欧洲铸造轧辊协会轧辊事故手册(中文）.doc

欧洲铸造协会轧辊部轧辊故障手册热轧机铸造工作辊安多利国际有限公司翻译2002年第一版目 录第一章 剥 落1.1 鞍形剥落1.2 压裂和带状疲劳剥落1.3 工作层与芯部界面-结合部有关的剥落1.4 工作层与芯部界面工作层深度不够1.5 辊边剥落第二章 热 裂2.1 带状热裂2.2 梯形热裂2.3 局部热裂第三章 机械损坏3.1 震动超负荷引起的辊颈断裂3.2 弯曲裂缝引起的辊颈断裂3.3 驱动端扭矩引起的辊颈断裂3.4 磨损和擦伤轴承引起的辊颈断裂3.5 热断裂第四章 表面和表面以下缺陷4.1 针孔和气孔4.2 夹杂4.3 硬、软疵点第五章 轧制过程中的表面条件5.1 蜕皮5.2 粘辊5.3 带钢粘结5.4 带钢边磨损5.5 硬伤机械压痕概 述当前，如果标准轧制条件占优势的话，现在有多种轧辊可以无异常损失而正常运行，直到报废为止。当然，适当地处理轧辊非常重要，包括运行期间按期无损探伤及适当研磨。另外，磨损断面和淬硬等辅助性措施也是有利的。当规定宽带钢轧机工作辊种类时，轧辊生产厂家需要了解轧制条件，特别是要求轧辊精轧机架号、每带钢单位宽度的规定轧制负荷以及通过辊颈所施的弯度。这些因素会决定综合辊的辊芯材质和工作层的选择。尽管轧辊供货商和用户倍加注意，轧辊仍会在运行过程中出故障，造成部分或全部轧辊损失，甚至引起后来发生的对轧制设备的损坏。这些破坏故障可以有几种不同起因，既与轧辊制造厂家有关，也可能与特殊的轧制条件有关。裂纹外形指明断裂是否因严重的峰值负荷引起，还是疲劳裂纹引起。疲劳裂纹从初期的裂纹开始，逐渐长大生成弯型的裂纹表面。这些裂纹相对平滑，并表现出抑制线。一旦这种疲劳裂纹达到危险尺寸，剩余部分就会发生自然的断裂。疲劳裂纹的典型例子包括支持辊剥落，支持辊辊颈断裂，或双辊工作辊从内圆角处断裂。因弯曲或扭矩引起的工作辊辊颈断裂主要是自然断裂，因高峰值负荷引起。这也同样适于工作辊辊身断裂，特别是四辊工作辊。事先确定机械因辊隙设定错误、异物进入辊隙等超负荷时的断裂点时，应考虑到辊颈断裂可能是因工作辊驱动端扭矩高造成的。如果没有其他抗扭矩超负荷的保护设备，或者该设备工作不正确，就会出现这种情况。轧辊辊颈断裂防止了轧制设备的严重损坏，如轴、上一个齿轮箱和驱动电机。因扭矩超载造成的断裂示明裂纹与轴成水平45角。为了限定轧机损坏，正确设计工作辊驱动端的最弱段与辊颈材料相对应，并建议设计最大扭矩。不是所有的轧制条件，如粘着或剥落及辊隙设定不正确就一定会导致严重损坏。事故后轧辊的正确处理是最重要的。最安全的处理方法一直是换辊进行适当研磨以消除遭受的损坏。事故后如何进行处理会有许多有用提示，但也有许多轧制人员不重视这些预防措施。总的轧制成本，包括购买和研磨费用始终是应当考虑进轧机总的操作成本里。新工作辊价值，在热轧机上通常低于1个小时操作成本。综合轧制故障可以导致轧机延迟5小时，甚至更多，几乎是不可调的。另外常常观察支持辊和轧机设备有关的损坏。其他损坏可能在后期变得明显。本轧辊故障的样本会帮助说明和防止将来类似的损坏。除了本样本说明的轧辊损坏的不同形式，也会观察到许多其他变异。本样本不尽完善，尽管如此，仍能指出工作辊发生的90%以上的故障，而且会对轧机工作人员有所帮助。