各种轧辊材料的研究
轧辊技术方案
轧辊技术方案引言轧辊是重要的轧制工具，广泛应用于金属加工行业中，用于将原材料压制成所需的形状和尺寸。
轧辊的技术方案对轧制过程的稳定性和产品质量具有重要影响。
本文将介绍一种轧辊技术方案，包括轧辊材料、设计和制造等方面。
轧辊材料轧辊材料的选择是轧辊技术方案的核心之一。
常用的轧辊材料有铸铁、钢和合金钢等。
铸铁轧辊具有良好的耐磨性和耐热性，但韧性较差，容易发生裂纹。
钢轧辊具有较好的韧性和强度，但耐热性和耐磨性较差。
合金钢轧辊综合了铸铁轧辊和钢轧辊的优点，具有良好的耐磨性、耐热性和韧性。
轧辊的选择需要根据具体的工作条件和轧制要求来决定。
对于高温、高压或高速轧制，通常选择合金钢轧辊。
对于普通轧制，钢轧辊或铸铁轧辊可以满足要求。
轧辊设计轧辊的设计是确保轧制过程稳定和产品质量的关键。
轧辊的设计考虑了以下几个方面：1.尺寸和形状：轧辊的尺寸和形状应根据轧制要求来确定，包括轧制厚度、宽度和形状等。
较大的轧辊可以增加轧制的稳定性，但会增加轧制力和能耗。
2.线速度：轧辊的线速度是轧制过程中的关键参数，影响轧制力和产品质量。
过高的线速度可能导致轧辊磨损和产品变形，过低的线速度则影响生产效率。
3.精度和表面质量：轧辊的设计应确保所需的精度和表面质量。
轧辊的表面必须光滑，以便获得良好的产品表面。
4.热处理：轧辊经过适当的热处理可以增强其硬度和韧性，提高耐磨性和耐热性。
轧辊制造轧辊的制造包括轧辊的加工和装配。
主要步骤包括以下几个方面：1.材料准备：根据轧辊的材料要求，选择适当的铸锭或钢材进行加工。
2.加工工艺：根据轧辊的尺寸和形状要求，采用适当的加工工艺进行加工，包括铸造、锻造、热处理、精密加工等。
3.表面处理：根据轧辊的表面质量要求，进行适当的表面处理，如研磨、抛光等。
4.装配：将轧辊的各部件进行装配，在此过程中确保轧辊的尺寸和精度要求。
轧辊维护轧辊的维护非常重要，可以延长轧辊的使用寿命和保持产品质量。
轧辊维护的主要内容包括：1.轧辊清洁：定期清洗轧辊，去除尘土和其他杂质，防止轧辊表面磨损。
轧辊基础知识
轧辊基础知识目录1. 内容概要 (2)1.1 轧辊的定义与作用 (2)1.2 轧辊在金属加工中的应用及重要性 (3)2. 轧辊的材料与制造 (4)2.1 常用轧辊材料及其特性 (5)2.2 轧辊制造工艺流程 (6)2.3 热处理对轧辊性能的影响 (8)3. 轧辊的结构与设计 (8)3.1 轧辊的结构组成 (10)3.2 轧辊的设计原则与要求 (11)3.3 轧辊磨损机制与寿命估算 (12)4. 轧辊的检验与质量控制 (13)4.1 轧辊的检验标准与方法 (16)4.2 质量控制的实施 (17)5. 不同类型轧辊的知识 (18)5.1 热轧辊与冷轧辊差异 (20)5.2 纵轧辊与横轧辊的特点 (21)5.3 特殊用途轧辊，如不锈钢轧辊、合金钢轧辊 (22)6. 现代轧辊技术的发展 (23)6.1 表面涂层技术 (24)6.2 控制系统与智能化 (26)6.3 轧辊的生产与维护技术的进步 (27)7. 实例分析 (28)7.1 典型轧辊案例 (30)7.2 轧辊在实际生产中的应用案例分析 (31)8. 结论与展望 (32)8.1 轧辊技术发展趋势 (33)8.2 未来技术创新及挑战 (34)1. 内容概要本文档旨在全面介绍轧辊的基础知识，包括其定义、分类、结构、材料、生产工艺以及在钢铁、铝材、铜材等金属加工行业中的重要作用和应用。
