浅谈精轧工作辊失效形式及预防措施

1、浅谈精轧工作辊失效形式及预防措施（郑强）检修中心轧钢维护部摘要：通过对轧辊在生产中发生的各种失效形式进行分析，并作出相应的预防措施。关键词：裂纹；剥落；断裂前言轧辊是热轧厂生产中最大的消耗性、关键性备件，不仅其消耗量大、价格昂贵，而且其性能和使用情况的好坏，直接影响生产的作业率和成本、产品的产量和质量、辊耗等。轧辊消耗量是轧钢生产技术经济指标之一，是考核轧钢生产的主要内容。因此，提高轧辊使用寿命，是轧钢生产提高生产效率、实现增产节约、降低消耗的有力措施。使用中的轧辊，由于和轧件直接接触引起的接触应力、热应力、剪切应力、残余应力和轧辊本身的制造缺陷等原因，常常在正常使用周期内被迫提前下机，甚至非

2、正常报废，这就需要我们通过各种失效形式做出相应的分析，并加以预防和解决。1.裂纹裂纹是轧辊使用中最常见的一种失效形式，又分正常裂纹和非正常裂纹两种。1.1正常裂纹正常裂纹又叫热裂纹，热裂纹属正常轧制下产生的裂纹，初期呈很细的网状均匀分布在轧辊的整个辊身上，深度较浅。热裂纹是由于多次温度循环产生的热应力所造成的逐渐破裂，是发生于轧辊辊身上的一种微表面层现象。此种裂纹是轧制过程中轧辊受接触应力、热应力、剪切应力、残余应力影响，当应力超过材料的疲劳极限时，轧辊表面产生严重应变，逐渐导致热疲劳裂纹的产生。 预防措施：1、合理控制冷却水量和冷却水的分布；2、合理分配各机架轧制负荷；3、合理控制换辊周期；

3、4、合理控制磨削量；1.2非正常裂纹轧制中发生的打滑、粘钢、卡钢、堆钢、甩尾、甚至断水轧制等轧制事故，这些轧制事故会造成轧辊局部温度升高而产生热应力和组织应力，当轧辊应力值超过材料强度极限时便产生热冲击裂纹，形成轧辊辊身表面一条母线上或局部深度和开口度较大的裂纹。通过修磨，轧辊表面裂纹消除后可以继续使用，但其使用寿命明显降低，并在以后的使用中易出现剥落事故。预防措施：1、轧制条件应满足轧辊的使用技术要求；2、合理分配各机架轧制负荷；3、提高轧制操作技能，尽量减少打滑、粘钢、卡钢、堆钢、甩尾、甚至断水轧制等轧制事故的发生；4、轧线必须及时把事故原因的信息传递到磨辊间，以便于磨辊间针对事故原因制定

4、有效的对事故轧辊进行严格的超声波、涡流探伤及磨削处理；2.剥落剥落是轧辊使用中比较严重的一种失效形式，是由于轧辊表面裂纹的扩展或轧辊本身内部缺陷造成的。轧制使用过程中，工作辊表面周期性的加热和冷却导致了变化的温度场，从而产生显著的周期应力。辊面表层受热疲劳应力的作用，当热应力超过材料的疲劳极限时，轧辊表面便产生细小的网状热裂纹，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材料的允许应力而朝轧辊内部扩展。当裂纹发展成与辊面成一定的角度甚至向与辊面平行的方向扩展，即造成剥落。2.1小面积剥落轧制过程中卡钢等轧制事故会使轧辊辊身产生于次表层的网状或蜂窝状的裂纹沿径向扩展

5、进入硬化层并向多方向分枝扩展，该裂纹在逆向轧制条件下不断扩展、连通，即造成小面积剥落。预防措施：1、控制裂纹的产生；2、一旦发生各种轧制事故，应立即停车，将事故轧辊换下；3、检测时一旦发现具有此特性的发展过程中的裂纹轧辊，应立即停止使用；4、缺陷扩展辊停止使用，缺陷不扩展辊跟踪使用；2.2大面积剥落轧制中发生的打滑、粘钢、卡钢、堆钢、甩尾、甚至断水轧制等轧制事故的事故辊和更换下来的轧辊尤其是前机架轧辊，多数辊面上存在裂纹，由于磨削时不彻底而残留的表面裂纹，若继续使用在工作应力、残余应力、冷却引起的氧化、周期性疲劳应力作用下，这些裂纹将成为疲劳核心。裂纹沿一定的角度向辊身内部发展，当发展至某工作