欢迎用户提出建议，增补和校正本出版物，以便减少错误，使本样本成为轧辊用户和生产厂家双方有效工具。第一章 剥 落1.1 鞍形剥落1.1.1 说明本缺陷以“鞍形”疲劳剥落为特征，始于工作层与芯部界面以下的芯部材料，并从辊身表面劈开。在剥落的深区可能会看到裂纹线的密度，弥漫方向是从芯部到辊身表面。这些剥落发生在用于高负荷四辊热轧机架上的粉状石墨铁芯工作辊上，并且主要位于辊身的中心。1.1.2 起因剥落是轧制薄带硬质时的大压下量高循环负荷引起的。这些负荷导致芯部材料的高交替压力，在疲劳极限以外，许多微型裂纹开始形成，引起芯部材料逐渐弱化。第二步，这些微型裂纹连成一体并经过工作层扩散到辊身表面，并长大形成典型的“鞍形”剥落，高残余张力应力在加工(生产)过程中芯部引起的热会促进这种轧辊损坏。远在严重剥落之前，很容易通过超声波检测到芯部弱化的第一阶段。支撑辊回声波的反应会表明芯部的弱化。芯部材料不具有足够的疲劳强度来承受特有轧制负荷。这通常是轧辊故障。1.1.3 补救措施建议向轧辊供应商提供正确的有关轧制负荷(t/m带钢宽度)及以前轧辊报废的经验，这样他们会规定适合更高负荷轧机、具有更高强度性能(SG/球墨铁取代片状/粉状石墨铸铁)的工作辊。1.2 压裂和带状裂纹剥落(猫舌形剥落)1.2.1 说明开始阶段，在/或接近轧辊辊身的表面一个或多个压裂在局部过载处形成。这种裂纹总是与轧辊轴向平行，但以非径向方向弥漫。接下来，一种像猫舌头样的带状疲劳裂纹逐渐沿着大致平行于轧辊表面的方向呈环形方向发展。弥漫方向对应于轧辊的旋转方向。弥漫在轧辊工作层内发展，逐渐加深、加宽，随后是覆盖辊身表面的大面积剥落。 初始小裂纹 在淬硬区内弥漫环状裂纹 1表面硬伤造成裂纹。2形成疲劳带。3疲劳带弥漫。4裂纹快速生成。5辊面发生剥落。 1.2.2 起因在导边，弯斜或带钢端部(尾端压折)折叠处的高局部负荷加速了轧辊工作层材料的剪力强度，并开始产生裂纹，随后的轧制使材料疲劳，裂纹开始弥漫直到大块自然剥落发生。两个工作辊和支持辊经过较长的工作周期的断面磨损，把超负荷限定在一定区域，产生不正确的CVC曲线。因不断使用轧辊弯曲，支持辊无辊身端释放，轧机事故和轧制异体会使初始裂纹形成。这是轧机故障。1.2.3 补救措施在每次换辊后进行的定期裂纹探测(超声波、涡流、着色渗透法)会发现危险裂纹，并且在下次轧制周期前完全去掉这种裂纹，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。还要采取控制轧制周期长度的措施，去掉足够的坯料，校正辊弯度，有必要尽最大可能防止造成局部过载。轧辊用户可以通过正确的轧辊技术规程和轧机操作防止这种严重的轧辊损坏。1.3 工作层与芯界面与粘结面有关的剥落1.3.1 说明大面积工作层材料因界面粘结差与芯部分离，扩展到一整块全冶金粘结。在这一点上，裂纹快速弥漫到辊身表面，导致大块剥落。1.3.2 起因在轧辊铸造过程中，目的是要获得工作层与芯部金属全部粘结。操作过程中，工作层与芯部未粘结证明以下是降低粘结强度的原因：工作层与芯部间的残余氧化层界面有熔剂或渣滓。过量碳化物、微孔、石墨粉或非金属夹杂物，如碳化物。