中国轧辊制造业技术现状与发展趋势 作者：贾建平

中国轧辊制造业技术现状与发展趋势

作者： 贾建平 　

单位：中钢集团邢台轧辊有限公司副总经理　

一、概述
　　从20世纪90年代开始，中国的钢铁行业开始快速发展，前5年钢产量的年平均增量为600.2万吨，后5年的年平均增量在662.6万吨，进入21世纪后的前5年，钢产量的增幅迅速加大，年平均增量达4477.4万吨，为90年代初的7.09倍，2006年产钢4.23亿吨，占世界钢产量的三分之一，2007年，我国钢产量进一步提升，达4.89亿吨，占世界总钢产量13.44亿吨的36.44%。
　　在钢产量快速增长的同时，我国钢材品种的结构优化步伐也在加快，尤其是以发展板材为中心的产品结构优化与调整。第一个特点是冷轧板比例大大提高，汽车板、家电板等高级板材以及电工钢板、不锈钢板等高附加值特殊用途板材产能提升迅速。从整个冷轧行业来看，工艺装备能力及技术水平明显提高，2007年我国已建及在建的宽带冷连轧机已达到30余套，新上轧机以及一些老轧机通过技术改造，基本都配备了先进的板型控制系统，高级冷轧薄板的生产能力已达到4000万吨以上。如果再考虑单机架冷轧等小型轧机，我国冷轧板材产能约在7000万吨左右。第二个特点是钢材生产逐渐由常规型向高等级方向发展，如型线材产品向高强度方向发展，建筑用钢筋由过去的Ⅱ级钢筋向HRB400钢筋推广；第三个特点是以汽车板、管线钢、容器板、造船板为主体的各类板材，向高强度、高韧性、良好焊接性能及表面质量方向发展；薄板产品向着超细晶、高强度方向发展。总体上讲，除少数品种和规格特殊用钢外，目前我国钢材实物质量已逐步接近或达到国际先进水平。
　　为实现高等级钢材产品的轧制需求，国内高端轧辊的研制和开发进程加快，大量替代进口的轧辊在短时间研制成功并取代进口，极大地满足了国内钢铁工业发展的需求。
　　轧辊作为轧钢工业的重要工具，是轧钢设备的最主要消耗部件，随着产钢量的增加，轧辊消耗量迅速增加。粗略计算，如果按吨钢消耗轧辊1kg估算，仅2007年的轧辊消耗就约在50万吨左右。随着钢铁企业产出能力的大规模迅速扩张，新建投产轧机的不断增加，给轧辊制造行业带来“井喷式”的强劲需求，中国的轧辊制造行业获得了前所未有的发展机遇。
　　为紧跟钢铁产业迅猛发展的步伐，满足日益增长的市场需求，国内各轧辊制造企业近年来也加快了技术改造、产能扩张的速度。通过加强技术改造、自主研发能力培育，在技术装备、产品的使用性能上已达到国际水平，并形成了一大批具有自主知识产权的专有技术。经过多年发展，目前中国轧辊制造企业产品品种多、覆盖面广，可以生产不同材质、不同规格、不同品种的各种轧辊，服务并满足于国内各种轧机需求，通过与钢铁企业的合作与互动，建立战略联盟关系，深化技术交流与合作，共同立项研发课题，使上下游双方达成了一定的默契和协调，优化了市场资源和发展基础。
　　受轧辊行业火爆形势影响，大量的资金投入轧辊制造行业，扩建和新上一批轧辊制造企业。与此同时，国外轧辊制造企业也看中了中国轧辊业这块蛋糕，纷纷斥资在中国建立或合资兴建轧辊制造厂。据不完全统计，目前我国现有大大小小300多家轧辊厂，产出能力达到70万吨左右。
　　我国轧辊制造业经过几十年的发展，已取得较大成绩，主要表现在以下几方面：
　　一是产量有较大幅度的增长。随着轧钢产量的快速发展，轧辊制造业的产能和轧辊的产量也快速增长，对满足国内钢铁行业的需求和发展起到了积极的作用。
　　二是产品质量合格率稳定提高。以2007年上半年统计数据，主要铸铁轧辊综合质量合格率为94.06%，比2006年同期提高0.56%。
　　三是生产轧辊的品种结构有所变化。轧辊生产逐渐向板带等优质轧辊集中，特别是用于板带行业的高等级轧辊产量，近年来增长最为迅速。目前，中钢邢机所生产的用于现代化板带轧机轧辊已占到各类轧辊产量的70%以上。
　　四是轧辊出口创汇大幅度增长。2007年上半年，在被统计的31家企业中有9个单位出口铸铁轧辊3430吨，比去年同期增长75%。2007年中钢邢机完成各类轧辊出口创汇4000万美元。
