CN103358086B - 轧辊表面微裂纹的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轧辊表面微裂纹的处理方法，尤其涉及一种通过高频感应处理使轧辊表面微裂纹得到钝化、愈合，以延长轧辊使用寿命的处理方法。一种轧辊表面微裂纹的处理方法，是在有微裂纹的轧辊表面通过电磁感应装置在轧辊表面产生感应电流，利用感应电流使裂纹尖端位置局部得到加热升温，钝化裂纹尖端，并且在裂纹尖端能焊合微裂纹，使轧辊表面微裂纹得到愈合。本发明的方法通过感应电流在裂纹尖端的热效应来钝化或焊合轧辊表面微裂纹，降低轧辊磨削量，防止轧辊异常失效，从而延长轧辊使用寿命。

Description

轧辊表面微裂纹的处理方法

技术领域

本发明涉及一种轧辊表面微裂纹的处理方法，尤其涉及一种通过高频感应处理使轧辊表面微裂纹得到钝化、愈合，以延长轧辊使用寿命的处理方法。

背景技术

轧辊在使用过程表面常常存在大量微裂纹，其产生来源主要有：(1)轧辊工作时，辊面由于在巨大的轧制力作用下与轧件周期性接触而产生大量疲劳微裂纹，深度约0.1～0.3mm。(2)轧辊下机磨辊时，目的是消除辊面缺陷层，但如果磨削刀具选择不当、润滑冷却不良、进刀量过大等，也可能对辊面造成损伤，产生磨削微裂纹。因此，辊面微裂纹的存在不仅增大了辊子磨削量，缩短了轧辊使用时间，而且以磨削后残留微裂纹为裂纹起源，在轧辊工作过程裂纹进一步扩展，可能酿成轧辊剥落甚至断裂等重大轧辊事故。为此，轧钢企业结合涡流探伤检测，在轧辊每个轧制周期结束下机后，一般需要磨削掉0.2mm厚度的辊面，以消除缺陷。在轧辊使用后期，考虑到辊面裂纹残留积累，往往在几次周期的少磨削之后采取一次加大磨削量甚至到1～2mm的方法来彻底清除轧辊辊面缺陷层，防止轧辊异常失效，这无疑更加速了轧辊消耗。因此，寻求合理的辊面微裂纹处理技术对轧辊的使用来说就显得十分重要。

关于表面裂纹的修复方法，中国专利200610027025.6对大裂纹直接用螺栓进行机械“缝补”；中国专利98100663.9对渗碳工件在磨削前采用热处理消除表面淬火马氏体来防止后续磨削产生裂纹；中国专利200710190071.2采用激光冲击实现止裂；中国专利200510046729.3、中国专利00120516.1为焊补法；中国专利200610150952.7、中国专利200710185705.5均采用脉冲电磁场对焊缝裂纹进行处理，防止或减少焊接裂纹。此外，对尺寸较大的裂纹也有采用打“止裂孔”来防止裂纹继续扩展的方法。但是，这些方法对消除轧辊表面微裂纹来说要么无能为力(如螺栓缝补法、焊补法、打止裂孔等)，要么可能会对辊面造成物理损伤(激光冲击法、电磁脉冲法等)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轧辊表面微裂纹的处理方法，该方法通过感应电流在裂纹尖端的热效应来钝化或焊合轧辊表面微裂纹，降低轧辊磨削量，防止轧辊异常失效，从而延长轧辊使用寿命。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种轧辊表面微裂纹的处理方法，在有微裂纹的轧辊表面通过电磁感应装置在轧辊表面产生感应电流，利用感应电流使裂纹尖端位置局部得到加热升温，钝化裂纹尖端，并且在裂纹尖端能焊合微裂纹，使轧辊表面微裂纹得到愈合。

调节所述电磁感应装置的电源输出频率，使感应电流在轧辊表面的集肤深度δ与微裂纹的深度d基本相当，集肤深度δ按照δ＝1/sqrt(π*μ*σ*f)计算，其中μ是轧辊磁导率，σ是轧辊电导率，f是所施加的交流电频率。

