cr、Mo、V等，因这些合金元素的比重差别很大：W（19.1)、Cr(7.2)、Mo(10.2)、V(5.8)、Fe(7.86)，采用一般的离心铸造方法时，由于明显的合金偏析而无法获得完好的复合轧辊，为此国外开发了连续浇铸轧辊外层的复合轧辊制造方法，简称CPC法，此种方法如图2所示。其工作过程是将熔融的高速钢水浇铸到垂直装置的锻钢心和水冷结晶模之间。熔融的外层钢水与锻钢心熔合的同时凝固，然后通过拉拔机构将轧辊向下拉，钢水保持不断浇入，不断凝固，然后不断向下拉出，最终形成高
20、速钢外层、锻钢心部的高速钢复合轧辊。为了保证外层与心部良好熔合，用感应圈加热熔融金属和锻钢心部。这种方法生产轧辊时，熔融金属由下而上凝固，有利于液体金属的补缩，不产生缩孔、疏松等铸造缺陷，同时还可采用高的凝固速度细化组织。用CPC法制造的高速钢复合轧辊，不仅克服了常规离心铸造方法所产生的合金元素偏析，而且复合轧辊的心部可采用高强度锻钢，这也是离心铸造方法所做不到的。图2CPC法生产高速钢复合轧辊3日新制钢所设计的一套CPC装置4，其能力如下：辊身直径：250850mm；外层长度：3000mm；外层厚度：100mm；轧辊长度：5700mm；轧辊重量：15000kg。(3)高速钢轧辊的性能。与高铬
21、铸铁轧辊及高镍铬无限冷硬铸铁轧辊比较，高速钢轧辊的物理性能见表2，高速钢轧辊的机械性能见表3，由于用CPC方法制造的高速钢复合轧辊辊芯选用高强度锻钢，而且辊芯与轧辊外层的结合是无缺陷的冶金结合，因此高速钢复合轧辊辊芯抗拉强度高，结合层强度高，因此可提高轧辊的弯曲负载，从而可使轧材获得较好的板型。表2轧辊的物理性能4生产 方法材料(外层/芯部)热导率KW（m.K）比热CJ（kg.K）密度kgm3线膨胀系数105K杨氏模量E104MPa波松比CPC高碳高速钢合金锻钢25.542.00.50.5770078501.31.423.520.60.270.29离心铸造高合金无限冷硬铸铁/球铁23.527.
22、00.540.59750072000.81.217.520.50.270.30高铬铸铁/球铁20.027.00.590.59760072001.31.222.020.50.300.30表3轧辊的机械性能5类别项目单位轧辊外层材质高速钢高铬铸铁高合金无限冷硬铸铁外层硬度 抗拉强度抗压强度破坏韧性值HscMPaMPaMPa.m0.57090700100025003200252870807009001700220021347585400600190025001825辊芯抗拉强度MPa7001000400500300500结合层抗拉强度MPa500700300400300500(4)高速钢轧辊使用上的
23、特点。因高速钢轧辊可用高强度锻钢作辊芯，允许存在大的残余压应力分布，高速钢轧辊外层的残余压应力为200300MPa，比一般轧辊的100200MPa要高。同一般轧辊相比，高速钢轧辊大的残余压应力更能防止裂纹的渗入与传播，对提高轧辊寿命是十分有利的。此外，用于热带钢轧机上时，高速钢轧辊比常规轧辊能更快地生成氧化膜，而氧化膜的出现，可降低带钢与轧辊表面的摩擦，防止轧辊粘钢，能明显地降低轧辊初期磨损，对提高轧辊寿命是十分有利的6。3高速钢轧辊的研究与应用3.1国外高速钢轧辊的研究与应用80年代以前，锻造高速钢轧辊已用于制造多辊轧机的工作辊和中间辊，使用的是标准类型钨钼高速钢，如美国M2、M4，以及高碳
24、类型T15。但高速钢大型铸锭不但锻造和热处理难度极大，而且极易因组织的不均匀、偏析和疏松等缺陷影响轧辊性能。若高速钢铸锭采用电渣重熔则可使组织均匀、偏析减小、缩孔和疏松等缺陷减少7。日本关东特殊制钢用1.52.5C、4.58V、Cr6、（Mo0.5W）5的高速钢电渣锭锻造成600mm和760mm、硬度7882Hs的热带钢轧辊，使用性能良好8。但高速钢铸锭采用电渣重熔工艺，电耗高，生产成本高，因此锻造高速钢轧辊的研究与推广应用一直进展非常缓慢。直到80年代末日本开发了高速钢复合轧辊制造技术以后，高速钢轧辊制造成本的降低才变成现实。近年来，高速钢复合轧辊的研究和推广应用进展迅速，经过短短10年的轧
