支承輥

支承輥的實質是支撐著工作輥，通過工作輥接觸軋件可以減小工作輥直徑、增強工作輥剛度的軋輥。支承輥是軋機中的重要部件，用來支承工作輥或中間輥，以防工作輥出現撓曲變形而影響板、帶的產量及質量。支承輥的質量特徵為輥身表面硬度高、硬度均勻性好、輥身淬硬層深、輥頸及輥身心部具有良好的強韌性; 支承輥的質量特徵為耐磨性高、抗剝落性好和抗事故性強。

基本介紹

• 中文名：支承輥
• 外文名：Backup roll
• 實質：支撐著工作輥
• 特點：表面硬度高、硬度均勻性等
• 領域：冶煉
• 學科：冶金工程

簡介

支承輥是軋機中的重要部件，用來支承工作輥或中間輥，以防工作輥出現撓曲變形而影響板、帶的產量及質量。支承輥的質量特徵為輥身表面硬度高、硬度均勻性好、輥身淬硬層深、輥頸及輥身心部具有良好的強韌性; 支承輥的質量特徵為耐磨性高、抗剝落性好和抗事故性強。隨著冷、熱軋機向高速化、大型化、高精度方向發展，對支承輥的要求也在不斷提高，從現代化冷、熱連軋機組支承輥對材質、輥身硬度、均勻性、淬硬層深度、殘餘應力等方面的要求來看，選用鍛鋼支承輥更為合適。鍛鋼支承輥與複合鑄鋼支承輥相比，具有材質均勻、耐磨性及抗剝落性更優等特點。大型鍛鋼支承輥屬高附加值產品，因其技術要求高，工藝複雜，製造難度大，生產工序多、周期長等原因，我國只有少數企業能生產，其產量不能滿足市場需求，致使現代化冷、熱連軋機企業所用大型鍛鋼支承輥不得不依賴進口。

支承輥工作條件及性能要求

1.在軋制過程中，支承輥對工作輥起支承作用，保證工作輥工作時剛度高、變形小，因此，支承輥應具有良好的剛度。

2.在使用過程中，支承輥始終與工作輥或中間輥滾動接觸，極易產生加工硬化現象，在過載時局部屈服使硬化層底部產生皮下微裂紋，微裂紋擴展最終造成輥身剝落，這就要求支承輥具有較高的接觸疲勞強度、合理的應力狀態和抗裂紋擴展性能。

3.支承輥中部會因磨損而形成凹形，輥身兩端接觸應力劇增，從而導致剝落，故要求軋輥耐磨性優良，以延緩和減輕凹陷輥型的形成。

4.支承輥使用周期長，輥頸長期承受交變彎曲應力，為防止輥頸裂斷，要求輥頸具有良好的屈服強度、韌性和抗斷裂性能。

總之，輥身的高耐磨性、高屈服強度和高抗剝落性能與輥頸的高強度、高韌性和抗斷裂性能的完美結合是支承輥必備的性能。

國內大型鍛鋼支承輥生產狀況

材質

隨著冷、熱軋機不斷向高速化、大型化、高精度方向發展，冷、熱軋機工作輥硬度已經普遍提高，對與之配套的支承輥也提出了越來越高的要求。支承輥需與工作輥或中間輥的硬度保持恰當的匹配關係，一般支承輥硬度應比與之相配的工作輥或中間輥硬度低10～25HS。冷軋工作輥材料的Cr含量（質量分數）由2%到3%、5%甚至8% ～10%，為保證適當的Cr /C比，保證硬度、不損失耐磨性，含C量也在不斷提高，但為適應劇烈的淬火冷卻，含C量又有降低的趨勢。鍛鋼支承輥材料的發展經歷了以下幾代。