　　但是也应该看到，国内的轧辊企业虽然在产量上不断扩大，但在品种结构调整却没有完全跟上钢铁工业技术进步、结构优化调整的步伐，高端轧辊生产能力明显不足。如高速钢、半高速钢轧辊，目前国内仅有中钢邢机具备批量生产能力，市场占有量较低；宽带冷连轧机用高质量轧辊，国内只有中钢邢机、常冶具备工作辊、中间辊批：量供货能力，而对于大型支承辊目前只有一重、二重以及中钢邢机等具备生产能力且产能难以满足市场需求。有些高等级板材的轧制还依赖进口轧辊，特别是“十一五”期间新上的宽带钢生产线，板材精度要求较高，这方面的矛盾会显得更加突出。宝钢、鞍钢等大型钢铁企业宽板带轧机每年都要从国外进口轧辊，这也反映出我国轧辊总体制造水平还有待于进一步提高。因此，为现代化轧机配备高性能的轧辊成为我国轧辊制造业面临的新课题，而选择轧辊生产工艺和材质是制造不同种类高等级轧辊的关键。
　　二、中国轧辊制造技术现状
　　近几年，具有国际先进水平的轧机和轧制技术相继落户中国，推动了我国冶金轧辊制造装备和制造技术快速发展，使我们逐渐从早期的手工操作向自动化、智能化控制方向发展，无论从控制水平还是精度都得到大幅度提高，轧辊质量稳定提高。
　　1.铸造轧辊
　　在冶炼设备方面，对于铸铁轧辊，落后的冲天炉、反射炉已在上世纪末被陆续淘汰，代之以工频炉、中频炉，铁水质量改善，工作效率大大提高，工作环境净化，降低了工人的劳动强度。但目前国内工、中频炉冶炼主要还是采用酸性炉衬，不具备氧化、还原功能，降低铁水中的P、S含量受到一定限制，只能采用其他辅助手段进行降P脱S。铸钢轧辊因对钢水中P、S等杂质含量要求较严，一般冶炼采用电弧炉，随着轧辊对夹杂、气体含量要求的提高，铸钢轧辊的冶炼开始向电弧炉+钢包精炼炉冶炼发展，有些厂家还采用了保护浇注、真空浇注等先进生产工艺，进一步提高轧辊的内在质量。
　　在制造工艺方面，也从过去常法浇铸单一材质、半冲洗、全冲洗浇铸复合材质发展到今天的离心复合浇铸工艺、CPC复合制造以及喷射成型、热等静压成型、液态金属电渣复合等，目前以离心复合、全冲洗溢流复合为主要生产方式，CPC和其他——些先进的轧辊制造技术日前尚未形成生产能力。近年来，堆焊轧辊作为一种新型轧辊制造和修复方法，取得了快速发展，堆焊的品种主要包括铸钢、锻钢轧辊，堆焊方式已发展到目前的药芯焊丝堆焊、电刷涂镀、激光表面合金化和粘接轧辊等。有些轧辊品种实现了组合装配生产，如板带轧机的立辊、型钢万能机组组合辊等。针对型钢轧辊孔型深的特点，为保证孔型面磨损均匀，有些厂家采用了带槽铸造技术。为解决大型铸钢轧辊补缩问题，中钢邢机自主开发了无流浇注技术，使轧辊制造过程实现了顺序凝固，减少了中心疏松。
　　中钢邢机从德国GP公司引进了大型立式离心浇铸机及离心轧辊制造技术、增建了30吨、45吨电弧炉、70吨LF/VD钢包精炼炉以及多台中频、工频感应炉设备，已经建成大型铸钢轧辊、离心复合系列铸铁轧辊、大型复合铸钢支撑辊等优质轧辊生产线，其工艺、技术、装备代表着我国目前轧辊制造业的先进水平。另外，太钢和瑞典Akers、一重和德国依勒尔、宝钢和日立也实现了合资，外资和技术的引进，也使中国的轧辊制造技术快速发展。
　　在轧辊材质方面，铸铁轧辊由过去的冷硬铸铁、无限冷硬、冷硬球复等发展到目前的珠光体球铁、针状组织球铁、高NiCr无限冷硬铸铁、高Cr铸铁等新型轧辊材质，为适应不同轧机需要，各个材质的性能也在不断细化和提高，如适用于宽厚板轧机、炉卷轧机及带钢热连轧机的高NiCr无限冷硬铸铁，适用于带钢热连轧机粗轧、精轧前段的高Cr铸铁工作辊、宽厚板轧机高Cr铁上作辊及平整轧机用高Cr铁工作辊。为满足市场需求，在品种优化的同时，产品性能也向更高层次发展，如改进型高镍铬无限冷硬铸铁、改进型高Cr铸铁等材质新品种的开发和推广。铸钢轧辊过去一直采用的是低合金的普通铸钢、半钢材质，随着轧辊性能要求的提高，铸钢轧辊在向高合金方向发展，如在板带轧机两辊粗轧工作辊及型钢轧机开坯辊上用于替代常规铸钢材质的热作模具钢材质、热带钢精轧前段使用的高速钢材质、粗轧机架使用的高路钢、半高速钢材质、立辊使用的半钢材质、型钢万能轧机辊环使用的半钢、高碳半钢、高Cr铁、高Cr钢、高速钢材质等。根据轧机特点，为增加耐磨性，有些机架实现了以铁代钢，如型钢万能轧机的合金球铁BD辊。