我们将深入探讨轧辊的基本原理，包括轧辊的工作机制、轧制过程中的应力分布以及轧辊在轧制过程中的磨损与保护。
还将介绍轧辊的质量控制标准、性能评估方法以及不同类型轧辊的特点和适用场景。
通过对轧辊基础知识的系统学习，读者将能够更好地理解轧辊在生产过程中的关键作用，为实际应用和进一步研究提供坚实的基础。
1.1 轧辊的定义与作用轧辊是一种非常重要的金属加工设备，在金属成形、裁剪、压制等过程中发挥着重要作用。
它通常用于金属板材或条材的轧制，轧辊通过相互之间的滚动或摩擦作用，对金属施加很大的压力，从而使其发生形变、厚度减小以及尺寸和表面光洁度的调整。
轧辊知识简介
轧辊知识简介一、铸铁系轧辊铸铁系轧辊的含碳量在2.5%—3.5%左右，按主要材质可分为普通铸铁轧辊、高镍铬无限冷硬复合铸铁轧辊、高铬复合铸铁轧辊和合金球墨铸铁轧辊四大类。
铸铁轧辊中常见的组织可分为基体、渗碳体、石墨三大类，基体组织主要氏体、铁素体、珠光体、贝氏体和马氏体，石墨在铸铁中的形态一般有片状和球状两种.1、普通铸铁轧辊普通铸铁轧辊可分为冷硬铸铁轧辊，中、低合金无限冷硬铸铁轧辊，中低合金球墨铸铁轧辊，冷硬铸铁是利用铁水自身过冷度和模具表面激冷的办法获得的一种铸铁其辊身表面激冷而生成白口层，硬度高、耐磨性好。
冷硬铸铁轧辊按制造工艺和芯部材质可分为非球铁、球墨复合、和球芯三大类。
无限冷硬铸铁轧辊是介于冷硬铸铁和灰口铸铁之间的一种材质，其辊身工作层基体组织中存在着石墨，并且辊身工作层与芯部没有明显的分界线。
普通铸铁轧辊主要用于叠轧薄板轧机、三辊劳特式中板轧机、线材轧机、棒材轧机及型钢轧机用辊。
2、高镍铬无限冷硬铸复合铁轧辊无限冷硬铸铁是界于冷硬铸铁和灰口铸铁之间的一种材质，无限冷硬铸铁轧辊辊身工作层集基体组织中存在着均匀分布的石墨，石墨的含量从辊身表面往里随深度的增加而提高，硬度随之降低，因此，辊身工作层与芯部没有明显的分界线，也称无界冷硬铸铁轧辊无限冷硬铸铁轧辊材质中含有较高的铬、镍、钼合金元素时为高镍铬无限冷硬铸铁轧辊，采用全冲洗（溢流法）或离心复合浇注工艺生产。
高镍铬无限冷硬铸铁轧辊辊身工作层基体组织中存在较大数量的碳化物，因此有较高的耐磨性，基体组织中石墨的存在，使其具有良好的抗热烈性，被广泛应用做宽、中、厚板轧机和带钢轧机精轧用辊。
3、高铬复合铸铁轧辊高铬复合铸铁轧辊是以含铬12-22%的高铬白口耐磨铸铁为轧辊辊身外层材质，一般以球墨铸铁为轧辊芯部和辊颈材质，采用离心复合浇注工艺而生产的高合金复合铸铁轧。
由于基体中存在板条状的Cr7C3型共晶碳化物、菊花状的Mo2C型共晶碳化物和颗粒状的Cr23C6型二次碳化物，高铬铸铁轧辊具有优异的抗耐磨性能，被广泛应用做热轧带钢连轧机粗轧和精轧前段工作辊、宽中厚板轧机粗轧和精轧工作辊及小型型钢和板材轧机精轧4、合金球墨铸铁轧辊合金球墨铸铁轧辊由于石墨从辊身到芯部呈球状均匀分布，所以抗拉强度大，可经受重载荷，耐磨损性很好。
冶金轧辊市场调研报告
冶金轧辊市场调研报告一、引言冶金轧辊是用于金属材料轧制加工的重要工具，广泛应用于钢铁、有色金属和铝合金等冶金行业。
随着经济的发展和工业化进程的加速，冶金轧辊市场需求日益增长。
