在轧制过程轧辊磨损热评价的新方法中英文翻译资料.doc

New Method for Evaluating Thermal Wear of Roils in Rolling Process
Abstract：A new method was developed by a thermal wear machine to evaluate the thermal wear of rolls in steel rolling process．The stee1 strip and rolls were simulated by upper and 1ower heating disks．The upper heating disk could be kept at a temperature of over 900 ℃ by induction heating．The pressure between the disks as high as 323.2 MPa could be achieved and the slipping rate could be 12.7 ．The thermal wear of high speed steel(HSS)roll material，the wear rate of the HSS roll，and the SEM morphology of a worn HSS roll surface were investigated．This method was useful and could be employed to simulate friction and wear between strip and roll during the strip roiling process．
Key words：therma1 wear；roll；friction；strip rolling；Induction heating
The roll is one of the most important tools in the rolling process．Its surface may get worn out because of the relative slip between the roll surface and steels for the fast changes in both rolling force and temperature． In designing and calculating the wear crown of rolls，the roll wear is a very important factor and has to be taken into consideration，as it can reduce the difficulty in controlling steel shape and increase the accuracy in the calculation model of the roll wear crown． Furthermore，the wear of the roll surface will directly affect the surface quality of stee1． Therefore，it is significant to develop an approach method to evaluate the roll wear and to study the mechanism of roll wear based on friction theory．
To date，many studies have been carried out concerning roll wear． For example，Kato developed a thermal wear equipment．which is a disk shaped machine．However，it is difficult to simulate the wear between steel and roll during the rolling process，as the disk is smal1 and thin，and the load is not very large．Glottal E and Li et alE. studied the thermal wear attribution of wear-resistant materials 9Cr2 and 3Cr2W 8V， and the thermal wear equipment they used was a pin disk machine，which could not be used to simulate the thermal wear of the rol1．Liao used a smal1 mil1 to roll the wire and studied the thermal wear of the roll with high Cr cast iron．However，this equipment was a mil1 and the work piece that needed to be heated and rolled for stud ring the frictional wear． Thus，for some work pieces it was almost impossible to study the wear under different slipping rate and load for a long period．
In this paper, the thermal wear test method is developed，which is a disk-like machine． The upper and lower disks are used to simulate the workpiece and the roll，respectively． The upper disk can be heated up to 900 ℃ through an induction coil． The load can be exerted as high as 323.2 MPa between disks，and the maximum slippage ratio is 12.7 ．
1． Principle
To evaluate the thermal wear of rolls, a new test machine was developed，which was disk-like on the basis of the 2-high 1 60 mm mill． The disk，drive shaft，bearing block， and forcing equipment were designed and manufactured。and the induction heating equipment was designed with a special shape to heat the upper disk where the temperature could reach higher than 900℃．The upper and lower disks could be used to simulate the workpiece and the rolls during hot rolling，respectively． The ratio of the slip between disks could be determined by the forward slip．The lower disk with different embedded materials could be employed to study the wear of the roll under some rolling condition.
The original 2-high160 mm mill consists of motor-driven equipment， a reducer，and junctor．The devices to be designed are disk，shaft，bearing block， forcing equipment， balancing spring， end cap，cushion ring，junction box，back plate，and so on． The high frequency induction equipment is designed as a special heating mode．(1)The dimension of the upper disk is 160 mm × 30 mm and that of the lower disk is 160 mm × 50 mm． The disk material is 45 steel and the dimension of the experimental roll material is 10 mm× 10 mm ，which is embedded on the periphery of the 1ower disk．(2)The materia1 of the drive shaft is 40Cr steel which is hollow for water cooling．The bearing block，the forcing equipment，and the balancing spring are also designed．
For this purpose．The GP10-C1 high-frequency induction apparatus is employed，and the induction power source and the parameters are listed in Table 1．
The surface of the inverse upper disk is heated by the GP10-C1 induction power source according to the theory of skin effect of electromagnetic induction heating．The induction coil is specially designed as a semicircle for a continuous heating of the inverse upper disk．The experimental setup for testing thermal wear including the heater and water cooling system of the disks is schematically illustrated in Fig．1．The conductor material is T1 or T2 pure copper tube and the dimension is 10 mm × 1 mm.