　　在热处理方式上，过去有些轧辊基本不进行热处理，靠自然时效消除应力，如冷硬铸铁轧辊、普通铸钢轧辊系列，随着轧辊材质的发展，高合金的轧辊开始进行人工时效热处理，不仅用于消除铸造应力，更主要的是通过适宜的热处理，获得所需的轧辊使用性能，热处理一般采用箱式电阻炉或燃气炉。近年来，为进一步提高轧辊性能，差温、准差温热处理方式开始采用，差温热处理可将轧辊的工作层和芯部采用不同的热处理方式，获得优异的综合性能。目前，中钢邢机的优质复合轧辊和复合铸钢支撑辊均采用差温方式进行热处理。对于深开孔型的型钢轧辊，为保证轧辊的使用性能，采用了预开孔型热处理的生产方式。
　　2.锻钢轧辊
　　目前，我国锻钢轧辊主要应用于冷轧带钢工作辊、中间辊以及各类板带钢轧机支承辊，也用于带钢热连轧机小立辊、粗轧机架工作辊，初轧机及钢坯连轧机轧辊，H型钢万能轧机水平辊轴，棒线材轧机粗轧机架轧辊，无缝钢管轧机穿孔机架及轧管机前架轧辊，焊管轧机各类轧辊，有色金属板带材冷热轧工作辊、支承辊及铸轧辊，以及各类轧机辊道辊、夹送辊、校平辊、矫直辊等。产品制作一般经冶炼、铸锭及锻造，并通过热处理方法达到辊身、辊颈不同的性能要求。
　　(1)钢锭冶炼
　　锻钢轧辊的发展离不开轧辊毛坯生产技术的进步，钢锭冶炼作为决定轧辊最终使用性能的重要工艺步骤然被高度重视起来。钢水的纯净度对锻钢轧辊的使用性能特别是抗事故性能有重要的影响，存在于轧辊锻坯中的非金属夹杂物、有害气体(如[H)等)以及碳化物的偏析都有可能成为剥落或断辊的裂纹源。目前，我国锻钢轧辊常用的冶炼方法主要有以下几类：
　　电炉冶炼，主要适用于一些合金含量较低的锻钢热轧辊以及矫直辊、辊道辊、夹送辊等一般用途轧辊。现在大型轧辊企业制做锻钢轧辊时，电炉一般仅用作熔炼设备，所需成分的精炼和最终成分精确调整均在炉外钢包精炼的第二阶段进行。
　　电炉冶炼+炉外钢包精炼，主要适用于锻钢支承辊、合金含量较高的锻钢热轧辊以及部分冷轧工作辊。钢包精炼工艺可满足Cr5材质以下大部分黑色和有色金属轧制用冷轧辊的制作使用要求。1996年邢机公司研制成功并形成了批量生产钢包精炼冷轧辊的能力，开辟了国内首条钢包精炼冷轧辊生产线，产品在武钢、攀钢等厂家冷轧机上机实轧，取得了与电渣重熔冷轧辊相当的使用效果。目前，中钢邢机具备Cr2、Cr3、Cr4等系列钢包精炼冷轧辊的生产能力。
　　电炉冶炼+电渣重熔，主要适用于冷轧工作辊、高合金有色热轧辊以及铸轧辊套等特殊用途轧辊。电渣重熔属二次熔炼，制造周期长，需要消耗大量电能，使冷轧辊的制造成本提高，但对于偏析程度相对严重的Cr5等高材质冷轧辊钢，电渣重熔冶炼铸锭工艺还是不可缺少的。目前，中国带材冷轧工作辊及中间辊生产基本经过电渣重熔工序。
　　电炉冶炼+钢包精炼+电渣重熔，用于现代化连轧机用高性能冷轧工作辊。中钢邢机是目前世界范围内唯一采用这种“双精炼”冶炼方式生产锻钢冷轧辊的厂家，这种钢锭冶炼方式兼备电渣重熔和钢包精炼两种方式的优点，是目前冷轧辊常规冶炼方式中的最高配置，材料的冶金质量达到最优，最大限度地保证了产品的最终使用性能。
　　(2)辊坯锻造
　　锻造工序是锻钢轧辊制造过程中承上启下的重要环节。一方面，它通过辊坯的锻造成形过程消除铸态组织粗大的树枝状晶，细化晶粒，焊合钢锭内部疏松、气泡、裂纹等宏观缺陷，密实金属组织，提高材料的强韧性；另一方面，由于锻钢轧辊材质合金含量不断提高，成分和组织偏析程度相对更为严重，液析碳化物量以及碳化物带状倾向增大，因此更为重要的是通过锻造加热及变形工艺的合理制定，充分溶解、破碎、改善碳化物及非金属夹杂物在钢中的分布，降低偏析程度，均匀组织，提高材料的使用性能，并为后续的热处理工序奠定良好的基础。
　　目前，随着冷轧辊材质的发展，Cr8、热作模具钢、半高速钢、高速钢等新型锻钢轧辊逐步推广使用，轧辊材料的合金含量越来越高，锻造难度大大增加，锻造内部裂纹导致的超声波探伤超标成为制约锻钢轧辊成品率提高的主要因素。因此在我国，以内裂控制为核心的高合金冷轧辊坯控制锻造工艺技术正逐步发展起来。充分利用扩散均质化、高温停锻以及裂纹自修复原理，通过合理设定锻造温度、安排锻造火次、控制镦粗与终锻变形量，达到最大限度控制辊坯内裂的目的，提高辊坯超声波探伤合格率。
　　(3)热处理
　　锻钢轧辊通过热处理达到辊身、辊颈不同的性能要求，在辊坯质量保证的前提下，热处理直接决定了产品使用性能。锻钢轧辊根据不同使用性能要求，热处理种类很多，一般分为预备热处理和最终热处理两类。