本报告通过对冶金轧辊市场的调研，分析了市场现状、竞争格局、发展趋势以及影响市场的因素，旨在为相关企业提供参考和决策依据。
二、市场现状全球冶金轧辊市场规模不断扩大，市场竞争激烈。
主要的冶金轧辊生产国包括中国、德国、日本和美国等。
中国作为全球最大的钢铁生产国，冶金轧辊市场规模庞大，市场份额占据全球的很大比例。
德国、日本和美国等发达国家在冶金轧辊技术和质量上具有优势，其产品主要出口到全球各地。
三、竞争格局冶金轧辊市场竞争主要集中在技术、质量和价格等方面。
在技术方面，德国、日本等发达国家在冶金轧辊材料、热处理和表面处理等方面具有先进技术和丰富经验，产品质量较高；而中国等新兴国家在冶金轧辊生产设备和工艺上有所欠缺，技术水平相对较低。
在价格方面，中国等新兴国家的冶金轧辊价格相对较低，具有一定的竞争优势。
四、发展趋势1. 技术创新：随着冶金工业的不断发展，对冶金轧辊的要求也越来越高。
未来，冶金轧辊制造企业需要加大技术研发力度，不断推出适应市场需求的新型冶金轧辊产品。
2. 质量提升：冶金轧辊作为关键工具，其质量对轧制加工的成品质量有着重要影响。
未来，冶金轧辊生产企业需要通过提升质量管理水平，改进生产工艺，提高产品质量，以满足市场需求。
3. 国际市场拓展：随着全球贸易的发展，冶金轧辊生产企业需要积极拓展国际市场，提高产品出口比例。
通过与国外企业合作、参展国际展会等方式，增加产品的知名度和市场份额。
4. 节能环保：未来，冶金轧辊生产企业需要注重节能环保，推广使用新型材料和绿色制造工艺，减少能源消耗和环境污染，适应低碳经济发展的需求。
五、影响因素冶金轧辊市场发展受多种因素影响，包括经济形势、政策法规、技术进步、原材料价格等。
经济形势是冶金轧辊市场发展的基础，经济增长和工业化进程的推进将带动冶金轧辊市场需求的增长。
第2章轧辊
型钢轧机以齿轮座的中心距作为轧辊名义 直径；
初轧机则把辊环外径作为名义直径。
型钢轧机以轧辊的名义直径来作为轧机标 称的组成部分。因为型钢品种规格与轧辊辊身 直径的大小成正比，辊身直径的数值即可反映 该轧机所生产的品种规格。然而由于生产不同 品种规格所对应的轧辊辊身直径不同，因此通 常习惯采用和轧辊辊身直径有一定对应关系而 数值保持恒定不变的人字齿轮机座的中心距 （人字齿轮节圆直径）作为型钢轧机的名义直 径来表征轧机。
鉴于影响轧辊强度的某些因素如轧辊的铸 造缺陷、温度应力、轧辊断面的应力集中系数等 难以精确确定，轧制时的冲击负荷也只有通过一 定的测试手段才能获得，加之轧辊本身又是轧钢 车间的主要损耗件，因此轧辊的强度通常只按静 载荷验算，并将上述因素的影响纳入安全系数中。
型钢轧机与板带轧机的生产工艺、轧机结 构有所不同，故轧辊的强度计算方法亦有区别。
（3）参数：d1－辊头直径 l1－辊头长度 当轧辊不传动（工作辊驱动条件下的支
承辊）或只有单侧传动时，轧辊可以不做专 门的辊头，仅在辊颈外留有可供换辊的起吊 部分。
§2.1.2 轧辊的分类 1、按构造分类
①光面轧辊：应用于轧制板带材。
②有槽轧辊：应用于轧制型钢、线材和钢 坯。
2、按用途分类 ① 工作辊：一般是驱动辊，辊颈小，并
3．辊头的强度计算
型钢轧辊的辊头通常是梅花形结构，它只受扭
矩的作用。对一般结构的梅花头，当d2 = 0.66d1 时，最大扭矩应力产生在梅花头的槽底部分，