6、层的某一深度或结合层时，沿周向与平行于辊面弧线的方向快速延伸，形成一定宽度和长度的平坦状分层，严重时缠绕辊身几圈，当强度不足以承受较大的轧制力时，大面积瞬间脆性破裂即造成大面积剥落。预防措施：1、控制裂纹的产生； 2、杜绝将有缺陷的轧辊上线使用；3、检测时发现某一轧辊具有此特性的裂纹，应立即将该轧辊报废；4、有效地对下机的各类轧辊进行检测管理，将损伤的可以修复的轧辊进行有效的修磨并消除缺陷；3.断辊断辊是由多种因素造成的，主要发生在辊身、辊颈、辊脖与辊颈交界处、传动侧扁方等部位。因轧制钢种、品种与生产工艺条件的差异，各断裂部位所占比例不同。断辊可以是一次性的瞬断，也可以是由于疲劳裂纹发展而致。

7、 3.1外在原因引起的断辊主要是疲劳裂纹扩展、板坯来料厚度与理论厚度相差太大、轧制压力增加以及热应力的叠加引起的断辊。脆性断裂总是以轧辊内部存在的裂纹作为裂纹源。如果轧辊内部存在大量裂纹，在轧制过程中，裂纹尖端产生应力集中而快速扩展连接，形成一个较大的裂纹，这种裂纹在交变应力作用下，由内向外逐渐扩大，当裂纹大到一定程度时就发生疲劳断裂。预防措施：1、有效控制裂纹的产生；2、严格控制板坯来料厚度；3、杜绝轧制低温钢，以免造成轧制压力增加，使轧辊处于疲劳状态；4、严格工艺制度，控制轧制节奏，加强对轧辊冷却水量、水压、水温、水质、冷却方式、轧出量及润滑条件的控制等；5、通过轴承维护，保证轴承正常使用

8、；3.2内在原因引起的断辊主要是表面加工残余应力过大、夹杂、塑性差引起的断辊。轧辊组织缺陷会导致轧辊断裂，轧辊芯部组织不正常导致机械性能显著下降。这种轧辊使用时，由于芯部组织不正常，在热应力的作用下，较薄弱处先被拉裂，然后裂纹迅速扩展，也会导致轧辊断裂。 轧辊铸造缺陷是轧辊辊颈断裂的另一个原因。如果辊颈截面存在铸造缺陷组织：较多大面积粗条状、网状渗碳体，心部疏松孔洞区等，都会使材料内应力增大，力学性能下降。因此在辊身发生碰撞时，在外加震动应力与内应力的交互作用下，以脆性相和一些缺陷为核心，萌生出裂纹。由于材料较脆，裂纹便立即扩展产生瞬间断裂。 除上述原因外，造成轧辊断裂的因素还有很多：简单的机

9、械性过载；设计和加工不当，对于截面尺寸发生变化的部位，未设计足够的圆角或精密加工，致使应力集中；辊面和辊颈硬度相差过大；辊颈的直径过小，强度不够等都有可能导致轧辊断裂。预防措施：1、加强新辊检测，避免缺陷轧辊进厂使用；2、提高轧辊的显微组织及硬度均匀性；3、保证适当的淬透性；4、提高轧辊的剪切强度和塑性，降低轧辊残余应力。 5、取决于轧辊厂家的铸造水平4.结束语 由于轧辊生产厂家的制造水平不同、材质不同、轧辊在机使用状态不同，所产生的失效形式也不尽相同。但所产生的失效原因不外乎制造、使用、以及两方面的综合因素造成的结果。只要了解轧辊的失效原因，针对轧机系统、失效形式、采取相应的措施，轧辊失效是可以得到有效控制的，可以最大限度降低辊耗，从而提高轧辊的使用寿命。为了降低轧辊的事故率，提高轧钢生产效率，应该做到以下几点：1、严把入厂新辊质量关；2、正确掌握无损检测技术，提高无损检测手段多样化，配备性能良好的检测