　　预备热处理一般包括锻前加热时高温扩散退火，锻后正火、球化退火以及扩氢处理等，粗加工后调质处理，还包括针对辊颈表面硬度较高(≥HSD50)产品的辊颈强化处理。最终热处理主要有整体处理、感应加热淬火、差温热处理以及准差温加热淬火。整体处理包括调质、正火及整体淬火，主要用于初轧辊等辊身硬度要求较低(小于HSD50)的轧辊、多辊轧机用辊等小型冷轧辊以及辊轴、辊套类产品。
　　感应加热淬火分为连续式感应加热、整体感应加热两种方式，主要用于辊身硬度较高的冷轧辊以及规格在中1000mm以下的支承辊、有色热轧辊。按感应器类型不同，又分为单工频、中频、工频双感应器、双工频、双频等多种淬火工艺方式。目前，我国大型锻钢冷轧工作辊的最终热处理大多采用双频连续式感应淬火方式，对于合金含量相对较高的产品一般应经深冷处理控制残奥、提高硬度及淬硬层深度，并保证工作层组织的稳定性。产品辊身硬度均匀性可达到2HS以内，淬硬层深度最高可达到半径方向50mm以上。
　　差温及准差温热处理方式主要适用于规格较大的支承辊与热轧辊(辊身硬度不小于HSD50)。目前，国内一重、二重、中钢邢机等企业均具备成熟的大型支承辊差温热处理技术。
　　总体来说，中国锻钢轧辊制造装备能力基本达到国际先进水平，同时锻钢冷轧辊、大型锻钢支承辊等高端产品的制造技术水平也与国际先进水平不相上下。但轧辊企业之间水平发展不均衡，只有少数大型企业掌握了先进的轧辊制作技术，——些小型企业装备较差，生产工艺落后，制造技术水平还有待提高。
　　3.检测与加工
　　在检测设备方面，我国有实力的大部分轧辊制造企业也同国外基本接轨，真空光电直读光谱仪、碳硫分析仪、远红外线分析仪、扫描电子显微镜、数字超声波探伤分析仪、大工件现场金相显微镜、现场肖氏、里氏硬度计等先进的检测设备，为产品质量提供了有力的技术保证。
　　在加工精度方面，随着我国轧钢装备的改造和不断从国外引进先进的轧机，轧机向自动化、连续化、重型化方向发展，对轧辊的几何尺寸、表面精度、机械性能要求更高，特别是近年来板带轧制向宽、薄、平方向发展，对轧辊的精度提出特别要求，许多轧机的精度要求已达到微米级，目前国内许多轧辊制造企业已开始加工设备的数控化，不仅提高加工精度，也使加工效率大幅提高。
　　三、中国轧辊材质现状及发展趋势
　　1.热轧板带轧机用辊材质发展
　　经过几十年的发展和优化，中国的轧辊制造针对不同类型的轧机和使用环境己形成材质系列化，特别在高合金材质方面，通过自主研发和技术引进，中国轧辊的技术水平已和国外先进水平接近，特别是用于板带热轧机的轧辊材质，基本和国外处于同等水平。
　　根据轧辊的使用环境和轧机特性，板带轧机的轧辊基本上分为以下几个大类：
　　①大立辊
　　大立辊的作用分为破鳞和侧压轧制。当大立辊仅用来破磷时，轧制力不大，此时材质选择主要考虑轧辊的抗热裂性和耐磨性，所用材质有合金铸钢、石墨钢、球铁、锻钢等。如大立辊通过大侧压控制板宽，有较深的孔型和一定压下量，不仅要考虑其抗热裂问题，还要考虑其辊颈强度和孔型硬度及耐磨性问题，此时多采用强韧性良好的合金铸钢或锻钢。但一般而言，即使进行侧压调整板宽，受板坯变形均匀性限制，侧压量也只有50mm，侧压力较小，因而无论采用铸钢还是别的材质，轧制力都不是主要问题，应主要考虑其抗热裂性和耐磨性。
　　由于立辊的用量不是很大，其材质更新换代发展不是很快，目前主要采用的还是整体铸造的合金铸钢和半钢，有些厂家使用了石墨钢材质，但用量不大，使用效果也不是太明显。近年来，国外的部分轧机立辊开始采用镶套复合技术。
　　采用复合镶套立辊后，可着重从抗热裂性和耐磨角度考虑外层材质设计，选择高Cr铁、高Cr钢，芯部则可用锻钢或铸钢轴，由于靠配合来实现内外层的良好组装，需要较高机械加工精度和装配技术。目前中钢邢机已开发成功高Cr钢镶套立辊。
　　②小立辊
　　位于热带连轧机粗轧或精轧机架前面的小型立辊，以设定带宽和保证板材的侧边平整，几乎没有侧向压下，主要要求是其耐磨性，轧辊只要具有合适的硬度和良好的抗热裂性，即可满足使用要求，这类轧辊在国内外普遍使用半钢材质(Adamite)，使用状况良好。最近国外尝试使用离心高铬铁材质轧辊，取得了良好的使用效果，国内宝钢2050轧线E3—4也采用了离心复合高Cr铸铁立辊，外层采用高Cr铁材质，芯部采用球墨铸铁，使用效果较合金半钢材质成倍提高。
　　③两辊可逆粗轧工作辊