第一代。沿用冷軋工作輥用高碳鉻鋼，含碳量0.80%～0.95%，Cr含量2%，常用的牌號有86CrMoV7、9Cr2Mo 等。我國上世紀80年代以前，整體鍛鋼支承輥基本都採用此種材料。隨著支承輥用鋼的發展，我國大規格整體鍛鋼支承輥已不再使用高碳鉻鋼，而一些小型軋機使用的1000mm以下的鍛鋼支承輥還有採用此類材料的。

第二代。3%Cr系列中碳支承輥用鋼，含碳量0.40%～0.70%，有代表性的鋼種為70Cr3Mo 鋼，此後各軋輥生產廠陸續開發出50Cr3MoV、60Cr3Mo、40Cr3Mo 等鋼種，同屬於3%Cr 系列中碳支承輥用鋼。我國Cr3 型整體鍛鋼支承輥是從上世紀80 年代以後武鋼、寶鋼冷熱帶鋼連軋機陸續投產後，為適應高硬度整體鍛鋼支承輥市場需求而開始大量使用的，其中70Cr3Mo 鋼最具代表性，結合差溫熱處理工藝，輥身硬度可達55～68HSD，淬硬層達50～100mm。近年來，新型現代化帶鋼連軋機支承輥硬度要求在進一步提高，一般為65～75 HSD，採用Cr3型鋼生產必須降低回火溫度才能達到此硬度要求，這對於殘餘應力的釋放是不利的，增大了使用中輥身斷裂的可能性。

第三代。4%～5%Cr 系列支承輥用鋼，含碳量0. 35% ～ 0. 55%，此類材料支承輥的淬硬性、抗疲勞強度、抗事故性能均比以往材質支承輥有明顯提高，己逐漸成為現代化板帶軋機用高性能鍛鋼支承輥的主導用鋼。Cr4、Cr5 支承輥用鋼是一種碳含量在0. 4%～0.6% 之間、Cr 含量提高到4%～5% 並添加微量V 元素來細化支承輥心部組織的鋼種，這種材料的軋輥耐磨性、抗剝落性能顯著提高，尤其是Cr5 輥，基本杜絕了輥身表面剝落現象和斷輥事故。國內十幾家鋼鐵公司已先後採用Cr4、Cr5 鋼製作支承輥，使用效果較Cr3 鋼支承輥有明顯改善。Cr4、Cr5 鋼支承輥將在較長的一段時間內占據主導地位。為適應高速鋼、半高速鋼工作輥對支承輥更高性能的要求，將進一步研製更高含Cr 量的支承輥用新鋼種。

國內大型鍛鋼支承輥供貨狀況

據有關資料介紹，我國大大小小的軋輥製造廠有300餘家，大多存在著生產規模小、產品單一、缺乏核心競爭力產品，致使產品結構嚴重失衡，低端軋輥嚴重過剩，高端軋輥產能不足，出現高技術含量、高附加值軋輥供不應求的狀況。儘管前幾年大量海內外資本湧入軋輥製造業，加快了軋輥製造業的發展，使軋輥產品質量得到大幅度提升，但大多是滿足市場急需的規模擴張需求，並沒有完全改變超大型、高技術軋輥仍要依賴進口的局面。

通常將輥身直徑1.1m 以上的軋輥視作大型軋輥，大型鍛鋼支承輥主要用於現代化冷、熱連軋機組中。冷、熱連軋機組支承輥直徑通常為1250～1630mm，輥身長度普遍為1400～2300mm ，鍛件重20～70t，所用鋼錠重69～119t。大型鍛鋼支承輥因其技術要求高，工藝複雜，製造難度大，生產工序多、周期長，熱處理通常需在專用設備中進行，使其產能受到制約。國內具備供應大型鍛鋼支承輥的企業有一重、二重、中鋼邢機、鞍鋼機總、天津重機等；新建廠有馬鋼聯合電鋼軋輥有限公司 、中冶陝西軋輥公司 和常州軋輥製造公司等。具有一定規模且質量較穩定的鍛鋼支承輥製造廠是一重，其次是二重；2008年一重年產大型鍛鋼支承輥約1000t，二重約5000t，中鋼邢機、鞍鋼機總、天津重機三家總共約8500t。新建廠家的供貨狀況是: 馬鋼聯合電鋼軋輥有限公司年產大型鍛鋼支承輥重約10000t，最大輥身直徑1676mm，最大成品輥質量70t; 中冶陝西軋輥公司年產鍛鋼支承輥10650t，最大成品輥質量50t，可覆蓋2130以下的所有冷軋機及2250熱連軋機所用鍛鋼支承輥；常州軋輥製造公司年產大型鍛鋼支承輥約6000 t，最大輥身直徑1650mm，最大成品輥質量70t，可滿足寶鋼冷軋機、平整機、熱軋機，八一鋼鐵、寧波鋼鐵熱軋機組，及在建湛江熱、冷軋機等對支承輥的需求。

