热轧轧辊失效分析及预防措施

２０１０年第３期　新疆钢铁　总１１５期　热轧轧辊失效分析及预防措施　马占福　（新疆八一钢铁股份有限公司）　摘要：介绍了轧辊的断裂、剥落、辊面损伤等几种失效方式，并重点分析了轧辊失效的原因，同时提出了改　进的预防措施，通过举例证明，安全、合理、科学地使用及管理轧辊，可以在很大程度上降低轧辊失效，同时在实　际生产中，为有效使用轧辊、提高轧辊使用寿命提供了依据。　关键词：　轧辊失效，剥落，断裂，裂纹　中图分类号：ＴＧ３３３．１７　文献标识码：Ｂ　文章编号：ｌｏ０６ｌ６—４２２４（２０１０）０３—０００８—０３　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　Ｐｒｅｃａｕｔｉｏｎ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｆａｉｌｕｒｅ　ｏｆ　Ｒｏｌｌ　ｉｎ　Ｈｏｔ　Ｓｔｒｉｐ　Ｍｉｌｌ　ＭＡＺｈａｎ－ｆｕ　（Ｘｉｎｊｉａｎｇ　Ｂａｙｉ　Ｉｒｏｎ＆Ｓｔｅｅｌ　Ｓｔｏｃｋ　Ｃｏ．Ｌｔｄ．１　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｅｖｅｒａｌ　ｆａｉｌｕｒｅｓ　ａｒｅ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｔｈｅ　ｒｏｌｌｅｒ　ｂｒｏｋｅｎ，ｓｅａｌｉｎｇ　ｏｆｆ，ｃｒａｃｋ，ｒｏｌｌｅｒ　ｉｍｐｒｅｓｓｉｎｇ，　ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　ｆｉｌｍ　ｆａｌｌｉｎｇ　ｏｆｆ，ｅｔｃ．ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｎａｌＴａｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｔｈｅｏｒｙ　ｏｆ　ｆａｉｌｕｒｅ，ａｎｄ　ｂｒｉｎｇ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｔｈｅ　ｐｒｅｃａｕｔｉｏｎ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ｉｔ　ｗｉｌｌ　ｂｅ　ｄｅｂａｓｅｄ　ｔｈｅ　ｅｘｔｅｎｔ　ｏｆ　ｆａｉｌｕｒｅ　ｂｙ　ｍｅａｎｓ　ｏｆ　ｓａｆｅ。ｒａｔｉｏｎａｌ　ａｎｄ　ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｒｏｌｌｅｒ，ａｎｄ　ｗｈｉｃｈ　ｗｉｌｌ　ｂｅ　ｔｈｅ　ｒｅｆｅｒ—　ｅｎｃｅ　ｉｎ　ｕｓｉｎｇ　ｈｅ　ｔｒｏｌｌｅｒ　ｅｆｉｃｉｅｎｔｆｌｙ　ａｎｄ　ｐｒｏｌｏｎｇ　ｔｈｅ　ｕｓｉｎｇ　ｔｉｍｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｒｏｌｌｅｒ　ｆａｉｌｕｒｅ；ｓｃａｌｅ　ｏｆｆ；ｂｒｏｋｅｎ；ｃｒａｃｋ　１　前言　轧辊是使金属产生塑性变形的一种生产工具，　其在实际生产使用中，处于一种复杂的应力状态，如　轧辊与轧件接触加热、轧辊水冷却引起的周期性热　应力、轧制负荷引起的接触应力、剪切应力以及残余　应力等川。