　　两辊可逆粗轧在宽厚板和热带连轧机上均有采用，是较为普遍的粗轧机架形式。一般位于轧线的最前端，和高温钢坯接触时间长，因而轧辊材质抗热裂性好是对其基本要求；由于可逆轧制，对其咬入性也有较高要求；另外，由于没有支承辊，承受较大的弯矩和扭矩，因而对轧辊的强度要求较高。
　　目前，在两辊粗轧上使用较多的材质仍然是合金铸钢或合金锻钢，从抗热裂性角度出发，有些厂家使用了复合石墨钢、合金球铁等材质，如宝钢2050、1580轧线，近年来铸造或锻造热作模具钢，综合使用性能较复合石墨钢材质成倍提高。
　　目前中钢邢机已成功研制出整体铸造和复合铸造的热作模具钢材质粗轧工作辊，并已批量供应市场。
　　④四辊可逆粗轧工作辊
　　带钢热轧四辊粗轧工作辊考虑的主要问题仍然是磨损、热裂、压痕、轧制卡钢和打滑。早期的四辊粗轧工作辊曾使用ICDP和高Cr铸铁轧辊，由于轧制温度高，氧化膜厚，使用中易产生打滑烧伤，后宋被合金半钢工作辊代替。但合金半钢工作辊由于合金含量少、硬度低、耐磨性差，也基本被淘汰，目前用于四辊粗轧机架的工作辊材质一般选用高铬铸钢。随着国内轧辊制造技术的进步，大型离心复合高Cr钢轧辊制造技术已取得突破，目前所生产的复合高Cr钢轧辊已基本可满足国内市场需求，并可出口国外。
　　随着轧制技术发展和轧机向大型、高速、现代化发展，四辊粗轧机架材质也不断更新，国内有些厂家如宝钢、鞍钢等已开始使用耐磨性、咬入性和抗热裂性更好的半高速钢材质复合轧辊，取得了较好使用效果。目前，国内半高速钢轧辊仅中钢邢机有少量产出，尚未广泛推广。
　　⑤精轧前段工作辊
　　精轧前段工作辊的主要失效形式是磨损，机理是热疲劳，要求轧辊具有较高的热弹性极限，以延缓热疲劳裂纹的产生。目前精轧前段采用的主流材质为高Cr铸铁，为优化高Cr铸铁轧辊的性能，近年出现了改进型高Cr铸铁轧辊。
　　高速钢轧辊是近年发展起来的用于热带连轧机精轧前架的新型轧辊，使轧材质量显著提高，在线时间成倍延长，使用寿命和生产效率显著提高，到本世纪初的这几年，已逐渐取代传统的高铬铸铁轧辊，国内宝钢1580、2050，鞍钢1780、邯钢CSP、唐钢1810等带钢热轧精轧前段均已开始使用高速钢轧辊，目前，中钢邢机研制开发的高速钢轧辊已在邯钢、宝钢、宝钢不锈上机使用，为武钢2250、唐钢1810、安阳1780轧线生产的高速钢近期也将上机。
　　⑥精轧后架工作辊
　精轧后段工作辊对板材质量具有决定性作用，所需要的性能主要是高硬度、耐磨损、耐压痕，抗剥落和抗热裂。目前用于此机架的工作辊材质主要为ICDP，即离心复合高镍铬无限冷硬铸铁轧辊。为进一步提高耐磨性，近年来在精轧后架开发出了改进型ICDP轧辊，采用W、V、Nb等合金元素获得更高的耐磨性。
　　随着高速钢轧辊在精轧前段取得成功应用，许多厂家在精轧后段也开始试用高速钢轧辊，如宝钢1580、2050轧线己用至F5机架，邯钢CSP轧线也在向F4机架推进，中钢邢机在积极推进高速钢轧辊在精轧前段使用同时，也在针对精轧后段用高速钢轧辊进行研制、开发，目前已为邯钢CSP轧线成功研制出用于F4机架的ф600mm的高速钢工作辊。
　　⑦支承辊
　　支承辊对工作辊起到支承作用，要求支承辊刚度好；始终与工作辊或中间辊滚动接触，产生加工硬化现象，在过载时局部屈服使硬化层底部产生皮下微裂纹，微裂纹扩展最终造成辊身剥落，这就要求支承辊具有较高的接触疲劳强度，良好的应力状态和抗裂纹扩展能力：支承辊中部磨损形成凹陷辊型，辊身两端接触应力剧增，导致掉肩剥落，要求轧辊耐磨性优良，延缓和减轻凹陷辊型的形成。支承辊使用周期长，辊颈也长期承受交变弯曲应力，要求辊颈具有良好的屈服强度、韧性和抗断裂性能。目前支承辊的制造主要有整体铸钢、复合铸钢和锻钢三种类型，材质也由早期的Cr2发展到现在的Cr4、Cr5材质。
　　⑧宽厚板和炉卷轧机用辊
　　工作辊由于可逆轧制，对轧辊的抗热裂性、咬入性有较高的要求，同时还要兼顾耐磨性，目前用于此机架的工作辊材质主要为ICDP，采用离心方法制造，和连轧机所用ICDP轧辊相比，碳化物含量相对较低。近年来，为提高轧辊耐磨性，有些厂家使用了高Cr铸铁工作辊，取得了较好的效果。宽厚板支承辊由于规格大、承受较大的轧制压力，目前主要采用锻钢轧辊，有些炉卷轧机的支承辊采用了复合铸钢轧辊，但主要还是采用锻钢材质。
　　2.型钢轧机用辊材质发展
　　①大中型型钢轧机