2 Experimental
To test the validity of the machine performance．roll material of high speed stee1(HSS) was embedded in the 1ower disk． The chemica1 composition of the roll material (mass percent)is listed in Table 2．The original hardness of the experimental material was HRC 51.3 measured by HR-150ARockwel1 hard meter．
The worn amount of HSS rol1 materia1 under different loads and slipping rate was measured using the SARTORINS BSIIOS electronic balance after cleaning and drying．The morphology of the worn surface of the specimen was observed through a scanning electron microscope (PH ILIPS-505)．
3 Results and Discussion
The wear ratio curve is presented in Fig.2，which indicates the wear ratio as a function of cycles for specimen in different slipping rates of S=4.8%-12.7% and loads of =141.5- 323.2 MPa．In the experiment，the temperature of the upper disk was900℃ ， at which the wear was most severe．However．a decrease in the thermal wear owing to the oxide layer did not occur in this experiment．It could be seen that the wear ratio curve increased with increasing slippage and loads． Loads played a more important role than slipping rate for therma1 wear． Some interesting effects were observed，for instance，wear ratio increased slightly before 1680 cycles． The reason could be that the roll surface was protected from wearing by the thin black oxide layer generated on it．
The microstructure of the HSS roll surface has been investigated under different rotational speeds of the rol1 between the 1ower disk at 530-580 ℃ and the upper disk at 880-930℃．Fig.3 shows the SEM morphology of the HSS surface under variable rotational speeds when the slipping rate S is 12.7% and the load is 323.2 MPa．From Fig.3(a)，it can be seen that there is oxidized frictiona1 wear on the HSS roll surface．From Fig.3(b)and Fig.3(c)，it can be seen that it forms grain-abrasion of the cavity for the oxide dropping as the rotational speed increases．Fig.3(d)shows that there is adhesive wear on the HSS roll surface for increased loads，and the wear mechanism is of oxidation wear grain—abrasion wear，and adhesive wear at the same time．
The effect of abrasion occurs in contact situation where direct physical contact between two surfaces is given，and one of the surfaces is considerably harder than the other．The harder surface asperities press into the other surface with plastic flow of the soft surface occurring around the asperities of the harder surface．When a tangential motion is imposed on the harder surface．the soft materia1 is removed because of the combined effect of “micro-cutting” and “micro-cracking”．
It is quite difficult to relate adhesive wear processes with elementary bulk properties of materials．The oxidation wear occurs because of high temperature of the rol1．The oxide is diffused in the matrix the black oxide layer is exfoliated from the roll surface．Plasticity deformation slippage wear is caused by the deformation of the roll surface and the relative motion between the strip and roll．