工作层与芯部可能分离的其他原因：轧机事故过程中的过度局部超负荷引发局部分离，并沿工作层与芯部界面继续生成疲劳裂纹弥漫，直到达到危险尺寸，导致自然二次大剥落。这种损坏甚至在粘结区域没有冶金缺陷的情况下也会发生。由于异常加热情况(轧辊冷却系统失灵，粘着等)粘结区的过度径向拉伸应力。如果有粘结缺陷，这通常是轧辊故障。1.3.3 补救措施超声波检验可以验明和确定粘结度，并示出轧辊寿命过程中粘结缺陷的弥漫融通性。若在轧辊寿命期间，进行超声波探伤，这种类型的严重损坏通常是可以预防的。即出现分离的严重阶段之前将轧辊取下来。1.4 工作层与芯部界面-工作层深度不够1.4 说明工作层材料和芯部间的界面完全粘结，但工作层厚度不足以到达报废直径，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。当界面在工作原材料前固化时，辊体表面显示的软芯金属区域会不规则并且不连续。1.4.1 起因工作层深度将取决于控制离心铸造工艺的几个因素，如金属重量、铸造温度和时间基础。当其中一个精密参数没有满足时，就会使工作层深度不够。这是轧辊故障。1.4.3 补救措施采用满足工作层深度要求的铸造参数。1.5 轧辊辊身边部剥落1.5.1 说明表面和或表面以下裂纹及辊身端部环绕方向大约100300mm的工作辊辊身上形成相应的剥落。这些裂纹向轧辊辊身表面处发展。在严重情况下，这些裂纹深入到辊颈半径。这些裂边可能粘到轧辊辊体上，也可能造成大块剥落。1.5.2 起因工作辊辊身端部的压力过大、强制工作辊弯曲加劲、支持辊辊身端部很少释放、带钢板形不好、边厚(狗骨型)或错误起动工艺、包括超过工作辊材料剪力强度的局部超负荷、产生初始裂纹的辊身端处引起局部超负荷的长时间运行造成过度磨损外形。连续轧制使裂纹漫延，在超高处产生裂纹，然后发生故障。这是轧机故障。1.5.3 补救措施确保支持辊具有正确的辊身和释放。避免高压力集中在工作辊身的端部，确保良好的辊弯曲控制。注意正确对中及工作辊和支持辊的外形。第二章 热 裂2.1 带状热裂2.1.1 说明与带宽相对应，并接触工作辊和带钢间的弧。出现这种裂纹通常为马赛克形，但比一般热裂方式的网状要大一些。2.1.2 起因当轧机停机时，带钢可能会与工作辊有一段接触不动的时间。接触区域的轧辊表面温度会快速上升，而热会深入到轧辊辊体深处。热应力导致超过轧辊材料的热屈服强度。当带钢移开，轧辊提起时，轧辊表面冷却下来，并由于这个局部区域的接触，表面开始裂纹。裂纹的严重程度取决于接触时间和冷却比。这是轧机故障。2.1.3 补救措施预防轧机停机及钢坯粘着。一旦停机，立即打开辊缝，并断开水冷。移走带钢，使轧辊有时间在不接触水冷的情况下均衡表面温度以便预防严重裂纹。当轧辊冷却到较为均匀的温度时接通水冷。若是精轧辊，则要求换辊。轧辊要研磨直到在表面再也看不到开口裂纹时为止。进行超声波检验，确认是否还有热裂在表面弥漫。2.2 梯形热裂梯形热裂纹区2.2.1 说明在轧辊辊体上的环状带内，轧辊显示出以径向平面弥漫的纵向裂纹。 2.2.2 起因由于缺乏冷却可能会产生这种热裂，例如冷却喷嘴被堵。因明显的热渗进，轧辊辊体内热裂较正常热裂纹深得多。这是轧机故障。2.2.3 补救措施确保水冷系统有效，检查水量和水压是否正确。