　　大中型型钢轧机轧辊的传统材质为CrMo球无、球半整体轧辊。由于球墨半冷硬轧辊采用冷型挂砂工艺生产，硬度较低，组织较粗大，耐磨性、综合机械性能不理想，后来一些厂家改用CrMo、NiCrMo球墨无限冷硬系列铸铁轧辊，轧辊采用冷型喷涂料方式生产，辊身石墨、碳化物、基体组织均得到细化，耐磨性、综合机械性能提高。但当轧制大规格型钢时，由于孔型很深，孔型底部铸造中激冷作用很弱，组织与球墨半冷硬轧辊相差不大，其耐磨性仍满足不了生产较高精度产品需要。
　　对于轧槽深度大于100毫米的大中型型钢中间机架用辊，大多选用合金半钢轧辊。
　　随着轧材质量、轧机效率的提高，新的轧辊材质有石墨钢、半钢和新工艺方法的铸槽轧辊。大型型钢轧机用带槽铸造轧辊，铸槽工艺有两种，一种是金属模挂涂料的硬模铸造，另一种是砂芯成型工艺，制作中存在的主要问题是槽底硬度控制不稳定。
　　②棒线材轧机
　　落后的多火成材的小型型钢(棒线)轧机大部分已被淘汰，被优质、高效、低成本的连轧机取代，原有的普通铸铁轧辊已不能适应轧机使用条件，高技术含量的离心辊使用机架向前移，如高镍铬离心辊由高线予精轧机架提前到中轧机架，使原来前架的球墨铸铁类轧辊受到冲击，促进了高附加值、高技术含量的离心轧辊的研发，如离心复合高NiCr无限冷硬、离心针状球铁、离心高速钢材质轧辊。
　　对于小型(线棒)轧机用轧辊：主要表现在离心替代静态铸造，高合金产品替代低合金产品，普通CrMo系列、NiCrMo系列冷硬、无限冷硬、球墨无限冷硬逐步被淘汰，静态铸造珠光体、贝氏体轧辊被离心高镍铬、高速钢替代。小型轧机用辊开发的重点在离心高镍铬、高速钢及高线轧机予精轧用高速钢辊环。目前各种棒材连轧机、高速线材轧机轧辊已有近50%使用离心复合轧辊，外层材质由高镍铬铸铁向高铬铸铁转变。
　　③型钢万能轧机
　　型钢万能轧机按用途可分为H型钢万能轧机、轨梁万能轧机；根据工艺要求和产品规格不同，常采用半连续式和连续式布置方式。轧机一般由开坯机组、万能粗轧机组、万能精轧机组构成。
　　开坯机架轧制温度高，变形量大，轧制压力大，且多采用闭口孔型轧制，轧槽加工较深，因此要求轧辊具有较高的强度和抗热疲劳性能。为满足开坯机架的性能要求，国内外多采用镍铬钼合金铸钢，逐步取代了铬钼锻钢材质轧辊。近年来为提高轧辊的耐磨性，轨梁万能轧机BD2机架使用了特殊合金球铁材质轧辊，取得了较好的效果。目前在提高开坯轧辊的耐磨性、抗热裂性方面，正在研制综合机械性能较好的铸造热作模具钢轧辊。
　　H型钢轧制方法与其他热轧型钢有着很大的不同，通常采用万能法进行轧制，对轧辊的耐磨性、抗热裂性等性能要求很高，水平辊多设计为辊套与辊轴镶配式结构，兼有良好的耐磨性和强韧性。用于万能粗轧与用于精轧机架的水平辊套相比，精轧机架主要要求耐磨性，粗轧机架还应考虑抗热裂性和防止粘钢。用于万能轧机粗、精轧机架的辊环材质：半钢、高碳半钢、改进型半钢、石墨钢、高铬铸铁、高速钢。辊轴可以选用强韧性很好的锻钢材质，一般为锻钢42CrMo或60CrMnMo材质。
　　轧边辊主要工作面为辊身两端或中部的凹槽，轧材对曹底实施锯切式磨损，主要考虑耐磨性。用于轧边辊的材质有：半钢、高碳半钢、球墨铸铁。
　　3.锻钢轧辊材质发展
　　目前中国锻钢轧辊材料基本是在各类工具钢基础上逐步发展演变出来的，主要分为以下几大类：
　　热作模具钢类材料以及在其基础上发展出来的各类锻钢支承辊、热轧用锻钢轧辊材料；
　　铬轴承钢类材料以及在其基础逐渐发展并成为主流的3%Cr、5%Cr、8%Cr系列冷轧辊用钢；
　　冷作模具钢材料，如Cr12MoV、D2等；
　　高速钢、半高速钢材料，已逐渐成为锻钢轧辊材料的发展方向；
　　锻造半钢及锻造白口铁材料，是介于普通锻钢和铸铁之间一种特殊锻造材料，产品主要应用于钢坯连轧机。
　　④锻钢冷轧辊
　　中国冷轧机用锻钢工作辊及中间辊材料主要采用高碳铬钼合金锻钢，铬含量的提高代表了此类冷轧辊材质发展的基本特征。按材质发展的先后顺序有：2%Cr型普通冷轧辊，目前大多用于小型冷轧机以及部分装备水平较差的可逆冷轧机；3%Cr型冷轧辊，大多用于可逆冷轧机以及部分大型冷连轧机；5%Cr型冷轧辊，目前5%Cr型钢是中国锻钢冷轧辊的主流材质，大多数冷连轧机以及带材质量要求较高的单机架可逆冷轧机基本全部采用5%Cr型工作辊及中间辊：8%～10%Cr型高耐磨性高铬钢冷轧辊，此类轧辊耐磨性能突出，但材料锻造性能较差，工艺成本较高，目前仅部分用于平整机及连轧机成品机架工作辊。