如果轧辊的材质、加工、生产、操作等工艺　～３．６％；按制造工艺分为铸造、锻造、粉末冶金、喷　射成型、堆焊热喷涂等；按结构分为整体辊、复合辊、　镶装辊等；按功能分为连铸辊、热轧辊、冷轧辊、　Ｓｅｎｚｍｉｒ辊、工艺辊、辊道等　。　３轧辊的失效形式　３．１　断裂　不合理，就会使轧辊失效，出现剥落、断裂、辊面损伤　等情况，任何一种失效形式都会直接导致轧辊寿命　缩短，甚至造成轧辊报废，因此分析轧辊的失效形式　轧辊在生产中往往会发生突然断辊事故，其断　裂部位主要为工作辊的辊身、辊颈及轴头部位。断辊　因轧制不同钢种、不同品种、不同的生产工艺条件，　其断裂部位有所不同。从断裂形式来看，有可能是一　次性的脆断，也可能是由于疲劳裂纹而导致断辊ｌ　３＿，　可从内因、外因两方面来分析（如图１）。　３．１．１内因　及其产生的原因，对于轧辊的使用及维护是十分重　要的。　２轧辊种类的划分　随着生产新工艺、新技术的迅速发展，近年来不　断开发出许多新型轧辊。按材质划分：钢辊（铸钢辊　和锻钢辊）含Ｃ量为０．４０％　１．４０％，半钢辊（铸造半　钢辊和锻造半钢辊）含ｃ量为１．４０％～２．５０％，铸铁　辊（无石墨铸铁辊和有石墨铸铁辊）含Ｃ量为２．５％　主要是轧辊的组织缺陷导致轧辊断裂，轧辊芯　部组织不正常（球化率底、渗碳体数量过高、局部偏　析、疏松等）导致机械性能降低，在热应力作用下，当　所受应力超过材料抗拉强度时，内部部分区域被拉　联系人：马占福，男，３７岁，博士生，轧钢工程师，乌鲁木齐（８３０ｏ２２）新疆八一钢铁股份有限公司　Ｅ－ｍａｉｌ：ｍａｚｆ＠ｂｙｇｔ．ＣＯＢ．１３１１　８　２０１０年第３期　新疆钢铁　总１１５期　产生内裂纹，裂纹扩展，最终导致轧辊断裂，根据　垂尔脆断条件【２】：（下Ｄ／２＋Ｋ）Ｋ≥４Ｇ　时，才发生　昕。　的热应力以及残余应力，由此引起拉应力超过芯部　材质的疲劳强度极限时，产生许多小裂纹并扩展交　汇，然后失稳造成剥落。　Ｄ一晶粒直径；　Ｇ一材料的弹性模量；　３．３　辊面损伤　扣，下～应力；Ｋ～系数；　～在轧辊的失效形式中，辊面损伤的类型比较多，　有效表面能　由此可知，当应力和晶粒直径较大时，易发生　生断裂，在实际生产中只有当轧机发生事故、轧制　常增大情况下才可能出现瞬间断裂，且断面是　也是较普遍的一种失效形式，包括辊面裂纹、压痕、　氧化膜脱落、夹渣、粘钢、异常磨损等。　３．３．１辊面裂纹　裂纹分为正常裂纹及非正常裂纹，正常裂纹也　Ｆ的。　ｌ２外因　主要是疲劳裂纹的扩展，轧辊承受过载负荷，轧　五力增大以及热应力叠加引起断辊。在生产过程　轧辊冷却水的缺失，造成辊面出现裂纹，在裂纹　岢处应力集中而使不同区域小裂纹迅速扩展并连　形成一较大裂纹，在交变应力作用下，裂纹扩大，　广大到一定程度时就发生疲劳断裂。　图１轧辊断裂断面　图２轧辊面剥落图示　辊面剥落　剥落主要发生在精轧机工作辊ｋ（图２），大多　７辊面裂纹导致。发生热裂纹，首先是软点的产　软点的主要特征是辊面上此区域的硬度比其它　域低，软点、压痕都是应力集中点，轧辊不断旋　出现高拉应力和高压应力交替变化，这样裂纹首　在应力集中部位出现　。