在轧辊插入前检查轧辊冷却喷头和喷嘴是否堵塞，接通水冷，检验喷嘴喷淋方式。2.3 局部热裂2.3.1 说明轧辊辊身表现局部区域热裂，有时还同时伴有局部压痕甚至局部剥落。2.3.2 起因这些裂纹在局部区域内机械和热应力相结合超过轧辊辊身材料的屈服强度、并在随后的冷却中扩大时发生。诸如冲击碰痕、带钢粘结、带钢边或尾部重叠(折皱)等轧机事故都可能是这种损坏的原因。热裂和压裂的结合使这种损坏非常危险，因为这可能会引发带状疲劳甚至立即剥落。这是轧机故障。2.3.3 补救措施改善轧制条件以避免这种轧机事故。一旦出现此故障立即卸下轧辊进行仔细检查并进行适当研磨。第三章 机械损坏3.1 超载冲击引起辊颈断裂3.1.1 说明辊颈超载断裂常常从毗邻辊身的底半径开始，裂面沿着半径持续到辊身侧，并在辊身端面部分切断。3.1.2 起因在冲击负荷情况下，负荷峰值可能超过芯部材料的极限弯曲强度并开始断裂，通常是在最高应力截面区域。通常在是轧辊掉到地下、或换辊过程中不正确使用搬运把手、处理不当的情况下，轧辊颈部会有裂纹或更经常地是因裂纹而断裂。事实是，轧辊的辊身有一块与辊颈连接，表明是异常使用断裂。这是轧机故障。3.1.3 补救措施一旦需要在车间进行处理时，要倍加小心。换辊时正确对中搬运把手，这对没有自动换辊装置的轧机非常重要。在轧机操作运行过程中避免冲击负荷与过度超载。3.2 弯曲裂纹引起的辊颈断裂3.2.1 说明裂纹线始于外侧，并发展到整个截面，特别是始于粘合区域并常常在疲劳裂纹弥漫之后。3.2.2 起因这种故障因超过辊颈弯曲强度或疲劳强度极限的高弯曲负荷引起。通常是限定在各种热轧机架上的2辊工作辊。这种断裂的原因是：过高轧制负荷与较差的轧辊设计严重弯曲力引起的轧制事故与辊颈强度不相适应的轧辊质量凹坑缺陷，如太小粘结半径、环形槽因腐蚀引发的疲劳裂纹等。这既可能是轧机故障，也可能是轧辊故障。3.2.3 补救措施避免过度弯曲负荷，选择正确的轧辊设计和或材料。通过横截抛光粘结区减少始于环形槽的凹形缺陷。预防辊颈焊缝腐蚀。定期安排辊颈检验。3.3 驱动端扭矩引起的辊颈断裂3.3.1 说明裂面向辊轴倾斜，且可能显示完全的剪切裂，常常形成锥形断裂。这种断裂在驱动端发生，始于最弱的截面，常常是对半环形凹处劈开，弥漫到辊颈的中心，或从锹形端半径根部开始劈开。3.3.2 起因驱动端扭矩超过辊颈材料的抗扭强度。辊颈的抗扭强度也受锐角半径的凹部缺陷影响，如对半环形凹处劈开，或任何其他应力提升，如半颈芯孔。负荷通常可用于设计和轧机运行，这种情况下，轧辊材料要求升级或负荷可以超过标准轧机操作，随之可以高于轧辊材料的抗扭强度。超负荷经历各种情况：“板坯粘着”引起轧机停机轧制事故，诸如带钢粘结，错误设定辊缝等不正确驱动轴装配，既可能是因为轧机，也可能是因为不正确的驱动端加工。这通常是轧机故障。3.3.3 补救措施保证平稳的轧制条件。避免峰半径和半径芯孔在高负荷段，即如对半环形凹形劈开，锹形或偏心轮驱动端，通过安装剪切销避免过大扭矩。确保正确的驱动公差及偶合系统。3.4 磨损和卡住轴承引起的辊颈断裂3.4.1 说明在轴承区域的辊颈上发生划痕或深刮痕，既有沿着轴向的也有沿着环形方向。