　　就目前来说，5%Cr型冷轧辊钢仍会是如今乃至未来几年内是现代化板材冷轧机的主导轧辊材质。而具有不同使用特性的改进型5%Cr材质冷轧辊的应用比例将不断扩大，如抗辊印型冷轧辊、高粗糙度保持能力型冷轧辊以及抗事故型冷轧辊等。
　　常规高碳铬钢冷轧辊受材质自身的限制，在具备较高的耐磨性的同时，很难拥有良好的抗事故能力，因此在如硅钢冷轧等对轧辊综合性能要求较高的使用环境下，常规高碳铬钢冷轧辊材质的局限性也就显现出来。为得到更高的综合使用性能，提高轧辊材料合金化水平，制作合金化程度更高的冷轧用辊已成为中国近中期冷轧板带用辊的发展方向。
　　锻造热作模具钢冷轧辊材质合金含量高于常规Cr5材质，和普通锻钢Cr5材质相比轧辊抗事故性能提高一倍以上，在轧制条件相对恶劣的硅钢冷轧机、可逆轧机及连轧机前架使用更能体现材质抗事故能力强的优越性。锻造热作模具钢轧辊按用途区分为两类：
　　低硬度热作模具钢轧辊：适合用于中间辊和辊身硬度要求较低的可逆轧机、连轧机前架工作辊。
　　高硬度热作模具钢轧辊：适合用于辊身硬度要求较高的冷轧工作辊。
　　随着对轧辊耐磨性、抗事故性能等综合性能要求的不断提高，锻造高速钢、半高速钢轧辊成为冷轧工作辊材质的最新发展方向。此类材质碳化物形成元素合金总量应达到10%一15%以上，碳化物类型主要以高显微硬度的MC型碳化物为主，轧辊的耐磨性显著提高；同时轧辊的回火抗力增强，400～500℃以上回火，硬度可超过HSD90，轧辊的抗事故性能也因而大大提高。以中钢邢机为代表的中国轧辊企业，已成功研制出冷轧带钢用锻造半高速钢、高速钢轧辊，标志着中国锻钢冷轧辊制造水平已达到世界先进水平。
　　总体来说，冷轧辊产品的发展是在冷轧行业的拉动和轧辊制造相关技术的推动下前进的。从冷轧行业的需求来看，为了实现自由轧制，轧制高质量板材，降低轧辊辊耗，增加轧辊耐磨性、粗糙度保持性能、抗事故性能以及硬度均匀性等指标的要求越来越高，在这些要求的推动下，中国轧辊制造企业也在不断努力来改进和创新轧辊制造技术。
　　首先，锻钢轧辊合金成分不断增加，5%Cr、半高速钢、高速钢等高合金钢在冷轧辊上的应用是一个趋势，同时轧辊材质会保持一种多样性，以适应不同轧制条件的需要。
　　第二，新的辊坯复合制造技术的应用，为了适应轧辊表面高耐磨和芯部高综合机械性能的要求，已经有厂商在探索电渣熔铸，CPC，OSPRAY等新型表面复合技术在轧辊毛坯制备上的试用。
　　第三，新的轧辊热处理和加工技术的应用，计算机自动控制的加热炉和淬火设备的试用，可以增加轧辊的制造精度和表面均匀性，适应高档次轧机制需要。
　　②锻钢支承辊
　　中国整体锻钢支承辊材质总体沿着铬含量不断提高而碳含量不断降低的方向发展的，大体可分为以下几代材料：
　　第一代：沿用冷轧工作辊用高碳铬钢材料，含碳量0.80%～0.95%，Cr含量2%，常用的牌号有86CrMoV7、9Cr2Mo等。在我国上世纪80年代以前，整体锻钢支承辊基本都采用此种材质：目前随着支承辊材质的发展，我国大规格整体锻钢支承辊已不在使用高碳铬钢材质，而在一些小型轧机上使用的ф1000mm以下直径锻钢支承辊还有此类材质的应用。
　　第二代：3%Cr系列中碳支承辊用钢，含碳量0.40%～0.70%，有代表性的钢种如70Cr3Mo，此后各轧辊生产厂家续开发出50Cr3MoV、60Cr3Mo、40Cr3Mo等钢种，同属于3%Cr系列中碳支承辊钢。我国Cr3型整体锻钢支承辊是从上世纪80年代以后武钢、宝钢冷热带钢连轧机陆续投产后为适应高硬度整体锻钢支承辊市场需求而开始大量使用的，其中70Cr3Mo材质最具代表性，结合差温热处理工艺，辊身硬度可达到55-68HSD，淬硬层可在50～100mm之间选择。近年来新型现代化带钢连轧机支承辊硬度进一步提高，一般要求65-75HSD，采用Cr3型材质生产必须降低回火温度才能达到此硬度要求，这对于残余应力的释放是不利的，增加了使用中辊身断裂的可能性。
　　第三代：4%～5%Cr系列支承辊用钢，含碳量0.35%～0.55%，此类材质支承辊的淬硬性、抗疲劳强度、抗事故性能相对以前支承辊材质均有明显提高，己逐渐成为现代化板带轧机用高性能锻钢支承辊的主导产品。