25、机使用表明，高速钢轧辊与原来使用的轧辊相比具有高耐磨性能和良好的耐表面粗糙性能。目前高速钢轧辊不仅用于热带钢连轧机组，在冷轧机和型材轧机上也显示了良好的应用前景。据报道，日本NKK京滨制铁所的热带钢连轧机精轧机架F1、F2、F4、F5自90年代以来，使用高速钢轧辊的比例已达到：F1 50、F2 70、F4 60、F5 60，使用效果见图3，可见，同原先采用的高铬铸铁、半钢、高镍铬无限冷硬铸铁轧辊相比，轧制吨位数大幅度提高，F1F4约为10000t，F5约为6000t，辊耗大幅度降低，高速钢轧辊的辊耗在F1机架是原来采用高铬铸铁轧辊的1/5，在F2机架为1/7，在F4机架为原来采用高镍铬无限冷硬
26、轧辊的1/13，在F5机架为1/8。该厂已计划今后全部精轧机均采用高速钢轧辊。加拿大DOFASCO钢厂在1993年开始试用高速钢复合轧辊，经过3年的试用之后，结果表明：通过使用高速钢轧辊，在改善钢板表面质量、降低轧辊消耗和由于减少换辊次数而增加轧机运转率等几个方面均取得了满意的结果，高速钢轧辊的使用寿命比高铬铸铁轧辊至少延长2倍。从1989年开始，法国Kure热轧厂在精轧机架(F7除外)使用高速钢轧辊，结果表明，高速钢轧辊的耐磨性是无限冷硬轧辊的5倍9，且具有优越的抗表面粗糙性能。在使用过程中曾出现氧化铁皮缺陷，究其原因是：当时使用的高速钢辊所含的VC，随着使用时基体的磨损而凸出，导致摩擦系数
27、上升，调整材质后，已无氧化铁皮细孔缺陷发生。另外在刚开始使用高速钢轧辊时，板带中间出现中间浪，其原因为高速钢轧辊的热膨胀系数大于普通材质轧辊，改变辊型曲线后，消除了中间浪。图3各种轧辊使用效果对比日本川崎制铁水岛制铁所的冷轧带钢轧机使用0.8%C、5%Cr、1V和适量Mo的半高速钢轧辊，其轧辊消耗指数仅为采用5%Cr锻钢轧辊的20%。日本日立制作所用电渣重熔法生产的半高速钢冷轧工作辊，硬度高达Hs92，轧制难变形钢种时，每次换辊周期的轧制量比5%Cr锻钢工作辊成倍上升。用热等静压法制造的高速钢组合轧辊(含2.5%C、4%Cr、4.7%Mo、13.7%W、8%V、10%Co），在线材精轧机组的使
28、用寿命为冷硬铸铁辊的4.6倍，在三辊Aker轧机的使用寿命为球墨铸铁轧辊的3.9倍。瑞典山特维克公司喷射沉积法制造3%C、6%Cr、4%Mo、7%W、6%Co、8%V成分的辊环(外径345mm、内径180mm），硬度HRC60，用于棒材精轧机，轧制量为6190tmm。随着高速钢轧辊使用范围的不断扩大，原来用CPC法制造的轧辊产量满足不了要求，日本川崎制铁公司开发了离心铸造法制造高速钢轧辊10。在生产过程中，发现有MC型碳化物偏析，影响其耐磨性，经检验MC型碳化物主要是一次结晶过程VC的偏析，因VC与热钢水的比重相差较大所致。防止VC偏析的方法是采用添加Nb元素提高MC型碳化物比重，并限制添加偏
29、析元素W和Mo，选择基本成分2.0C%-6V-Cr-Mo，添加1%1.5%Nb的钢进行实验，其结果表明，由于生成（V、Nb、Mo）系复合碳化物，其比重与热钢水比重相接近，使VC量减少，有效地控制了离心铸造高速钢的碳化物偏析，提高了高速钢轧辊的耐磨性能。用这一新方法生产的高速钢轧辊应用于川崎钢铁公司热带钢精轧机架后段轧机F5机架，轧辊的每mm轧钢量是镍铬无限冷硬铸铁轧辊的45倍，用于F2机架时，轧辊的每mm轧钢量大约是高铬铸铁轧辊的5倍。3.2国内高速钢轧辊的研究与应用同国外先进水平相比，我国高速钢轧辊的研究与应用还只能算是刚刚起步，尽管如此，目前已取得的成果还是相当惊人的。据文献11报道，冶金