其值为：
d1
M d1
0.07
d
3 1
式中 Md1--作用在梅花头上的扭矩； d1 --梅花头的外径； d2 --梅花头槽底处的直径。
§2.4.2 二辊板带钢轧机轧辊的强度验算 板带轧辊强度验算的特点：
轧辊种类的划分
轧辊种类的划分轧辊是金属加工中常用的一种工具，广泛应用于轧钢、轧铝、轧铜等行业。
根据不同的使用场景和工艺要求，轧辊可以分为多种类型。
下面将对轧辊的几种常见分类进行介绍。
一、工作辊和支撑辊根据轧机的结构和作用方式，轧辊可以分为工作辊和支撑辊两种类型。
工作辊是直接参与金属材料压制和塑性变形的辊子，其表面通常需要具备一定的硬度和耐磨性。
而支撑辊则是用来支撑工作辊和金属材料的辊子，其主要作用是为工作辊提供支撑和稳定。
二、冷轧辊和热轧辊根据轧制过程中的温度条件，轧辊可以分为冷轧辊和热轧辊两种类型。
冷轧辊主要用于对室温下的金属材料进行轧制，如冷轧钢板、冷轧铝板等。
由于冷轧过程中金属材料硬度较高，所以冷轧辊的表面需要具备较高的硬度和耐磨性。
而热轧辊则主要用于对高温下的金属材料进行塑性变形，如热轧钢坯、热轧铝坯等。
热轧辊的表面要求相对较低，主要是为了保证辊面的光洁度和平整度。
三、工作辊和支撑辊的结构形式根据轧辊的结构形式，轧辊可以分为整体式轧辊和组合式轧辊两种类型。
整体式轧辊是指轧辊的辊身和辊颈为一体的结构，适用于较小的轧机。
组合式轧辊是指轧辊的辊身和辊颈分开制造后再进行组合的结构，适用于大型轧机和冷轧机组。
四、硬质合金轧辊和高铬铸铁轧辊根据轧辊的材质，轧辊可以分为硬质合金轧辊和高铬铸铁轧辊两种类型。
硬质合金轧辊的辊面通常采用硬质合金材料制造，具有较高的硬度和耐磨性，适用于高强度金属材料的轧制。
高铬铸铁轧辊的辊面则采用高铬铸铁材料制造，具有较好的耐磨性和耐腐蚀性，适用于一般金属材料的轧制。
五、镀铬轧辊和镀硬铬轧辊根据轧辊的表面处理方式，轧辊可以分为镀铬轧辊和镀硬铬轧辊两种类型。
镀铬轧辊是将铬层镀在轧辊表面，提高轧辊的耐磨性和耐腐蚀性。
镀硬铬轧辊则是在镀铬的基础上，再进行热处理，使轧辊表面形成一层硬度更高的硬铬层，提高轧辊的耐磨性和使用寿命。
轧辊根据不同的分类标准可以分为工作辊和支撑辊、冷轧辊和热轧辊、整体式轧辊和组合式轧辊、硬质合金轧辊和高铬铸铁轧辊、镀铬轧辊和镀硬铬轧辊等多种类型。
3轧辊与轧辊轴承解析
3.2 轧辊的结构形式及材质的选择 3.2.1 轧辊的结构
图3-1 轧辊的结构 a-梅花形的辊头； b-扁头形的辊头； c-带双键形的辊头
10
1-辊身； 2- 辊颈； 3- 辊头
① 辊身
工作部分 型材轧辊-辊身上刻有各种形状的轧槽 (孔型 ) 板材轧辊-平辊或微凸、微凹型或其它较复杂的曲线 形状（辊型）。
其含碳量介于介于铸钢与铸铁之间-过共析钢组织，兼有铸钢 强度、耐热龟裂性及铸铁耐磨性, 半钢轧辊是近年来出现的新型 轧辊材质。
? 复合式锻钢轧辊
近年来, 出现采用镶辊套的复合式锻钢轧辊, 如热轧支持辊辊 套采用8CrMoV或8Mn2MoV制作，心轴用37SiMn2MoV等材料 制作；冷轧支持辊辊套采用9Cr、9Cr2、9CrV、9Cr2W等制作， 心轴用55CrMn、55Cr、35CrNiW等材料制作。
6
② 辊面剥落 轧辊受到循环接触应力交替作用表面产生掉块形成凹 坑。