附录二翻译
在轧制过程轧辊磨损热评价的新方法
摘要：新方法是由热磨损机器发展到评价在轧钢过程中的热辊的磨损。在带钢和卷，模拟了上下加热盘。上部加热磁盘可能维持在超过900℃感应加热温度。高达323.2兆帕斯卡的压力磁盘可以实现，下滑速度可能是12.7％。在高速钢热磨损（高速钢）辊材料，高速钢辊的磨损率和磨损的高速钢轧辊表面的SEM形貌进行了研究。这种方法是有益的，可以用来模拟之间的摩擦和磨损带和在带卷翻滚过程。
关键词：热磨损;辊;摩擦;带轧制;感应加热
在轧制过程中辗轧是最重要的工具之一。它的表面可能会磨坏,由于钢辊面和相对滑移出两个轧制力以及温度变化较快。在设计和计算扎辊磨损量时，轧辊磨损是一个非常重要的因素。在控制钢铁形状以及辊磨损计算模型的准确性时它可以降低难度。此外，辊面的磨损将直接影响钢材表面质量。因此，重要的是建立一个适当的方法评价辊磨损，并基于摩擦理论基础研究滚动磨损。
到目前为止，已经开展了许多关于辊磨损的研究。例如，加藤发展无热磨损设备，这是一种盘状成型机。然而，很难模拟轧制过程中的钢辊之间磨损磁盘，因为它不但小而薄，而且负载不是很大。
郭，李等人研究了磨损的热磨损的归属，耐磨材料9Cr2and 3Cr2W 8V和热磨损的设备，他们使用的磁盘机的引脚，不能用来模拟轧辊的热磨损。廖某使用了一个小厂推出的电线，并研究了以高铬铸铁轧辊的热磨损。然而，这一设备是为了工件加热和辗轧进行磨损研究而推出的。因此，对一些工件，研究不同滑移率和长期负载的磨损这几乎是不可能的。
在这篇论文中，热磨损测试方法很先进，它像一个机磁盘。上下磁盘来模拟工件和辗轧，分别，上层磁盘可以通过加热到900℃诱导线圈。在可高达323.2兆帕斯卡磁盘之间产生高负荷，最大滑移率为12.7％。
1原则
评价热辊磨损的一个新的试验机研制成功，这是一个类似盘型一样的直径60毫米轧机。磁盘，传动轴，轴承座和感应加热设备。设计了有特殊形状的上盘其温度可高于900摄氏度。上下盘可以用来模拟在热轧工件和辗轧，分别之间的滑移率磁盘可以由前滑决定。嵌有不同材料的低磁盘可以用来研究在某些条件下轧制辊的磨损。
原来的2m高的直径160毫米的轧机由马达驱动，交连设计的设备是磁盘，轴，轴承座，平衡弹簧，端盖，垫环，接线盒，背部板等.高频感应加热装置的目的是为一个特殊的加热方式。（1）上盘尺寸是直径160毫米× 30毫米，低磁盘直径160毫米× 50毫米。磁盘材料45钢和实验卷筒材料其直径10毫米× 10毫米，嵌入到下盘边缘。（2）驱动轴是40Cr钢材料其空心水冷却。轴承座，受压设备，平衡弹簧的设计也是这样的。
为了这一目的，GP10- C1采用的是高频感应装置，以及感应电源的参数见表1。
在磁盘表面上加热的GP10 - C1的感应电源是根据皮肤电磁感应加热效果的理论。感应线圈是专门为一个磁盘上的逆持续加热半圆形设计。实验热磨损测试，包括磁盘的热水器和冷却水系统图1简单作了说明。导体材料的T1或T2纯铜管的尺寸为10毫米× 1毫米。

2实验
为了测试机器性能的有效性。辊高速钢（HSS）材料嵌入在较低的磁盘。这个项目的材料（质量百分数）的化学成分列于表2，实验材料是原来的硬度通过HR 150ARockwell硬度计测量。
高速钢辊的磨损量的材料在不同载荷和滑动率测定后使用，对试样磨损表面形貌是通过扫描电子显微镜（PH值ILIPS 505）观察。
3结果与讨论
磨损率曲线图提出，这表明在不同的下滑率样本中作为一个周期函数的磨损率S是从4.8%到12.7%之间以及载荷为141.5到323.2兆帕斯卡。在实验中，上盘温度是900，磨损最为严重。然而，在氧化层保护下热磨损减少这个现象在本实验中并没有表现出来。可看到磨损率滑动曲线随负载增加。负荷比下滑起到了更重要作用。我们观察到了一些有意思的现象，例如，转速在1680转以下，其磨损率上升较小。原因可能是轧辊表面由黑色的薄氧化层保护。
在不同的旋转速度下观察高速钢轧辊表面微观结构，其下盘温度在530到580之间，上盘温度在880到930。图3显示了可变转速下的高速钢表面的SEM形貌，其打滑率S为12.7%以及负载为323.2帕，从图3（a）中可以看到表面氧化摩擦，磨损高速钢轧辊可以由图3（b）和图3（c）看到，提高转速氧化磨损率会下降。图3（b）表明，在有负载增加时高速钢轧辊表面有黏着磨损，其磨损机理是氧化磨损。
当两个表面发生直接的物理接触，并且认为是其中一个表面比另一个表面硬时，磨损现象就会发生。随着较软表面在较硬表面的粗造物的周围发生塑性变形，后者的粗糙物压入前者表面。当较硬表面发生切向运动时，由于微犁削、微切削和微崩裂的联合作用，较软部分被去除。
由于高温碾压会发生氧化磨损，将粘合磨损与材料的基本属性联系是很困难的。氧化物在模具中扩散，随即黑色氧化层便从轧辊表面脱落下来。塑性滑动磨损是由轧辊表面的塑性变形和辊子之间的相对运动而引起的。

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