30、部钢铁研究总院与唐山联强轧辊有限公司合作，于1997年底研制成功的高速钢复合轧辊，采用离心铸造方法生产，这种轧辊具有很高的硬度和耐磨性，特别是具有很好的热稳定性，其主要原因除钢中含有大量能形成碳化物的合金元素外，还因为良好的热处理技术，既保证了轧辊高速钢工作层的淬火效果，又能兼顾轧辊芯部材料的质量。钢研院开发的高速钢复合轧辊经热连轧窄带轧机和高速线材轧机近1年的使用表明，它具有以下特点：（1）轧辊工作层硬度高，可达到8085Hs，辊身表面硬度均匀，工作层内硬度落差几乎不降；（2）轧辊耐磨性好，首轮与末轮的耐磨性相近，在热连轧窄带钢轧机上使用，其综合使用寿命比原来高镍铬钼铸铁轧辊提高10.5倍，
31、辊耗由原来的2.3kgt降至0.22kgt；（3）轧辊抗热裂纹性能好，整个使用面见不到热裂纹，而且无剥落现象；（4）轧辊芯部强度高，不断裂；（5）钢材表面质量好；（6）由于轧辊综合使用寿命显著提高，具有较好的经济效益。北京冶金设备研究院针对国内线材轧机预精轧段辊环主要用高铬铸铁和高镍铬无限冷硬铸铁制造，个别钢厂使用硬质合金辊环，而前者使用寿命短，辊环更换频繁，轧机生产作业率低，后者生产成本又太高的情况，在借鉴国外先进技术的基础上，开发了高速钢辊环。实际使用表明，高速钢辊环不粘钢，不开裂，不打滑，使用效果明显优于高铬铸铁辊环和无限冷硬铸铁辊环，接近硬质合金辊环的水平，但生产成本比硬质合金辊环降低
32、65%75%，仅比高铬铸铁辊环高15%20%。使用高速钢辊环，可使轧钢厂对辊环的需求量和费用大幅度降低，而且减少了换辊次数，提高了轧机作业率，减轻了工人劳动强度，具有显著的经济效益。为了提高我国轧辊的使用水平，宝钢从国外引进了数根高速钢轧辊，在热带钢连轧机组上进行了试用，结果表明，其使用寿命达到高铬铸铁轧辊23倍，取得了较好的效果。4结束语为提高我国高速钢轧辊的研究、制造和使用水平，今后应着重加强以下五方面的研究：(1)加强对高速钢轧辊化学成分的研究。高速钢轧辊的化学成分应在大量实验研究的基础上进行科学设计，国外因钨资源缺乏，因此在高速钢轧辊中加入大量的Cr、Mo、V等合金元素，而我国情况则不
33、同，W资源十分丰富，Cr、Mo、V则相对缺乏，开发高速钢轧辊应结合我国国情，采用高W低Cr、Mo、V技术路线。如果没有创新，跟着外国人走，即使高速钢轧辊能开发成功，因其价格太高，在我国大量推广应用也将是十分困难的。(2)尽快制订高速钢轧辊标准。在开发高速钢轧辊过程中，应结合我国国情，尽快制订高速钢轧辊标准。该标准应具有国际先进水平，只有制订了高水平的标准，高速钢轧辊的推广使用才会出现新起色。(3)加强高速钢轧辊热处理工艺的研究。高速钢轧辊的性能除了与其化学成分及制造工艺有关外，热处理工艺也有很大影响，目前国外文献对高速钢轧辊的热处理工艺报道较少，并不能说明国外对高速钢轧辊的热处理不重视，主要原
34、因是出于对热处理技术的保护。国内有些学者提出高速钢轧辊的热处理可采用高速钢刀具热处理相同的工艺，实际上是不行的，因为前者重量大，工件内部应力大，若采用与高速钢刀具相同的热处理工艺，极易引起轧辊开裂。新开发的高速钢轧辊热处理工艺应简便易行，生产成本低，稳定性好。(4)加强高速钢轧辊使用特性的研究。高速钢轧辊尽管具有较高的耐磨性，但随着轧制负荷的增加，轧辊粘氧化铁皮问题日益严重，国外报道加润滑油润滑能改善其使用性能，但对润滑油的成分、性能、加入量和加入方法均无详细报道，值得我们深入研究。此外研磨高速钢轧辊时，辊身上脱落的硬质碳化物容易划伤辊面，研磨高速钢轧辊的磨粒及磨削工艺也有待进行深入研究。(5