國內各大鋼廠使用的大型鍛鋼支承輥主要來自一重、二重、中鋼邢機及國外引進。“十一五”期間新上馬的寬頻鋼生產線，板材精度要求較高，高質量大型鍛鋼支承輥供需矛盾顯得更加突出。寶鋼、鞍鋼等大型鋼鐵企業寬板帶軋機每年都要從國外進口軋輥，寶鋼熱軋機組所用鍛鋼支承輥約75%是引進的，冷軋機組所用鍛鋼支承輥約12% 是引進的，這反映了我國鍛鋼支承輥總體製造水平、供貨狀況還有待進一步改善。

大型鍛鋼支承輥生產工藝及設備

大型鍛鋼支承輥生產工藝流程為：原材料→煉鋼（電爐冶煉、鋼包精煉） →真空鑄錠→鍛造→鍛後熱處理→粗加工→第一次超音波探傷→預備熱處理（調質）→半精加工→第二次超音波探傷→最終熱處理（輥身表面淬火、回火）→精加工→綜合檢測（包括最終超音波探傷） →塗裝、發貨。

大型鍛鋼支承輥最終熱處理工藝

最終熱處理是使支承輥達到使用要求的重要環節，隨著對支承輥要求的不斷提高，其最終熱處理工藝也由過去的整體加熱+ 淬火+ 回火改為輥身表淬+ 回火。此工藝中輥身的表淬尤為重要，它直接影響著輥身硬度及淬硬層深度，對產品的性能影響很大。

輥身表淬工藝應根據其綜合使用性能和用戶要求選定。大型鍛鋼支承輥先進的輥身表淬工藝有差溫淬火（差溫加熱+ 噴霧冷卻）和整體感應淬火（整體感應加熱+ 噴霧冷卻）兩種。兩種工藝的最大差異是淬火加熱方式不同; 相似之處都是將鍛件表面快速加熱至相變溫度以上而心部保持在相變溫度以下，均採用噴霧冷卻。噴霧冷卻是以一定壓力的水和壓縮空氣在噴嘴中混合呈霧狀噴向輥件進行冷卻，可通過調節風壓、水壓方便地調整冷卻強度。

輥身表淬採用差溫淬火工藝，即將半精加工後超音波探傷合格的支承輥坯先在台車爐中進行500～600℃整體預熱，並保證輥身內外溫度均勻一致，然後再將支承輥轉入差溫加熱爐及噴霧淬火設備，進行輥身的差溫加熱及淬火處理。差溫加熱爐的特點是加熱速度快，1.5～2 h 內即可將支承輥的表面溫度由500℃升到1000 ℃以上; 加熱均勻，工件在爐內每隔一定時間旋轉90°；加熱層深，支承輥在爐內保溫4 h 左右加熱層深度可達200 mm 左右。輥身採用差溫淬火工藝表淬的優點是，當輥身一定深度的表層達到淬火溫度時，心部仍處於奧氏體化溫度以下溫度，經激烈的噴淬後可保證心部具有較小的拉應力，從而提高支承輥的抗事故能力。