③ 折断 过大轧制压力产生的机械应力是断辊的主要原因；
铸造时的残余应力一般不至于断辊。轧制时如冷却水 足够，单纯的热应力不至于断辊，但由此产生的细小 的裂纹扩展，形成应力集中源加上一定的机械负荷作 用或断水可能致断辊。
7
3.1.3 轧制生产对轧辊的要求
重点与难点：
轧辊强度校核
2
3.1 轧辊的工作特点及其工艺要求 3.1.1 轧辊所受载荷 ① 机械载荷
轧制压力 P越大，转矩越大，则轧辊上弯曲应力、传动 辊上的扭转应力、辊面间的接触应力也越大；同时，在轧 件咬入瞬间及轧制过程中速度的变化会引起动负荷，导致 轧辊上的应力变化。
3
② 摩擦 辊身表面与轧件之间由于变形区中的前后
工作辊辊身长度可用下式确定：
轧钢机械设备维护之轧辊材质应用介绍课件
04 电火花处理：利用电火花对 轧辊表面进行强化处理，提 高轧辊的耐磨性和抗疲劳性
轧辊存储与运输
01
轧辊应存放在干燥、通 风良好的环境中，避免 潮湿和腐蚀。
02
轧辊在运输过程中应使 用专用的包装材料，避 免磕碰和磨损。
03
轧辊在运输过程中应固 定牢固，避免滚动和滑 落。
04
轧辊在运输过程中应避 免高温、低温和阳光直 射，以免影响材质性能。
02 耐热性高的轧辊材质可以延长 使用寿命，降低维护成本。
03 耐热性高的轧辊材质可以提高 生产效率，减少停机时间。
04 耐热性高的轧辊材质可以提高 轧制产品的质量，降低废品率。
抗腐蚀性
轧辊材质的抗腐蚀性是影响其使用寿命的 重要因素之一。
抗腐蚀性高的轧辊材质可以抵抗高温、高 压、高湿等恶劣环境，减少磨损和腐蚀。
04 陶瓷轧辊的维护成本低，使用寿命长，是 一种理想的轧辊材料。
耐磨性
轧辊材质的 耐磨性是衡 量其使用寿 命的重要指
标
耐磨性高的 轧辊可以减 少更换次数， 降低维护成
本
Байду номын сангаас
耐磨性取决 于轧辊的材 质、硬度和
表面处理
耐磨性高的 轧辊可以提 高生产效率， 降低废品率
耐热性
01 轧辊材质需要具有良好的耐热 性，以适应高温工作环境。
抗腐蚀性高的轧辊材质可以提高轧钢机械 设备的生产效率和稳定性。
抗腐蚀性高的轧辊材质可以降低维护成本， 提高生产效益。
轧辊材质与轧制工艺的关系
轧辊材质影响轧制工艺的效率和
01
效果 不同轧制工艺需要选择不同的轧
02
辊材质 轧辊材质的选择需要考虑轧制工
03
艺的要求和特点 轧辊材质与轧制工艺的匹配可以
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3 各种轧辊材料的研究 3.1热轧辊材料研究 热轧生产中，轧辊的工作条件非常恶劣，主要是因为轧辊在生产过程中不仅受到很大的轧制压力而且轧辊表面受到轧件的强力摩擦。轧辊在工作中高速转动与高温的轧材作用下，轧辊表面容易发生氧化，氧化膜的脱落从而导致了轧辊失效[9]。轧辊在反复被轧材加热和冷却水冷却时会产生非常大的热应力，轧辊逐渐会出现热疲劳裂纹，在轧制力的作用下热疲劳裂纹会慢慢扩大，最后使轧辊破裂从而失效无法使用。热轧辊除了应具有高的耐磨性和强韧性外，还应具有优良的抗氧化和热疲劳能力。热轧辊材料的发展和选用，主要着眼于提高轧辊的表面耐磨性，在轧辊表面的金相组织中形成较硬的碳化物。随着热轧技术的发展，热轧辊材料也在不断地得到改进和发展，从早期使用的冷硬铸铁轧辊，发展到半钢轧辊、高铬铸铁轧辊和高速钢轧辊。 