也可以是凹痕和轧机氧化铁皮碎片类夹杂或其他无关材料。其他损坏可以包括轴承以下地面的氧化和腐蚀。旋转压痕和热裂可能会在轴承区域内明显，而在严重情况下，可能会导致辊颈热断裂。裂纹可能会从喷油孔处弥漫。3.4.2 起因不适当的损坏、甚或丢失的密封使得水、氧化铁皮和其他异物进到内轴承圈和辊颈之间的缝隙里。轴向深划痕是轴承轧辊研磨取下来又插入带进到轴承和辊颈表面间的碎屑造成的。在润滑脂粘度太低，且轴承与辊颈清洁度不好，与异物一起在内轴承不绕轴颈转动时因微小打滑造成表面损坏和磨损，这甚至能引起冷粘着和辊颈与轴承间粘结加上润滑孔堵塞。结果引起高磨擦负荷，而使变热和卡住的轴承产生热裂。如上所述的过度磨损、缺少润滑、省略加工或不正确辊颈配件或任何其他的缺少密封会使轧机冷却水集中在轴承下并造成腐蚀。这是轧机故障。3.4.3 补救措施确保一直用适当的润滑脂和润滑。预先处理好密封，避免轧机氧化铁皮进入轴承区域。增加轧辊辊颈表面硬度不是有效的补救措施。3.5 热断裂a.离心铸造轧辊 b.静态铸造扎根3.5.1 说明辊身断裂表明半径源于辊身轴或其附近开始的裂纹线。这种裂纹垂直于辊轴，并通常发生在紧挨在辊身长度的中心处。这种裂纹通常被称作热断裂。3.5.2 起因这种热断裂与辊身的表面和轴间的最大温差有关。这种温差将由恶劣的辊冷却、冷却中断或在轧制周期开始时高通过量的轧辊表面过热引起。轧辊这种内、外部间的温差引起热应力，叠加在现有轧辊内的残余应力上。例如，轧辊轴和外表面间温差70在轧制周期起动后的临界相期间纵向方向增加热应力100MPa。一旦芯部的总纵向抗拉应力超过芯部材料的极限强度，就会引发突然热断裂。这可能是轧机或轧辊故障。3.5.3 补救措施轧辊冷却良好是最隹保证，最大许可温差永远不会产生危险。例，如果在轧制周期末最大轧辊温度不会超过65，在起动期间通常不会有热断裂的危险，即使在轧制周期初期的高轧制速度时也没有这种危险。轧辊冷却条件不好时，要采取安全措施，例如：在开始阶段降低轧制通量起动前预热工作辊轧辊只能在至少室温时安装使用高强度芯部材料(SG-铁芯金属替代片状/粉状灰铸铁)在轧辊制造过程中，避免过度高残余应力和内铸缺陷，如收缩孔、重度偏析或气孔。第四章 表面及表面以下的缺陷4.1 针孔和气孔4.1.1 说明这些缺陷可在表面出现，也可在表面以下出现。这些孔可以在圆周外形成不规则带光或不带光的气孔。这些孔无规则地分散在无限冷硬铸造轧辊辊身上。4.1.2 起因带光气孔更常见于表面以下缺陷，并表明抑制气体没有放到空气中发生了氧化。该气体可能来自模件涂层或来自无限冷硬模的热裂。同样可能引起类似的缺陷，通常叫作气孔，是同化过程中缺少枝晶间的补缩，或许气体来自于铁水。当静态铸铁轧辊时，有些时候，这些孔“添满”了残余液体，并看着呈圆形轮廓的硬疵点。这种特点会引起表面质量问题，即使有，但也很少导致灾难性故障。这些缺陷被看作是轧辊故障。4.1.3 补救措施轧辊生产厂家必须改善模件准备、冶炼和铸造操作。一定尺寸的缺陷可在交货前用超声波检验探测出来.4.2 夹杂4.2.1 说明非金属夹杂可能会以不同的尺寸和外形出现。4.2.2 起因可能有不同来源，如废渣、或熔剂夹杂、或来自于模件或铸造设备的异物。这一直是轧辊故障，影响表面质量，但通常不会导致重大轧辊故障。