35、)宝钢应尽快加速高速钢轧辊的国产化。宝钢已从国外引进了数根高速钢轧辊，并在热轧带钢轧机上投入了应用，取得的结果是较满意的。在应用高速钢轧辊方面，宝钢已积累了较多的经验，目前在国内处于领先地位，但与世界先进水平相比，已落后35年甚至更多，面对宝钢创世界一流的要求和国内外高速钢轧辊将要迅速推广使用的趋势，宝钢应重视高速钢轧辊的推广使用工作，具体来说应重视以下几项工作：在国内高速钢轧辊开发起步阶段，宝钢应从国外引进先进的高速钢轧辊。在目前热轧带钢轧机上试用高速钢轧辊的基础上应考虑在冷轧带钢轧机、钢管轧机和即将投产的高速线材轧机上试用高速钢轧辊，多积累高速钢轧辊的使用经验。为提高高速钢轧辊的使用效果，
36、应增设轧辊裂纹的监测设备，同时还应确定新的辊型曲线和调整轧制制度。使用高速钢轧辊后，由于轧辊使用寿命的明显延长，磨辊车间在轧辊的周转和管理上将会带来许多变化，应及早进行研究。宝钢应与国内的轧辊研究、制造单位通力合作，尽快开展高速钢轧辊的国产化研究。轧辊是消耗件，高速钢轧辊价格高，依赖进口要花费大量外汇，显然不符合我国国情，而我国目前已基本具备制造大型高速钢轧辊的能力，只要国内轧辊界齐心协力，开发具有世界先进水平的高速钢轧辊是完全有可能的。作者符寒光：34岁，硕士，高级工程师，北京冶金设备研究院材料研究室副主任，从事材料、铸造和表面处理工作。发表多篇论文，有多次国家发明专利和获奖成果。联系地址：
37、北京安外胜古庄2号9821信箱5室，邮编100029。作者单位：符寒光吴建中北京冶金设备研究院，100029 陈群宝钢工业公司宝鹏实业公司参考文献1刘和平高速钢热带成品轧辊新技术世界金属导报199711042Yoshikazu S，Toshiyuki H，Michio H，Characteristics of High-Carbon High Speed Steel Rolls for Hot Strip MillISIJ International1992，32（11）：119412013桥木光生，吉田幸一郎，大友清司等CPC高性能开发材料1991，4（2）：4504534Hashimoto
38、 M，Otomo S，Yoshida K，et alDevelopment of High-performance Roll by Continuous Pouring Process for CladdingISIJ International1992，32（11）：120212105桥木光生，川上保，小田高士等压延适用技术开发新日铁技报1995，（356）：76836David BC著，姜良玉译热带钢轧机高速钢轧辊应用世界钢铁1996（2）：42457李正邦电渣冶金原理及应用北京：冶金工业出版社，19978Kudo T，Kawashima S，Kurahashi R，Development
39、 of Monobloc Type High-carbon High-alloyed Rolls for Hot Rolling MillsISIJ International1992，32（11）：119011939Ishikawa J，Yamamoto Hand Kurita TetalApplication of high speed steel rolls to finishing stands in hot strip millsRevue de Metallurgie CIT1996（6）：89990510市野健司，片冈义弘，汤田浩二离心铸造热延仕上用高耐磨耗开发川崎制铁技报199
40、6，28（2）：899411赵猛高速钢复合轧辊研制成功中国冶金报19971130轧辊疲劳破坏的热力学分析张利钱征兵王国栋刘相华摘要通过对轧辊热状态和弹塑性变形情况的研究，利用热力学理论对其进行单元分析，得出了一种评估轧辊疲劳破坏的方法。关键词轧辊热力学弹塑性变形单元分析疲劳破坏THERMODYNAMIC ANALYSIS TO FATIGUE DAMAGE OF ROLLZhang LiQian ZhengbingWang GuodongLiu Xianghua（Northeastern University）AbstractAccording to study on the roll in