优选的，对于0.1～0.3mm深的轧辊表面疲劳微裂纹，所述电磁感应装置的电源输出频率f调节为4MHz。

进一步，根据轧辊表面微裂纹的深度分布情况，采用多道次变频处理，即先调节所述电磁感应装置的较低电源输出频率，主要钝化、焊合深度较深的微裂纹；后调节所述电磁感应装置的较高电源输出频率，主要钝化、焊合深度较浅的微裂纹，使辊面不同深度的微裂纹均能得到有效感应处理。

调节所述电磁感应装置的电源输出电压，控制轧辊表面层内的感应电流强度，进而控制轧辊表面温度。

进一步，对于微裂纹均匀分布于整个轧辊表面，所述电磁感应装置为圆环型感应器，所述圆环型感应器内径与轧辊辊径相匹配，将圆环型感应器套设在轧辊外周，从辊面一端向另一端连续均匀地对辊面整体进行处理。

进一步，对于微裂纹只分布在辊面上的局部区域，所述的电磁感应装置为小型的平面型感应器，将小型平面型感应器靠近裂纹位置对辊面进行处理。

本发明针对轧辊使用过程在辊面产生的大量疲劳微裂纹，利用高频感应电流在裂纹尖端的“绕流”效应和“尖端放电”效应，使轧辊表面微裂纹得到钝化和愈合，降低轧辊磨削量，防止轧辊异常失效，从而延长轧辊使用寿命。

本发明的有益效果是：

(1)轧辊辊面微裂纹经过处理后得到钝化、愈合，增加轧辊使用时间；

(2)辊面微裂纹钝化、焊合后，可减小辊面磨削量，甚至取消部分磨削工序，降低了轧辊使用成本；

(3)本发明的处理方法对辊面无接触损伤；

(4)适当的感应热对消除辊面轧制硬化也有一定益处，而对正常的辊面组织无不良影响。

附图说明

图1为轧辊表面微裂纹处理装置示意图：

图2为带辊面裂纹的轧辊断面内高频感应电流分布示意图；

图3为裂纹尖端“绕流”效应原理图；

图4为裂纹尖端“放电”效应原理图；

图5为圆环型感应器结构示意图；

图6平面型感应器结构示意图。

图中：1高频电源，2连接电缆，3感应器(电磁感应装置)，4感应器支架，5感应器移动装置，6轧辊转动装置，7红外测温仪，8轧辊；31圆环型感应器(圆环型线圈)，32平面型感应器(平面型线圈)。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

一种轧辊表面微裂纹的处理方法，在有微裂纹的轧辊表面通过电磁感应装置在轧辊表面产生感应电流，利用感应电流使裂纹尖端位置局部得到加热升温，钝化裂纹尖端，并且在裂纹尖端能焊合微裂纹，使轧辊表面微裂纹得到愈合。

参见图1，一种轧辊表面微裂纹的处理装置，包括高频电源1、连接电缆2、感应器3，感应器支架4、感应器移动装置5、轧辊转动装置6、红外测温仪7；电磁感应装置主要由高频电源1、感应器3组成，高频电源1经连接电缆2连接感应器3，高频电源1可调频，调频范围为0.5～10MHz；所述感应器3包括圆环型线圈31、平面型线圈32，线圈匝数1～2匝。轧辊8被水平置于轧辊转动装置6上，感应器3靠近轧辊8表面，感应器3安装在感应器支架4上，感应器支架4固定在移动装置5上，在轧辊8上方还安装有红外测温仪7，红外测温仪7主要目的是对轧辊辊面温度起监控作用。轧辊整体处理时，感应器3为圆环型线圈31，感应器线圈匝数1～2匝，参见图5，感应器3套设在轧辊8外周，感应器3最初处于轧辊8辊面的一端位置，轧辊转动装置6以匀速w转动轧辊8，启动高频电源1，高频交变电流通过连接电缆2在感应器3内流动，并在轧辊8表面层内感应出涡电流，依靠涡电流对轧辊8辊面微裂纹开始处理。同时，感应器3通过感应器移动装置5向轧辊另一端匀速V移动，这样整个轧辊辊面微裂纹得到均匀地钝化、愈合处理，改善了辊面性能。轧辊局部处理时，感应器3为平面型线圈32，感应器线圈匝数1～2匝，参见图6，感应器3靠近轧辊8表面，对裂纹位置局部进行处理。