早期使用的轧辊组织以M3C型碳化物为主，如Fe3C等。后来加入合金元素铬、镍等，碳化物类型仍以M3C为主，形态变化不大，呈网状分布，但碳化物由Fe3C变成了（Fe，Cr）3C，碳化物硬度提高，而且轧辊的基体组织由珠光体变成了马氏体和贝氏体，轧辊的耐磨性明显提高。在轧辊中进一步提高铬含量，碳化物由M3C转变成M7C3型为主，如Cr7C3等，硬度提高，碳化物形态明显改善，由网状分布变成菊花状分布，轧辊硬度提高的同时，力学性能尤其是冲击韧性和断裂韧性大幅度提高，轧辊使用性能明显改善。进入20世纪80年代末期，采用铸造高速钢制造轧辊引起了世界各国轧辊研制者的重视。目前正在研制及迅速推广的高速钢复合轧辊，在使用状态下，轧辊表面层的金相组织主要由MC型和M6C型碳化物以及在高温下具有较高硬度的基体组织构成。表1-1中列出了不同材质轧辊中常见碳化物的形态和硬度。 表3-1 不同材质轧辊中碳化物的形态和硬度[10] 轧辊材质 碳化物类型 组织形态 硬度，HV 冷硬铸铁 Fe3C 网 状 1340 高铬铸铁 Cr7C3 孤立分布 1600~1800 高速钢 VC 粒 状 2800 高速钢 M6C 细板条状 1600~2400 3.2无限冷硬铸铁轧辊材料的研究
无限冷硬铸铁轧辊使用的时间非常的长久了，大约一百年前就已经在热轧带钢轧机上普遍使用普通无限冷硬铸铁轧辊了。无限冷硬铸铁材料是处于灰口铸铁和冷硬铸铁之间的。相对于冷硬铸铁来说，无限冷硬铸铁轧辊硅含量比较高（含0.7%~1.6%Si），所以其辊身工作层组织中存在均匀分布的石墨而且和白口铸铁具有差不多数量的碳化物和莱氏体。无限冷硬铸铁轧辊的的硬化层的深度随着Cr、Ni、Mo等合金元素的增加而增加。无限冷硬铸铁轧辊的耐磨性取决于其碳化物含量，其碳化物含量越多耐磨性越好。其辊身表层不容易出现剥落缺陷是因为组织中很有少量的均匀分布的石墨，而且石墨有很好的导热性能，当轧辊表层受到轧件的热冲击时可以很好的起到缓解热应力的效果，可以很好的防止轧辊出现热裂纹。当石墨脱落时轧辊表层会出现细小的洞有利于轧件的咬入。 无限冷硬铸铁轧辊在制造生产中被广泛的应用，主要是因为其具有很好的抗热裂性而且热处理工艺非常简单。无限冷硬铸铁轧辊在世界各国的钢铁厂中被普遍用于热连轧机精轧前段和后段。硬度、化学成分及组织是影响无限冷硬铸铁轧辊性能的主要因素。无限冷硬铸铁轧辊用于带钢连轧机和中厚板轧机的硬度分别为75~85HS和70~80HS。马氏体和贝氏体是无限冷硬铸铁轧辊的主要基体组织，当然碳化物和石墨对轧辊的性能也会产生很大的影响，表3-2反映了石墨和碳化物数量与轧辊性能的关系。 表3-2 石墨和碳化物数量与轧辊性能的关系[11] 硬度，HS 轧辊类型 石墨数量 （体积分数）/% 碳化物 （体积分数）/%
78~83 抗热裂型 3.5~5.0 28.0~32.0 耐热裂和磨损型 2.5~4.0 30.0~35.0 耐磨损型 1.0~3.0 32.0~45.0
近年来，为了提高无限冷硬铸铁轧辊的性能，通过加入合金元素来得到细小的高硬度碳化物和二次硬化现象，从而提高了轧辊的耐磨性。这种轧辊材料通过离心铸造凝固然后冷却来得到贝氏体和马氏体基体组织及分散的合金碳化物和细小的石墨组织。而且加入的合金元素还可以改善组织的形状大小，使其耐磨性和抗热疲劳性得到显著的改善[12]。 3.3半钢轧辊的研究
