Damage resistance and roughness retention of work rolls in cold rolling mills^*

Résistance à l’endommagement et tenue de la rugosité des cylindres de travail en laminage à froid

¹ Corus Research, Development and Technology, PO Box 10000, 1970 CA IJmuiden, The Netherlands
henk.bolt@corusgroup.com
² Åkers Belgium S.A., Belgium
³ University of Rome La Sapienza, Italy
⁴ ArcelorMittal Research S.A., France
⁵ Centre de Recherches Métallurgiques ASBL, Belgium
⁶ Corus Strip Products IJmuiden, The Netherlands
⁷ Åkers AB, Sweden
⁸ Centro Sviluppo Materiali S.p.A, Italy
⁹ Lismar Engineering B.V., The Netherlands
¹⁰ Corus Research, Development and Technology, UK

Received: 2 February 2010
Accepted: 8 February 2010

Abstract

For every mill the ideal roll can be considered as one that can be used in a mill stand indefinitely. Unfortunately for the roll user, such ideal rolls do not exist. One major reason for work roll changes (planned or unplanned) is “wear”. In the context of cold rolling and temper rolling, “wear” primarily refers to loss of roughness and/or surface texture. Another limitation to roll performance is the fact that mill incidents – minor as well as major incidents – inflict damage on the work rolls, requiring redressing in the roll shop. If a major defect is present in a forged roll, e.g. due to a mill incident, catastrophic roll failure may occur in a violent, explosive manner. Improvement of the value-in-use of a work roll implies a superior wear resistance, a superior damage resistance, and elimination of the safety risks associated with explosive roll failures. In order to deal with this in a concerted R&D approach, a consortium of two roll users in the steel industry, a leading roll manufacturer, a high-tech supplier of roll damage detection equipment, and specialised research institutes have joined forces. Cold rolling trials have been performed, using pilot mills as well as industrial mills, with both novel forged HSS work rolls and conventional forged 3–5%Cr steel work rolls. Separate trials have been designed to focus on either the aspect of roughness evolution or damage resistance. Complementary data from various laboratory tests and industrial mill and roll shop data have been collected. Models have been developed for damage evolution in a roll, and for roughness evolution of the roll surface. In addition, novel non-destructive detection systems and sensors have been designed and tested. This paper provides a concise overview of the results achieved.

Résumé

Pour tous les laminoirs, le cylindre idéal serait celui qui peut être indéfiniment utilisé dans une cage de laminage. Malheureusement pour l’utilisateur, de tels cylindres n’existent pas. Une des raisons majeures des changements de cylindres est « l’usure » qui correspond en fait à la perte de rugosité et/ou de la texture de surface en ce qui concerne le domaine du laminage à froid et du skin-pass. Une autre limitation de la performance des cylindres est due aux incidents de laminage. Mineurs ou majeurs, les incidents causent des endommagements des cylindres de travail, exigeant une réparation en atelier. Lorsque un défaut majeur est présent dans un cylindre forgé, après un incident de laminage par exemple, un endommagement catastrophique peut ensuite se produire d’une manière violente et explosive. L’amélioration du coût d’usage d’un cylindre de travail implique une meilleure résistance à l’usure, une meilleure résistance à l’endommagement et l’élimination des risques de sécurité associés aux comportements explosifs. Pour traiter ce problème par une approche de R&D concertée, un consortium constitué de deux sidérurgistes, utilisateurs de cylindres, d’un important fabricant de cylindre, d’un fournisseur d’équipements high-tech de détection de l’endommagement des cylindres, et d’instituts de recherches spécialisés ont joint leurs forces dans un même projet. Des essais de laminage à froid ont été réalisés aussi bien sur des laminoirs pilotes que sur des laminoirs industriels avec des cylindres de travail en nouvelle nuance d’acier forgés HSS en comparaison avec les nuances d’acier standard 3–5%Cr. Des essais pour l’étude de l’évolution de la rugosité et de la résistance à l’endommagement ont été spécifiquement développés. De nombreuses données complémentaires d’essais en laboratoire, de laminoir industriels et d’atelier cylindre ont été collectées. Des modèles d’évolution d’endommagement dans le cylindre travail ainsi que d’évolution de rugosité de la surface ont été développés. De plus, des systèmes de contrôle non-destructifs et de capteur ont été conçus et testés. Cet article donne une vue d’ensemble résumée des résultats obtenus.