论轧辊提高卷板机轧辊寿命措施

摘 要：文章通过分析对比卷板机轧辊新老制造工艺，提出了改进轧辊制造的一些良好方法和措施。
关键词：轧辊 寿命 措施
1672-3791（2013）03（a）-0075-02
在防爆电机制造中，电机钢板机座毛坯的卷制，使用卷板机。卷板机轧辊在卷板过程中，由于轧辊表面受到强烈挤压和摩擦，极易产生表面磨损及表面疲劳剥落。为提高卷板机轧辊使用寿命，在轧辊制造中，我们采取了一些针对措施，获得了良好效果。

1 更换制造材料

卷板机轧辊工作长度800 mm，外径Φ180 mm，工作对象为10 mm厚45钢中板，工艺为冷卷轧。轧辊原采用45钢制造，磨削加工前整体淬火并低温回火。由于45钢轧辊疲劳寿命低，已不能满足日益提高的生产需要，现改用9SiCr钢制造，轧辊使用寿命大大提高，从根本上改变了轧辊使用寿命低的恶劣状况。
9SiCr钢属于合金工具钢，它是在碳素工具钢的基础上加入少量合金元素的合金钢，它的平均含碳量为0.9%，主要合金元素为铬和硅，其含量都在1.5%以下。9SiCr钢具有较高的强度、硬度和耐磨性，同时热处理时淬透性高，材料内部组织晶粒细小，抗疲劳性能好，是适合轧辊制造的良好材料之一。

2 改善锻造工艺

轧辊毛坯制造一般通过锻造来实现。在锻造生产中，影响锻造工艺的因素有很多，如锻造坯料的加热、锻造温度的选择、锻造方法的确定等。改善轧辊毛坯锻造工艺的主要措施有以下几点。

2.1 更新锻造加热设备

锻造坯料的加热，原采用明火炉加热，也就是将锻造坯料置于固体燃料（煤碳）上直接加热。这种加热方法易使金属材料成分改变，从而使其性能发生变化，影响轧辊使用寿命。
现将锻造坯料的加热设备更新为箱式电阻炉。箱式电阻炉加热是利用电阻加热器通电时所产生的电阻热作为热源，以辐射的方式加热坯料。此种加热方式对坯料化学成分影响较小，很适合于9SiCr合金工具钢这样的材料加热。

2.2 缩小锻造温度范围

原45钢锻造温度范围为800℃～1200℃，即始锻温度（坯料加热出炉开始锻造温度）为1200 ℃，终锻温度（坯料停止锻造温度）为800 ℃。由于轧辊制造材料更换为9SiCr合金工具钢，为了适应合金工具钢的锻造工艺要求，现将锻造温度范围缩小为900 ℃～1100 ℃之间。这样，降低了始锻温度，使合金钢中合金氧化烧损程度减轻；同时，提高了终锻温度，可有效减少锻造裂纹的出现。

2.3 锻造方法的改进

9SiCr钢供应钢材为退火状态，退火组织为粗球状珠光体，布氏硬度为HB207。坯料加热至1100 ℃出炉锻造。锻造时，应经过多次反复镦粗和拔长，使材料在充分锻造后金属组织中的碳化物等能有效破碎并均匀弥散分布，轧辊开裂现象减少，力学性能提高。

3 锻件超声波探伤（新增工艺）

轧辊毛坯锻造成型后，应对毛坯内部进行裂纹探伤检查，防止由于锻造裂纹等造成轧辊断裂和裂纹剥落。
生产上一般采用超声波探伤检查。对金属材料进行超声波探伤的仪器为超声波探伤仪。探伤时，超声波频率在20000 Hz以上，超声波传播到两介质的分界面上时，能反射回来，形成缺陷波，在示波器上显示出来。超声波探伤就是利用这一原理来检查锻件中是否有裂纹存在。同时，超声波在金属中可以传播很远距离（达10 m以上），故可探测轧辊这种较大型锻件。超声波探伤，简单方便，灵敏度高，裂纹定位可靠。在确定轧辊毛坯无内部裂纹后，方可投入后续加工。
锻件超声波探伤是轧辊制造中新增工艺，增加此工艺是为了剔除有锻造裂纹的轧辊毛坯，防止废品毛坯混入合格毛坯中进行后续加工和投入使用，造成轧辊加工成本的提高和使用寿命的下降。

4 调整切削加工工艺

4.1 粗加工前毛坯退火处理

在轧辊光坯制造前，首先应将锻造后的毛坯进行退火处理，以消除锻造内应力，降低锻件硬度，方便切削加工。退火处理后的毛坯硬度一般为HB220左右。

4.2 切削加工刀具更新

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2.1 刀具材料更新

切削加工使用的机床为CA6140型卧式车床。由于轧辊制造材料由原来的45钢更换为9SiCr合金工具钢，从而造成切削加工困难，为了应对这一难题，我们相应地将原高速钢W18Cr4V车刀更新升级为YT15钨钴钛类硬质合金车刀，这样大大提高了车刀的切削速度。
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2.2 刀具结构改进

在刀具结构方面，粗车外圆原采用90°外圆偏刀，现改为45°弯头外圆车刀，使车刀的切削能力有了明显增强。半精车外圆采用尖头外圆车刀，以利于提高外圆车削精度。

5 最终热处理工艺的升级换代

5.1 最终热处理设备升级

原45钢轧辊最终热处理加热设备为台车式电阻炉，现升级为双室真空油淬气冷炉（图1）。双室真空油淬气冷炉是一种新型高效高性能热处理设备。此设备对轧辊加热为真空加热，加热时，轧辊表面氧化脱碳程度大大减轻，热处理油淬后轧辊表面仍然光亮如新（俗称“光亮淬火”）。因此非常适合9SiCr合金工具钢的淬火。

5.2 采用新型淬火介质

原45钢轧辊淬火介质为自来水，淬火工艺为水淬；而9SiCr合金工具钢轧辊淬火介质现采用专用淬火油，淬火工艺为油淬。由于淬火时油的冷却速度远小于水，这对减小淬火工件的变形和开裂很有利，从而可有效减少轧辊表面微裂纹造成疲劳剥落现象。
45钢轧辊水淬后低温回火，回火温度180 ℃，轧辊表面硬度一般为HR0～45。9SiCr合金工具钢轧辊油淬后低温回火，回火温度180 ℃，轧辊表面硬度可达HRC58～62。由于最终热处理淬火后，轧辊表面硬度大大提高，耐磨损和抗表面疲劳能力进一步增强，使轧辊疲劳寿命有效延长。
轧辊最终热处理工艺及其效果对比如表1。
6 结语
提高卷板

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机轧辊使用寿命措施很多，通过更换制造材料，将原轧辊制造中使用的45钢更换成9SiCr合金工具钢，从根本上提高了轧辊的使用性能。另外，配合毛坯锻造工艺的改进、切削加工工艺的调整及热处理工艺的升级换代，使轧辊工作表面硬度提高，微裂纹大大减少，抗磨损及抗疲劳性能大大增强，使用寿命有效延长，从而满足了生产需要。
参考文献
余承辉.机械制造基础[M].上海：上海科学技术出版社，2009.