美国是最先研制出半钢轧辊的国家，在20世纪40年代末期轧机的精轧前段主要用的是合金冷硬铸铁轧辊，但是生产出来的带钢产品表层存在很多的“斑带”缺陷。美国冶金专家为了解决这一问题成功研制出了具有高强度和韧性以及耐磨性的半钢轧辊。国外称之为Adamite轧辊[13]。20世纪70年代半钢轧辊在国外使用非常广泛，是当时轧辊研究先进水平的代表和方向。这种轧辊的碳含量在1.4%~2.4%之间，日本将其归属于铸铁类，称其为“特殊高碳铬镍耐磨铸铁”轧辊；前苏联及东欧将其归属于铸钢类，称其为“过共析钢”轧辊；我国称其为半钢轧辊。半钢中游离碳化物的体积分数约为6%~10%，共析成分以外的碳可以是碳化物或石墨。以碳化物为主要存在形式的称做半钢，以石墨为主要存在形式的称做球墨铸钢或石墨钢。半钢中常加入Si、Mn、Ni、Mo等合金元素，其加入量根据期望的组织与性能而定。半钢的强韧性接近于钢辊而优于铁辊，其硬度与耐磨性接近于铁辊而优于钢辊，它综合了钢与铸铁两者的优点。半钢轧辊的另一特点是断面硬度落差小，能切削较深的孔型。半钢轧辊最适于工作繁重的钢坯轧机、大型型材轧机、中型轧机、万能型钢轧机、热连轧粗轧机及热连轧精轧机（前段）等。 今年来，国内也开展了离心铸造半钢复合轧辊的研究，其外层材质的化学成分设计为高碳、中合金钢。这样，可以得到较多的一次碳化物和二次碳化物，可提高辊身的耐磨性。由于半钢与球铁液相线的温度差很大，如果采用一次复合的方法，在卧式离心机的条件下，因合箱时间的耽搁，填心铁水温度稍低便会结合不好；铁水温度过高，既增加外层钢水回熔，又使心部组织粗大，二者均会降低辊心的性能。因此，添加合适的中间层及并控制其厚度，可减少辊身和辊心不同材质之间的线膨胀系数差；可有效防止外层铬等碳化物形成元素回熔造成的不利影响，从而实现内外层材质的冶金结合。辊心材质选为球墨铸铁，轧辊成分如表1-3所示。半钢复合轧辊用于本钢1700mm热轧机精轧前段F1~F3机架，毫米轧制量为3800t。 表3-3 离心铸造半钢复合轧辊的化学成分（质量分数，%）[14] 元素 w(C) w(Si) w(Mn) w(P) w(S) w(Cr) w(Ni) w(Mo) 外层 1.65~1.85 0.30~0.45 0.8~1.0 ≤0.04 ≤0.02 1.5~1.7 0.6~0.8 0.4~0.6 中间层 3.0~3.2 1.4~1.6 ≤0.4 ≤0.05 ≤0.05 ＜0.2 0.8~1.0 0.1~0.3 心部 3.3~3.6 1.7~1.6 ≤0.3 ≤0.05 ≤0.03 ＜0.1 0.6~0.8 0.2~0.4
由于半钢轧辊的硬度不及冷硬铸铁轧辊，以及它受热时易膨胀等特点，它一般不用于精轧机及成品机架。半钢轧辊还存在一些问题，如热处理周期长，工艺和生产技术较复杂，质量要求严，硬度与韧性的配合还没有达到更理想的境地成本较高。自20世纪80年代以来，在许多场合它逐渐被高铬铸铁轧辊和锻造白口铸铁轧辊替代。 3.4 高铬铸铁轧辊的研究