41、its hot situation and elasticplastic deformation，a method evaluating the rolls fatigue damage was obtained by the elemental analyzing with thermodynamic theoryKey WordsRoll，Thermodynamics，ElasticPlastic Deformation，Elemental Analysis，Fatigue Damage1前言疲劳破坏是由于材料变形中所产生的裂纹不断积累并扩展所造成的。在热轧带钢生产中，由于工作辊周期地受剧
42、烈的轴向载荷研磨和温度变化的影响，逐渐会产生一些原始裂纹。这个过程一直持续下去，将最终导致工作辊的疲劳破坏。疲劳破坏是一种非常复杂的现象。由于发生疲劳破坏时没有明显的预兆，并且有多种破坏形式，因此，对轧辊的疲劳破坏进行分析和评估是件很困难的事情。在热轧带钢生产中，由于工作辊与支承辊接触且同时受到热水雾的影响，从而会导致轧辊表面的热力学破坏1。这里，在不考虑腐蚀因素的前提下，我们将上述两种因素结合在一起，用热力学理论对工作辊进行单元分析，以便找到一种测量其破坏程度的方法，这对于提高轧制工艺水平以及为轧辊的疲劳破坏提供预测模型是非常有意义的。2解析方法2.1热传导定律热传导定律和傅里叶变换的数学表
43、达式如下：2（1）其中qn沿同温层法线方向上的热流密度，Wm2；热传导粘性系数，W.m；沿同温层法线方向上的温度梯度m2.2热交换定律热交换定律的基本公式可以用牛顿公式表示如下：qt（2）其中q流过固体表面的热流密度，Wm2；t固体和液体表面的温差，；热交换系数，W（m2.C）2.3物体的热平衡方程单元热应变d与单元热应力d的关系可以表示如下：（3）其中弹性体模型的温度系数；热应变系数如果我们使用热应力系数来表示公式(3)它可以变为下面的形式：dddt（4）其中热应力系数2.4物体的热膨胀定律2.4.1线性膨胀定律物体的长度变化l与原来的长度及温度变化近似成正比：l.l.t（5）其中线性膨胀系
44、数，K12.4.2体积膨胀定律物体的体积膨胀V与原始体积及温度变化近似成正比，即：VVt（6）其中体积膨胀系数，K12.5裂纹的膨胀公式对于受周期性载荷的物体，其疲劳裂纹的表达式为：（，0，t，E，）（7）其中垂直方向上的周期应力（MPa）；0裂纹的原始尺寸（m）；t固体的温度（K）；E材料的弹性模量（MPa）；应力集中系数3轧辊疲劳破坏模型的建立及分析在热轧带钢生产中，轧辊的不同部分会产生不同的热应力，相应地会导致不同的热应变。我们根据这些变化值作了滞留图1。图1开始轧制时应力和应变的滞留关系图在这个图中，用字母AE来表示轧辊圆周上的点，当轧辊的表面从A点咬入带钢时，该处的温度开始升高，单元
45、体开始膨胀，然而，轧辊表面的其它部分的温度不能如此迅速地升高，从而就会影响单元体运动到轧辊表面的其它位置的膨胀速度，于是便产生了相应的应力。这种应力将会持续地增加直到轧辊在B点将工件抛出为止，而在B点时单元体仍然是弹性体。在B点时，弹性应变B和相应的应力B可以用下面的公式计算：（31）BEB（32）其中弹性变形的泊松比；热膨胀系数(K1）；（t）BB点处轧辊表面与轧辊内部的温差(K)。轧辊产生弹性变形时有相应的弹性应力。开始时，这种应力非常大，但它没有超过屈服应力，然而随着温度的升高，屈服应力逐渐变小，当轧辊表面温度超过600(1100)时，轧辊的内部应力将超过屈服应力3，此时，在B点和C点处的部分处于塑性变形状态。在C点，小单元体被抛出并且被水冷却；在C点和D点之间单元体受到相反的应力制约，处于弹性变形状态。实际上，轧辊被冷却到平均温度以下所引起的额外塑性变形D是不可避免的，我们可以用下面的