差溫淬火工藝在國內大型鍛鋼支承輥最終熱處理工藝中屬先進、成熟的工藝。Cr3～Cr5 鋼大型鍛鋼支承輥採用差溫淬火工藝所生產的支承輥輥身表面硬度為55～71HSD，淬硬層深度≤100mm，硬度均勻性為±2HSD，淬火組織為貝氏體，韌性、強度較好，適用於鋼廠一般硬度和淬硬層深度要求的鍛鋼支承輥。但此工藝難以生產輥身硬度>72HSD的馬氏體組織的高硬度支承輥。

輥身表淬採用整體感應淬火工藝，即將半精加工後、超音波探傷合格的支承輥輥身進行整體感應加熱然後噴霧淬火，國內有的新建大型鍛鋼支承輥生產廠擬採用此工藝。

整體感應淬火工藝在國外大型鍛鋼支承輥製造業中已經套用，在國際上屬最先進的最終熱處理工藝，日本JCFC（日本鑄鍛鋼公司） 、日立和關東公司均已採用此工藝。我國還沒有這種生產工藝，寶鋼2050 熱軋機支承輥曾試用過JCFC公司用整體感應淬火熱處理工藝生產的大型鍛鋼支承輥，使用效果非常好。據有關專家介紹，Cr3～Cr5 鋼大型鍛鋼支承輥採用整體感應淬火工藝所生產的輥身表面硬度為60～80HSD，淬硬層深度≥100mm，硬度均勻性為±1.5HSD，淬火組織為馬氏體或馬氏體+貝氏體。

由此可見，大型鍛鋼支承輥最終熱處理工藝的首選應是整體感應淬火處理，經此工藝生產的大型鍛鋼支承輥綜合使用性能優於差溫淬火處理的產品。為了縮小與國外軋輥製造業的差距，建議軋輥製造廠與有關科研單位、大專院校密切合作，加緊研發整體感應淬火處理技術，力爭在較短時間內填補這一國內空白，並早日套用於軋輥製造。之所以希望國內大型鍛鋼支承輥的最終熱處理選用整體感應淬火處理工藝，還基於以下原因。

1.隨著對板型要求的不斷提高和板型控制技術CVC、HC的套用，對於冷軋連續退火、熱鍍鋅四輥平整支承輥，要求馬氏體基體組織、輥身硬度72～78HSD，必須採用整體感應淬火處理才能達到。

2.隨著熱軋機工作輥半高速鋼、高速鋼材質的廣泛套用，支承輥的硬度及耐磨性要求也不斷提高，採用差溫淬火處理工藝難以達到要求。

3.隨著市場需求量的不斷增大，生產成本的壓力愈來愈大，要求支承輥的換輥周期與檢修周期同步、換輥周期更長，要求支承輥輥身表面的耐磨性及抗事故性能更好，選用整體感應淬火處理工藝更為適合。

4.整體感應淬火處理在最終熱處理工藝中最為先進，定能生產出一流的鍛鋼支承輥，使鍛鋼支承輥在耐磨性、斷裂韌度、抗疲勞剝落等性能方面得到極大的提升，縮小與國外的差距。

5.整體感應淬火熱處理工藝的實施，可填補國內輥身表面淬火工藝的又一空白，屬國內首創，屬世界先進水平。

總結

我國軋輥製造業要想在激烈的市場競爭中生存、發展，有力支撐鋼鐵主業，生產出高技術含量、高附加值的軋輥，適應國內外現代化軋機用輥需求，達到與國外企業抗衡的水平，必須不斷增強自主創新能力，有針對性和有效地進行新材料研究、新產品開發和工藝改進與創新，同時還須改變我國軋輥製造業所存在的“小而散、多而亂”的現狀，開展戰略性重組與合作，實施強強聯合共同發展，充分發揮大型軋輥製造企業的優勢，創自己的品牌，這樣才能對抗外來的競爭，最終超越世界同行。