高铬铸铁和镍硬铸铁差不多是同一时间发展的，但是由于熔炼条件的限制其发展非常的缓慢。20世纪60年代以后，高铬铸铁得到快速的发展，主要原因是电炉熔炼的普遍推广。加入了铬元素之后，可以把碳化物的结构类型由网状M3C型变成孤立的M7C3型，同时大大提高了碳化物的硬度，其硬度由M3C的840~1100HV提高到M7C3的1300~1500HV，同时大大提高了其耐磨性和韧性，比镍硬铸铁效果更好。高铬铸铁从发现开始就被大家认痛为具有非常好的耐磨想，因此被广泛应用于制造轧辊。 高铬铸铁用于制造轧辊始于20世纪30年代，1932年，美国已研制成功含（质量分数）12%~14%Cr、0.5%Mo，直径560mm的高铬铸铁轧辊，用于热轧型钢和角钢的精轧机架，获得了很好的使用效果。60年代中期，英国和德国的轧辊制造者，从充分发挥高铬铸铁轧辊的抗磨损性能出发，同时注意到这一材质的轧辊在热连轧带钢轧机精轧前段机组上使用时，具有消除“流星斑”和“斑带”缺陷的特性，从而研制出了含（质量分数）12%~22%Cr、2.4%~3.0%C辊身硬度60~90HS、各种性能的高铬铸铁轧辊。日本自1981年开发成功高铬铸铁轧辊以来，其高铬铸铁轧辊发展及其迅速，到1985年止，在热轧带钢连轧机精轧前段使用高铬铸铁轧辊的轧机占了将近百分之七十。日本久保田轧辊厂制造的高铬铸铁轧辊在带钢热轧机精轧前段F2机架上使用，毫米过钢量达到了3145t，而半钢轧辊仅有2037t。宝钢以及武钢的热连轧带钢轧机在上世纪八十年代就已经开始使用我国邢台轧辊厂生产的高铬铸铁工作辊，使用效果非常的好。用高铬铸铁材料来制造轧辊，根据不同的轧制条件对轧辊性能的要求，除加入适量的Si、Mn、Ni、Mo、V等合金元素外，碳含量和铬含量的匹配是很重要的。碳含量过低（＜2.0%）时，不仅由于碳化物数量少，耐磨性差，而且还由于基体中含有过多的铬，热传导性显著恶化，导致抗表面粗糙性降低。另外，碳含量过低，轧辊铸造成形性能差，产品废品率高。碳含量超过3.4%以上时，硬度显著上升，引发铸造裂纹，同时，碳通过减少基体中的铬含量，间接的降低了淬透性。选择碳含量为2.3%~3.2%和铬含量为12%~22%高铬铸铁，能得到接近于共晶成分的理想组织，适用于制作热轧辊。国内外常用高铬铸铁轧辊的化学成分如表1-4所示。 表3-4 国内外常用高铬铸铁轧辊的化学成分（质量分数，%）[15] 化学成分 w(C) w(Si) w(Mn) w(Cr) w(Ni) w(Mo) HS 邢台轧辊厂 2.4~3.0 0.4~1.0 0.4~1.2 12~18 0.8~1.5 0.8~1.5 60~75 2.4~2.8 0.3~0.8 0.5~1.3 12~15 1.0~2.5 0.8~1.5 60~70 2.6~3.2 0.4~1.0 0.4~1.2 15~21 0.8~1.5 0.8~1.5 78~92 英国 2.4~3.0 0.4~1.0 0.4~1.2 12~18 0.4~1.2 1.0~3.0 65~68 2.6~3.4 0.4~2.0 0.4~1.2 15~20 0.4~1.2 1.0~3.0 75~90 日本 2.3~3.0 0.4~1.0 0.4~1.0 12~15 0.8~2.0 0.4~0.8 55~75 2.3~3.0 0.4~1.0 0.4~1.0 15~20 0.8~2.0 0.5~1.5 70~90 德国 2.7~2.8 0.5~0.6 0.8~1.0 16~19 1.3~1.4 1.3~1.4 65~75 3.3~3.4 0.5~0.6 0.8~1.0 21~22 1.3~1.4 2.0~2.2 87~92