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工作辊辊身剥落失效分析乔坚

发表时间：2020/5/15 来源：《基层建设》2020年第3期作者：乔坚

[导读] 摘要：介绍了热轧带钢轧辊常规使用与维护技术要求，分析轧辊在使用过程中出现的剥落失效形式的特征及产生的原因，并给出合理的纠正与预防措施，避免类似事故再次发生，以减小轧辊失效带来的损失。

        中国第一重型机械股份公司黑龙江省齐齐哈尔市 161042
        摘要：介绍了热轧带钢轧辊常规使用与维护技术要求，分析轧辊在使用过程中出现的剥落失效形式的特征及产生的原因，并给出合理的纠正与预防措施，避免类似事故再次发生，以减小轧辊失效带来的损失。
        关键词：工作辊使用探伤剥落失效分析
        一、轧辊的使用与维护技术要求
        轧辊在轧制服役过程中与高温的材料接触，及要求承受轧制压力、扭曲力作用，还要承受机械冲击，机械磨损与热作用。各种因素综合作用一旦处理不当，极容易引发轧辊疲劳，导致轧辊失效发生。
        新轧辊使用初期的综合性能最佳，轧材质量最稳定。轧辊配对使用时，要严格遵循上、下辊直径偏差在0.05-0.15mm，在这种状态下，能够减轻带材对轧辊的瞬时冲击过大，保护辊面不受伤，导致辊面产生微裂纹。
        轧制冷却水要均匀、连续、足量对轧辊进行有效冷却，常规热轧带钢轧机冷却水量应维持在400-600m³/h。轧辊在轧制服役过程中，轧辊表明温度应控制在55℃以下为佳。异常情况下，高铬镍铸铁轧辊辊面温度最高不得超过60℃。镍铬无限冷硬铸铁轧辊辊面温度最高不得超过65℃。辊温过高，辊面容易出现热疲劳或改变辊形曲线。每次轧辊上机前辊面各种缺陷（主要是龟裂纹）去除掉。即使无龟裂纹，也要将辊面的疲劳层去除。轧辊上机一次使用与修复（包括磨损、疲劳层去除与辊形修复）的磨削总量一般为0.35-0.6mm为宜。
        正确合理使用轧辊，建议轧辊每次上机轧制轧材总量一般在1800-2400t为宜（按轧制长度标定，每轧制40-60km换辊一次）。过量轧制，将导致轧辊过度磨损和微裂纹加深，增大二次磨削量，轧辊消耗增高的同时，也会造成板材质量（粗糙度、平整度、尺寸精度、厚度偏差）的严重下降。
        二、轧制事故处理及轧辊维护
        当轧制过程中冷却水系统发生故障或出现轧制事故时，为避免形成较深的龟裂纹，尽快关闭冷却水流；轧辊下机后要进行全方位质量检查，将龟裂纹等缺陷彻底磨削掉。
        轧辊严谨激冷、激热。下机轧辊应首先存放在缓冷坑（或冷却装置）慢慢冷却，待轧辊彻底冷却至室温后在进行磨削，否则磨削出的轧辊曲线不真实。轧辊上机前预热温度20-40℃，预热时间2-4h。
        定期对轧辊进行探伤，检查轧辊表明、内部组织与结合的质量。保证轧辊能够正常周转使用，建议按“一配七”备辊，提高轧辊抗事故风险性。建立完整的轧辊使用记录，全面标记轧辊辊号，使用机架部位，上下机磨损、磨削数据，轧材品种，轧材量，轧制公里数，轧辊质量状况等相关信息，并定期对轧辊使用数据进行统计分析。
        三、轧辊工作层剥落失效形式分析
        1、特征：以工作层组织材料剥落为特征，始于工作层和工作层与芯部界面以下的芯部材料，并从辊身表面劈开。在剥落的深处可以看到不同深度疲劳线，扩展方向是从芯部向轧辊表面传播（如图1、图2所示）。

        2、原因：图1是因为工作层深度不够而引起的，会有多石墨少合金的芯部材料，此工作层材料软得多，呈现灰色。工作层材料和芯部间的界面完全粘结，轧辊表面显示的软芯金属区域会不规则并且不连续。图2可能是在圆形中心承受高轧制负荷导致芯部材料压力过高，超过了材料疲劳极限，引起芯部材料逐渐弱化造成的，或是轧辊外层材料与芯部材料冶金结合不良造成的。
        3、措施：工作层深度取决于控制离心铸造工艺的几个因素，如金属重量、铸造温度和离心停机及芯部填充时间等因素。当其中一个参数没有满足时，就会使工作层深度不够。常规轧辊单面工作层厚度要大于轧辊单面使用报废厚度5-10mm。轧辊上机使用前，用超声波对轧辊工作层厚度进行探伤检查确认，可有效防止类似问题发生，对发生过轧制事故的轧辊，进行100%裂纹探伤检测。轧辊采购时应向轧辊制造者提供有关轧制负荷的相关信息及轧辊使用过程中曾出现过的各种问题。这样轧辊制造者就会根据用户提供的参数设计制造满足要求的轧辊。
        四、预防措施
        1.每次换辊后进行裂纹探测（超声波、涡流、着色渗透法）会发现危险裂纹，彻底磨削去除这种裂纹，会避免重大事故。建议严重轧机事故后立即换辊，进行百分之百裂纹探测，并在下一轧制前对轧辊进行适当研磨。
        2.还要采取控制轧制周期长度的措施，去掉足够的疲劳层，校正辊弯度，有必要尽最大可能防止造成局部过载。
        3.轧辊用户可以通过正确的轧辊技术规程和轧机操作，轧钢时出现甩尾，卡钢后，强化对轧辊的检查工作，防止出现轧辊事故。
        4.强化对事故辊的检测管理，加强对轧辊磨削，使用过程的检查和督促工作。防范出现轧制事故。
        五、结束语
        1.轧辊辊身表面由于接触疲劳或轧制事故而产生的表层裂纹，在工作应力、残余应力和冷却引起的氧化等作用下，裂纹尖端的应力急剧增加，并超过外层材料的允许应力而向轧辊内部扩展，最终引起轧辊剥落。
        2.在轧制过程中，如果出现卡钢、叠轧、粘钢、堆钢等轧制事故，轧辊承受冲击载荷尤其是热冲击载荷、轧辊工作面压力分布不均匀等因素造成轧辊局部负荷过载，一旦超过外层材质或结合层材质的最大承受强度，导致辊面剥落。
        3.对于离心复合铸铁轧辊非正常失效的预防，需要轧辊制造厂家详细了解和掌握轧辊使用情况，不断优化工艺，提高轧辊性能，从而使产品满足用户的个性化需求；同时轧辊用户也要优化轧制工艺和规范换辊制度，加强对轧辊的检测，以避免轧辊的非正常失效。
        参考文献：
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        3.文铁铮，郭玉珍，编著.冶金轧辊技术特性论[M].石家庄；河北科学技术出版社，1995：285-288.
        4.黄波.热轧宽带钢轧机板形控制技术及应用[J].轧钢，1999，（5）：50.
        5.刘莱萌.热轧带钢生产中的板形控制[J].轧钢，2002，（5）：53-54.