裂纹的产生及扩展，在　的主要表征就是海滩纹和扇形纹，由此造成轧　自度降低，发生剥落；在热轧板生产中较大的压下　轧制高强度钢时，较大的负荷产生交变应力、高　叫热裂纹、应力裂纹，其形状及大小随轧机的运转及　生产情况而异，热裂纹是由于多次温度循环产生的　热应力所造成的辊面逐渐破裂，是发生于辊身上的　一种微表面层现象圈；非正常裂纹就是在轧制过程中　因打滑、粘钢、卡钢、堆钢、甩尾等轧制事故的发生，　造成辊面局部温度升高而产生热应力和组织应力，　当应力值超过材料强度极限时便产生热冲击裂纹，　在辊身表面局部形成有一定深度和延展度的裂纹。　３＿３．２压痕　主要是指在生产过程中氧化铁等异物的压人，　在辊面产生连续或不连续分布的无规则形状的凹坑　等。　３．３．３氧化膜脱落　一个编制较好的轧制计划，经过一段时间烫辊　后，在轧辊表面形成一层银灰色或浅蓝色较薄的氧　化膜，其对保护辊面、提高轧件表面质量十分重要，　由于轧制力的反复作用，造成氧化膜沿碳化物周围　产生微裂纹；由于轧辊冷却能力不足，辊面很难形成　致密的氧化膜，即使形成氧化膜也会很快恶化。当轧　制计划不合理，氧化膜在生成过程中迅速被破坏等　情况嗣，会造成氧化膜的脱落，在辊面留下流星斑等　缺陷（如图３），造成辊面粗糙度升高，磨损量增大。　图３氧化膜脱落图示　３．３．４夹渣、粘钢、异常磨损等　由于轧制异常造成辊面与轧件的粘连，出现粘　钢；轧制计划的编排不合理，同宽公里轧辊消耗数过　大，造成辊面磨损不均等现象。　９　２０１０年第３期　新疆钢铁　总１１５期　４轧辊消耗　八钢１７５０热轧厂２００９年４月的轧辊消耗统　计见图４、图５。　些恶性重大事故大幅度减少，降低了磨削量，非生产　性辊耗减少。　图４为轧辊消耗的统计数据，从图４可知，“其　它”因素和粘钢、甩尾事故等造成轧辊消耗比较严　重，因操作、设备维护等影响仍占有一定比例，需要　关注。　图４　２００９年４月份轧辊消耗统计　图５　２００９年１～４月份非正常性辊耗统计　５　结语　安全、合理、科学地使用及管理轧辊，可以在很　卡钢　甩尾　轧烂　缺水　粘钢　其它　大程度上降低轧辊失效，如在生产过程中尽量减少　轧机事故发生、防止轧件带杂物咬入、优化轧制计　划、对轧辊进行定时的检测、检查、做好跟踪记录等　图５为纵观ｌ一４月的非正常辊耗统计，从趋势　图来看，非正常辊耗呈递减趋势，说明因轧机事故造　成的轧辊失效是逐月降低的，主要原因是卡钢等一　工作，为将来能够有效地使用轧辊创造条件。　参　考　文　献　【１】　刘德富，尹钟大．冷轧工作辊的早期失效及预防措施田．特殊钢，２００３，２４（６）：３３　３５　［２】　曹建国，陈先霖，何安瑞．宽带钢热轧机轧辊剥落及其解决方案【Ｊ】，冶金设备，１９９８（８）．　【３】　陈联满＿车Ｌ辊辊颈断裂分析ｆＪ１．理化检验一物理分册，２００１，３７￣）：３０　５－３０　８．　［４】　渠彬，朱世根，顾伟生．车Ｌ辊失效方式及其原因分析．山东冶金，第２７卷１期，２００５年２月：３ｌ～３３　［５］　汪长安．热带钢轧机轧辊失效原因分析及纠正、预防措施．宝钢分公司．２００６，１０．　【６］　黄庆学．车Ｌ机轴承与轧辊寿命研究及应用［Ｍ】．北京：冶金工业出版社，２００３．　［７】　张立华等．提高铸轧辊使用寿命的研究［Ｊ】．中国机械工程，１９９９￣）：３４～３７．　【８】　杨琳，于振涛，邓炬．ＴＡ１９合金的腐蚀性能［Ａ］．金属学报，２００２，（３８）２４４．　金特钢铁年产２０万ｔ离心球墨铸铁管项目将于年　１０