　　③锻钢热轧辊
　　我国整体锻钢热轧辊主要用于带钢热轧机粗轧前架、初轧机以及有色金属热轧机。由于钢材轧制温度较高且随着铸造材质及工艺的不断发展，锻钢材质轧辊的应用越来越受到限制，而有色金属的热轧成锻钢热轧辊的主要应用方向。
　　锻钢热轧辊材质在中国发展相对滞后，一直沿用60CrMnMo、60SiMnMo、50CrMnMo等中碳低合金轧辊钢，热轧辊除采用上述材质外，还在应用86CrMoV7、9Cr2Mo等冷轧工作辊钢。十几年来，随着锻钢支承辊材质的更新换代，新型锻钢支承辊材质通过部分成份及制作工艺的调整，逐渐开始在热轧机上使用，并取得良好的使用效果，常用的有50Cr3MoV、50Cr3MolV、45Cr4NiMoV等。材质Cr含量提高至3%～5%，材料的淬硬性增强，可以获得更高的成品硬度而提高组织强韧性；由于v含量的提高，组织晶粒更加细小，这都可显著提高轧辊的抗冷热疲劳能力而减少疲劳裂纹的产生。新型Cr3-5材质C含量减少可降低材料的裂纹敏感性，另外由于Mo等合金含量增大而提高材料回火抗力，正常轧制时一般不会出现网状热冲击裂纹。
　　四、中国轧辊业存在问题及对策
　　尽管近几年中国轧辊制造业取得长足发展，但是由于受钢铁行业快速发展，国内轧辊供不应求形势的影响，我国轧辊制造业出现了无限制的发展，使得轧机装备水平参差不齐，常法铸造的一般轧辊有一定的生存空间，轧辊产品技术水平和质量等级良莠不齐。
　　一是产业结构不合理。据不完全统计，我国大大小小轧辊制造厂家超过300家，大多数轧辊生产企业规模小、产品单一、没有核心技术或有技术竞争力的产品，生产能力总量远大于需求，但高端产品、高技术含量、高附加值产品却供不应求，不能满足市场需求，部分品种还要靠进口来补充。
　　二是企业综合水平较低。手工作业、人工操作是轧辊生产企业的现状，靠经验、凭感觉是生产操作现场的主流。由于企业生产管理能力的普遍低下，致使在生产过程中工序质量难以受控，产品实物质量不稳定。而国外许多轧辊制造厂家，铸造过程已实施了计算机控制，生产过程的效率、产品质量和成本指标均远远优于我国同类企业。
　　三是企业发展后劲不足，缺乏核心竞争力。除几家年产量上万吨的轧辊生产厂家外，整体技术水平较低，普遍存在轧辊材料的基础性研究匮乏，原始创新和科研新产品开发能力差的问题，都是根据市场需求、客户要求来制造轧辊，轧辊制造业处于被动地位，远没有做到引导和引领市场。
　　除了上述因素外，大多数小的轧辊生产厂是在改革开放以来形成的，起步于乡镇企业或个体工厂，人员素质相对较低。这就导致了企业在产品定位、技术改进、新品研发、效率改善、成本控制等方面处于劣势，这种劣势随着经济的发展、市场的秩序的规范、法律法规的健全以及新进入者的竞争，逐渐将被淘汰。
　　因此，中国轧辊企业要想在更加激烈的竞争中生存和发展，为建设钢铁强国提供有力支撑，为保障国家经济安全尽一份力量，就不但要在装备、产品、质量、技术等方面提高核心竞争力，还要在现代企业管理、人员素质提升、品牌建设、自主研发能力以及企业文化建设方面形成优势，此外，目前中国大部分的轧辊企业规模偏小，轧辊年产能超过万吨的不足20家：集中度低，资源的配置不合理；产品结构调整的步伐慢，大部分企业都在低端产品市场进行厮杀。如果以这样的行业状况，依靠大大小小单打独斗的300多家轧辊企业去满足钢铁工业联合重组、做精做强的发展要求，显然极不匹配，也很难集成优势，与国外企业抗衡，因此对轧辊行业的整合重组势在必行。因而为保持中国轧辊业旺盛发展，应从以下四方面采取措施：
　　一是加强轧辊的研发投入，根据市场需求推出新的产品。可采用校企联合开发的方式合作开发新品种：自身研发实力较强的企业，自主开发新产品是企业努力的方向。
　　二是提高企业管理水平，加大力度提高企业的管理水平。强化市场意识，完善营销职能，加强基础管理，提高经营效率。
　　三是完善和提高轧辊制造装备水平，适应目前国际和国内现代化轧机用辊需求，稳定国内市场，拓展国际空间，加大出口的力度，使我国轧辊在世界上创出自己的名牌。
　　四是开展战略性重组与合作。基于中国轧辊行业“小而散、多而乱”的现状，而且轧辊制造技术基本成熟，各制造厂在品种和工艺上各有特点，因此在市场处于完全竞争状态下，我国轧辊制造业要想生存和发展，要对抗来自国外的竞争，必须进行战略性的调整，实施强强联合共同发展。