本发明的轧辊表面微裂纹的处理方法，是在有微裂纹的轧辊表面通过电磁感应装置引入感应电流，利用感应电流在裂纹尖端存在的“绕流”效应，参见图3，使裂纹尖端位置局部得到加热升温，钝化裂纹尖端，有效降低材料裂纹进一步扩展趋势。而且在裂纹尖端存在“尖端放电”效应，原理如图4所示，电荷不断积累，以至击穿裂纹内气隙而放电，可以焊合微裂纹，使轧辊表面微裂纹得到愈合。这些均有助于减小轧辊磨削量甚至取消部分中间磨削，延长轧辊使用寿命。

调节所述电磁感应装置的电源输出频率，使感应电流在轧辊表面的集肤深度δ与微裂纹的深度d基本相当，参见图2，过大则加热深度过大，电耗增加，且对轧辊表层微观组织状态有不良影响，不利于轧辊后续继续工作；过小则适合处理的裂纹深度变小，对大而深的裂纹处理效果降低。集肤深度δ可按照δ＝1/sqrt(π*μ*σ*f)来近似计算，其中μ是导体(轧辊)磁导率，σ是导体(轧辊)电导率，f是所施加的交流电频率。取高温下轧辊磁导率μ＝4π×10^-7Ω·m，电导率σ＝0.75×10⁶S/m，不同频率f下辊面集肤层深度δ如表1所示：

表1

f，(MHz)	0.5	1	2	3	4	5	10
								δ，(mm)	0.82	0.58	0.41	0.34	0.29	0.26	0.18

对于0.1～0.3mm深的轧辊表面疲劳微裂纹，所述电磁感应装置的电源输出频率f调节为f＝4MHz。

调节所述电磁感应装置的电源输出电压，控制感应器线圈内电流强度，可以控制轧辊辊面所处的电磁场强度，并控制轧辊表面层内的感应电流强度，确保既不过分加热辊面层，使辊面温度过高，这样会改变轧辊表面的微观组织，降低辊面硬度，甚至辊面严重氧化，不利于轧钢后续继续工作；同时，在裂纹尖端处的感应电流聚集强度足够大，以在裂纹尖端局部发热，对裂纹进行钝化、焊合处理，而没有裂纹的正常辊面位置则发热并不大。如果对辊面温度进行红外监控，辊面加热温度绝对不能超过500℃，优选的，轧辊辊面温度控制在200℃左右，这样还可以在一定程度上消除轧辊辊面在轧制过程产生的加工硬化问题。

根据辊面的微裂纹位置分布情况，具体分两种方式进行处理：(1)整体处理，即微裂纹均匀分布于整个辊面，采用大型的与轧辊辊径匹配的圆环型感应器，套设在轧辊外周，从辊面一端向另一端连续均匀地对辊面整体进行处理；(2)局部处理，即微裂纹只分布在辊面上的一些局部区域，例如，裂纹主要分布在与带钢边部接触的辊子两端，或其他辊面局部位置，依靠无损探伤检测出微裂纹存在的具体位置后，采用小型的平面型感应器，靠近裂纹位置对辊面进行处理。

根据轧辊表面微裂纹的深度分布情况，处理时采用多道次变频处理，即先调节所述电磁感应装置的较低电源输出频率，主要钝化、焊合深度较深的微裂纹；后调节所述电磁感 应装置的较高电源输出频率，主要钝化、焊合深度较浅的微裂纹，这样使辊面不同深度的微裂纹均能得到有效感应处理。