4.2.3 补救措施轧辊生产厂家要特别注意铸造前铁水的清洁度，以及铸造模件的完善性以及良好的铸造环境。在交货前，一定尺寸的缺陷可以用超声波检验法测到。4.3 硬疵点和软疵点4.3.1 说明这些表面和/或表面以下的缺陷表现为圆形或半圆形或灰疵点，在工作层材料内，较之周围的基本金属软些或硬些。这些疵点通常不表现为局部的、单个的缺陷而是通常影响轧辊辊体的大部分。4.3.2 起因这种只限于离心铸造辊上的缺陷可能会有几种不同的解释。硬疵点表现为集中偏析合金铁，因为这里软疵点表明硬质合金用尽，或石墨浓缩区域。一个原因可能是偏析作用由气泡制住的，由向心力推动，成为在最终固化前通过工作层的金属。这种气体因涂层材料的粘合剂中含有的结晶水的突然分解而开始。其他理论认为可能与旋转浇注过程中模件震动有关，这会影响固/液体界面固化过程中的偏析。这是可导致带钢表面压痕的轧辊故障，但在生产过程中不会有严重问题。4.3.3 补救措施轧辊生产厂家须要确保良好的铸件条件及涂层准备，并避免在旋转浇注过程中过度的模件震动第五章 轧制过程中的表面情况5.1 蜕皮5.1.1 说明轧制过程中，在轧制宽度内的轧辊表面上形成薄薄的氧化层。恰恰这种氧化层的脱掉被称作蜕皮。当观察辊母材的银色环状条纹时，很容易发现这种蜕皮，混合兰/黑氧化条纹仍然粘在轧辊表面。5.1.2 起因轧辊表面的氧化层在轧辊不再卡住、升温、露在空气中时作为轧辊表面的功能而生长。这种氧化层因轧辊和带钢的表面速度不同而屈服于交替的剪切应力。一旦该氧化层的疲劳强度过大，则氧化层的蜕皮开始。蜕皮是以目前在基本工作辊材料保持完整并继续防剪力时剪掉氧化层为特征的。这种现象的发生取决于轧制条件，包括带钢表面温度(完全能决定氧化铁皮的性质和硬度)、轧制压下量、轧制冷却和轧制周期长短。这是轧机故障。5.1.3 补救措施通过最隹化轧制温度、中间冷却、表皮冷却和轧辊冷却来控制带钢表面温度。必须调整轧制工作周期长度，以适应轧制条件及带钢和轧辊的种类。5.2 氧化皮粘辊5.2.1 说明严重蜕皮光亮区域沿着循环方向在工作辊上出现，并常常以粘辊形式出现，表面非常粗糙。粘辊一般在热轧机的前精轧机架的ICDP工作辊上，甚至可能在最短的运行周期之后。粘辊也可能发生在相同机架和位置上高铬工作辊的长时间运行之后。5.2.2 起因交替磨擦力结合以及交替热负荷大大超过了工作层材料的疲劳剪力强度。初始热裂深度内的表面平行裂纹发展和弥漫，直到热裂区域从轧辊上剪切掉为止。一旦轧辊表面局部磨损，会引发剪力峰值，导致非常快的轧辊体四周蜕皮粘辊发生。去掉大约深0.10.2mm的深层，大致相当于初始热裂的深度。这种现象主要与轧机条件有关。5.2.3 补救措施调整轧制周期，在出现粘辊之前换工作辊。重要因素有：辊种类中间冷却平整冷却润滑压下量轧辊冷却轧辊速度5.3 带钢粘结5.3.1 说明轧辊辊体上的部分粘结带钢主要出现在后精轧机架的工作辊上，特别是在轧制薄带时。5.3.2 起因高特殊轧制压力与低轧制温度是带钢材料粘结到轧辊表面的基本条件。特别是在轧制事故中，诸如弯斜、卷边和带钢端折叠都会造成严重的高温压力，促使带钢粘结到轧辊上。同样，提高轧辊表面以压痕形式塑性变形，甚或剥落会在这些超负荷区域