Dalarna University's logo and link to the university's website

LOWWEAR hot WP 1 consists of three main parts. The first part includes design of in-line wear and temperature profile gauge for strip and plate mills.

The second part is the study of roll wear prediction model for hot strip and plate mills.

The third part includes the evaluation of roll materials (Vancron 40, Sverker 3 (RT60) and Vanadis 23 (ASP23)) with regard to roll wear, surface quality and galling. Roll materials were evaluated experimentally in laboratory and in pilot rolling mill.

The purpose of the first part was to develop a gauge that could be inserted in the mill to measure wear and temperature profiles of both work rolls. This gauge should, be easier and faster to use, than existing gauges and be able to show the shape of the top and bottom roll separately.

The gauge was designed as an adjustable measuring device so that it could measure the work rolls independent of the distance between them, within a range of 50 – 110 mm. The reason for this design feature is that different mills have different possibilities of opening the work rolls and it can also vary from time to time, depending on back-up and work roll diameters at the moment. The goal was set to 45 mm and the initial design had 45 mm but due to different changes in the design it had to be increased to 50 mm. These design changes delayed the making of the gauge and all original design features were not implemented during the project time. This delay was also the reason why this part was stopped by the project committee before it was finished.

The purpose of the second part is to develop a roll wear prediction model to improve the process control systems of rolling mills by developing accurate roll wear prediction models that takes more influential parameters into consideration, among others. This was done on the basis of measured roll-wear. By means of this model roll wear of three roll grades, HSS, HiCr and IC were evaluated.

A modified prediction model was presented where the influence of work roll and strip grades were evaluated. The contribution of roll wear from contact area (work roll /strip) and between work roll and back-up rolls was investigated. Different finishing mill stands with different work roll arrangements, differences of roll wear of the upper and lower rolls, the influence of lubrication with mixed and similar strip grades were also studied. By adjusting the model to different rolling conditions, hot strip mill, plate mills and steckel mills, possibilities of testing the modified prediction model in operation, offline and online, were investigated. Using some industrial adjustments, the modified model was used for research and master thesis projects for industrial applications. This was done for hot strip mills, plate mills and steckel mills.

The third part was a study of roll materials, using four different industrial lubricants, laboratory strip reduction tests and pilot experiments were conducted and analyzed. Currently used roll type ASP23 was used as reference roll in the evaluation. The severe tribological conditions of “strip reduction test” (scratch test) gave some evaluation measures about surface roughness and galling. Scratches due to galling identified easily and the sliding length determined. Vancron 40 shows promising through its “surface coating” which is integrated into the finished tooling material. It also shows high resistance to galling, toward adhesive wear under severe conditions for low and high reductions.

The pilot experiment was conducted in a 4-high rolling mill at Swerea MEFOS. Final thickness, work roll temperature after rolling and surface roughness of the strip and work rolls was measured and evaluated. The tests were conducted with different industrial lubricants. To achieve the proposed final thickness, five passes were rolled with a constant reduction of 25 %. The character of upper and lower work roll during rolling was also examined. Lubrication was applied in controlled form to the upper and lower work rolls and into the roll gap. The pilot experiment confirms that Vancron 40 is a promising material for work rolls, through its good performance in surface roughness and combination of galling resistance and adhesive wear resistance.

LOWWEAR hot WP 1 består av tre delar. Första delen består av konstruktion av en in-line­mätare för att mäta arbetsvalsars slitage och temperaturprofiler. Andra delen är en undersökning av slitagemodeller för varmband och grovplåtverk. Tredje delen innefattar utvärdering av valsmaterial (Vancron 40, Sverker 3 (RT60) and Vanadis 23 (ASP23) med avseende på valsslitage, ytkvalitet och påkladdning. Valsmaterialen utvärderades experimentellt i laboratorium och i pilotvalsverk.