实施例1：整体处理

微裂纹均匀分布于整个辊面，感应器3采用圆环型感应线圈31，其结构如图5所示，感应线圈31套设在轧辊8外周，并与连接电缆2和高频电源1连通，感应线圈31内部通水冷却，轧辊8水平置于转动装置6上，感应线圈31的匝数为1匝，并通过感应器支架4把感应线圈31固定在感应器移动装置5上。感应线圈31最初放在轧辊8辊面一端位置。打开高频电源1，调节高频电源1至工作频率2MHz，高频交变电流通过连接电缆2在感应线圈31内流动，并在轧辊8表面感应出电流，对轧辊8辊面微裂纹开始处理。同时，通过轧辊转动装置6带动轧辊8转动，w＝100rpm，使辊面周向微裂纹得到均匀处理。感应线圈31通过感应器移动装置5从轧辊8一端向轧辊8另一端匀速移动，V＝0.2mm/s，这样整个辊面轴向分布的微裂纹得到处理。采用三道次变频处理，第一道次电源频率0.5MHz，第二道次电源频率3MHz，第三道次电源频率10MHz，这样使辊面不同深度的微裂纹都能得到处理。红外测温仪7测量轧辊辊面的温度信号，并和高频电源1闭环控制，防止辊面温度过高而损伤辊面，处理辊面温度上限设定为180～200℃。

实施例2：局部处理

微裂纹分布于辊面局部位置，依靠无损探伤对裂纹定位后，采用平面型感应线圈32，其结构如图6所示，其余装置与实施例1中相同，平面线圈32靠近辊面裂纹位置，调节电源1电参数使之与感应线圈负载阻抗相匹配，保证电源系统处于最佳工作状态，最后升高电源1输出电压，对辊面的裂纹进行局部感应处理。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种轧辊表面微裂纹的处理方法，其特征是：在有微裂纹的轧辊表面通过电磁感应装置在轧辊表面产生感应电流，利用高频感应电流在裂纹尖端存在的“绕流”效应和“尖端放电”效应，使裂纹尖端位置局部得到加热升温，钝化裂纹尖端，并且在裂纹尖端能焊合微裂纹，使轧辊表面微裂纹得到愈合；

调节所述电磁感应装置的电源输出频率，使感应电流在轧辊表面的集肤深度δ与微裂纹的深度d基本相当，集肤深度δ按照δ＝1/sqrt(π*μ*σ*f)计算，其中μ是轧辊磁导率，σ是轧辊电导率，f是所施加的交流电频率；所述电源的调频范围为0.5～10MHz。

2.根据权利要求1所述的轧辊表面微裂纹的处理方法，其特征是：对于0.1～0.3mm深的轧辊表面疲劳微裂纹，所述电磁感应装置的电源输出频率f调节为4MHz。

3.根据权利要求1所述的轧辊表面微裂纹的处理方法，其特征是：根据轧辊表面微裂纹的深度分布情况，采用多道次变频处理，即先调节所述电磁感应装置的较低电源输出频率，主要钝化、焊合深度较深的微裂纹；后调节所述电磁感应装置的较高电源输出频率，主要钝化、焊合深度较浅的微裂纹，使辊面不同深度的微裂纹均能得到有效感应处理。

4.根据权利要求1所述的轧辊表面微裂纹的处理方法，其特征是：调节所述电磁感应装置的电源输出电压，控制轧辊表面层内的感应电流强度，进而控制轧辊表面温度。

5.根据权利要求1所述的轧辊表面微裂纹的处理方法，其特征是：对于微裂纹均匀分布于整个轧辊表面，所述电磁感应装置为圆环型感应器，所述圆环型感应器内径与轧辊辊径相匹配，将圆环型感应器套设在轧辊外周，从辊面一端向另一端连续均匀地对辊面整体进行处理。

6.根据权利要求1所述的轧辊表面微裂纹的处理方法，其特征是：对于微裂纹只分布在辊面上的局部区域，所述的电磁感应装置为小型的平面型感应器，将小型平面型感应器靠近裂纹位置对辊面进行处理。