Syftet med den första delen var att utveckla en mätare som skulle kunna sättas in i valsverket för att mäta båda arbetsvalsarnas slitageprofiler och temperaturprofiler. Denna mätare skulle vara snabbare och enklare att använda än existerande mätare och klara av att visa formen av över och undervals var för sig.

Mätaren designades som en ställbar mätare som kan mäta arbetsvalsarna oberoende av avståndet mellan dem, inom området 50 – 110 mm. Anledningen till denna designlösning är den att olika valsverk har olika möjlighet att öppna upp verket och det kan även skilja från ett tillfälle till ett annat beroende på aktuella stödvals och arbetsvalsdiametrar. Målet var att konstruera en mätare med möjlighet att mäta en valsspalt med minmåttet 45 mm men p.g.a. olika konstruktionsändringar fick måttet lov att ändras till 50 mm. Dessa designförändringar gjorde att mätaren blev försenad och att vissa designmål inte blev implementerade under projekttiden. Denna försening var också orsaken till att projektets styrgrupp stoppade den här delen av projektet innan det blivit färdigt.

Syftet med den andra delen var utveckling av en valsslitagemodell för att förbättra processtyrsystemen för valsverk genom att utveckling av en noggrann valsslitagemodell som bl.a. tar hänsyn till fler av de påverkande parametrarna. Detta gjordes med hjälp av uppmätt valsslitage. Med hjälp av denna modell utvärderades valslitaget på valsar av tre olika material, HSS, HiCr och IC.

En modifierad beräkningsmodell presenteras där inflytandet från arbetsvalsmaterial och det valsade materialets egenskaper utvärderades. Undersökningar gjordes om hur kontaktytorna mellan arbetsvals och band, och mellan arbetsvals och stödvals bidrar till valslitaget. Olika par i färdigverk med olika valsarrangemang, skillnader i slitage mellan övre och undre valsar och påverkan av smörjning med olika och liknande bandmaterial undersöktes också. Genom att anpassa modellen till olika valsningsförhållanden, varmvalsverk, plåtverk och steckelverk, erhölls möjligheten att undersöka modellen i drift, offline/online. Med viss industrianpassning, användes modellen för forskning och för ett Masters examensarbete för industriella applikationer. Detta gjordes för varmvalsverk, grovplåtverk och steckelverk.                            

Den tredje delen är en studie av valsmaterial där det användes fyra olika industriella smörjmedel och laboratorieförsök med bandreduktion och pilotförsök utfördes och analyserades. Det för tillfället använda valsmaterialet ASP23 användes som referensvals i utvärderingen. De svåra tribologiska förhållanden som ”bandreduktionstestet” (scratch test) gav vissa mått på ytfinhet och påkladdning. Skrapmärken pga påkladdning var lätta att identifiera vilket gjorde det lätt att bestämma glidlängden. Vancron 40 verkar lovande genom sin ”ytbeläggning” som finns på det färdiga verktygsmaterialet. Det visar även högt motstånd mot påkladdning och närmar sig adhesiv nötning under svåra förhållanden vid såväl liten som hög reduktion.

Pilotförsöken utfördes i ett kvartovalsverk vid Swerea MEFOS. Sluttjockleken, arbetsvalstemperaturen efter valsning och ytfinheten på band och valsar mättes och utvärderades. Försöken utfördes med olika industriella smörjmedel. För att erhålla den föreslagna sluttjockleken valsades fem stick med en konstant reduktion på 25 % i varje stick efter vilket det gjordes en utvärdering för vart och ett av de olika smörjmedlen. Egenskaperna för över och undervals undersöktes också. Smörjning applicerades under kontrollerade former på övre och undre arbetsvals och i valsgapet. Pilotverksförsöken bekräftar att Vancron 40 är en lovande materialkvalitet för arbetsvalsar tack vare sina goda egenskaper gällande ytfinhet i kombination med motstånd mot påkladdning och motstånd mot adhesiv nötning.