冷轧工作辊异常剥落分析及防范措施

第３６卷第６期　钢　铁　Ｖｏ１．３６，Ｎｏ．６　２　０　０　１年６月　１ＲＯＮ　ＡＮＤ　ＳＴＥＥＬ　Ｊｕｎｅ　２　０　０１　冷轧工作辊异常剥落分析及防范措施　沈伟芳　王聪　范庆国　雷泽红　陈光明　阮新建吴忠杨　（武汉钢铁（集团）公司）　摘要介绍最近１０支冷轧工作辊连续发生异常剥落的原固及调查分析，阐明冷轧工作辊剥落损坏发展规　冷轧工作辊异常剥落　防范措施　律及防范措施。　关键词ＡＮＡＬＹＳＩＳ　ＡＮＤ　ＰＲＥＶＥＮＴＩＯＮ　ＯＦ　ＡＢＮＯＲＭＡＬ　ＦＬＡＫＩＮＧ　ｏＦ　ＷｏＲＫ　ＲｏＬＬＳ　ＦｏＲ　ＣｏＬＤ　ＲｏＬＬＩＮＧ　ＳＨＥＮ　Ｗｅｉｆａｎｇ　ＷＡＮＧ　Ｃｏｎｇ　ＦＡＮ　Ｑｉｎｇｇｕｏ　ＬＥＩ　Ｚｅｈｏｎｇ　ＣＨＥＮ　Ｇｕａｎｇｍｉｎｇ　ＹＵＡＮ　Ｘｉｎｊｉａｎ　ＷＵ　Ｚｈｏｎｇｙａｎｇ　（Ｗｕｈａｎ　Ｉｒｏｎ　ａｎｄ　Ｓｔｅｅｌ（Ｇｒｏｕｐ）Ｃｏｒｐ．）　ＡＢＳＴＲＡＣＴ　Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ　ｔｈｅ　ｒｅａｓｏｎｓ　ｏｆ　ｆｌａｋｉｎｇ　ｏｆ　ｌａｓｔ　ｔｅｎ　ｒｏｌｌｓ　ｒｅｃｅｎｔｌｙ　ａｎｄ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ　ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ａｎｄ　ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｏｆ　ｆｌａｋｉｎｇ．　ＫＥＹ　ＷＯＲＤＳ　ｗｏｒｋ　ｒｏｌｌｓ　ｆｏｒ　ｃｏｌｄ　ｒｏｌｌｉｎｇ，ａｂｎｏｒｍａｌ　ｆｌａｋｅ，ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　１前言　２０００年２～４月，在五连轧机上接连发生了ｌＯ　支冷轧工作辊异常剥落的事故，导致轧钢废品增多，　生产成本特别是辊耗急剧上升。在市场经济激烈竞　争的情况下，如不对轧辊剥落原因进行分析，及时有　效地遏制，该事故将危及企业的正常生产和生存。　为了对冷轧工作辊的异常剥落原因进行分析，　对有关轧钢、轧辊等大量生产质量记录调查，从宏观　到微观，从理性到实践进行分析，初步找到玲轧工作　辊剥落的原因和规律，针对轧辊频繁剥落，提出了有　效的防范措施，取得了良好的效果，从５～７月未发　生一起异常爆辊事故。　２冷轧工作辊异常剥落的宏观形貌　２．１工作辊剥落的发展过程（图ｌ、２）　２．２工作辊异常剥落形貌（图３～６）　３冷轧辊异常剥落调查与分析　３．１异常剥落情况调查（表１）　图１探度热冲击形貌　Ｆｉｇ－１　Ｄｅｅｐ　ｈｅａｔ　ｉｍｐａｃｔ　ｆｒａｃｔｕｒｅ　３．２异常剥落原因分析【”　（１）由表ｌ可见１１５号、１４９号、１４４号因硬度　太高，脆性过大导致剥落，此类轧辊占剥落数３ｏ　。　般来讲，硬度过高因此带来的残余应力过大，这种　残余应力会在使用中因轧制应力的叠加成为剥裂或　剥落的潜在因素。以本厂五机架工作辊的工作情况　联系人：忱伟芳，高级工程师，武汉（４３００８３）武汉钢铁（集团）公司狰轧薄板厂　维普资讯 http://www.cqvip.com

钢铁　第３６卷　【刳２　淬火马氏悱窆【【垫ｌ形成脆袋源　Ｆ　Ｌｇ　２　Ｓｏｕｒｃｅ　ｏ　ｂｒｉｔｔｌｅ　ｃｒａｃｋ　ｆｏｒｍｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｓｅｃｏｎｄ　ｑｕｅｎｃｈ［ｎ　ｍａｎｔｅｎｓｉｔｅ　图４疲劳裂纹在通板部位形成面积　带状剥落实物形貌　Ｆｉｇ．４　Ｔｈｅ　ｚｏｎａｌ　ｆｌａｋｅ　ａｔ　ｔｈｅ　ｐａｒｔ　ｏｆ　ｐａｓｓｉｎｇ　ｂｏａｒｄ　ｏｂ＊ａｉｎｅｄ　ｂｙ　ｆａｔｉｇｕｅ　ｃｒａｃｋ　【到３冷轧辊粘　热　．】ｒ实物Ｊ　批　Ｆｉｇ．３　Ｈｅａｔ　ｉｍｐａｃｔ　ｆｒａｃｔｕｒｅ　ｃａｕｓｅｄ　ｂｙ　ｒｏｌｌｓ　ａｄｈｉｂｉｔｅｄ　为倒；２０年工作实践表明：硬度上限不宜超过　ＨＳＤ　９５，　ＨＳＤ９２～９５为好，冷轧辊的硬度与应力　一　图５冷轧辊带状剥落实物形貌　Ｆｉｇ．５　Ｚｏｎａｌ｛ｌａｃｋ　ｏｆ　ｃｏｌｄ　ｒｏｌｌｓ　表１　冷轧五机架工作辊异常剥落调查　Ｔａｂｌｅ　１　Ａｂｎｏｒｍａｌ　ｆｌａｃｋ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｌｄ　ｒｏｌｌｓ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　的关系见图７，否则会在使用中硬度太高导致脆裂　趋势加大使轧辊剥落，冷轧辊硬度对寿命的影响见　图８。　残余应力增大５０　ＭＰａ，这是十分惊人的，同时认为，　当冷轧辊硬度为ＨＳＤ９０￣９４时，轧辊使用寿命最　高，这一发现值得借鉴。因此将回火温度提高，以降　低冷轧辊的硬度和残余应力是冷轧工作辊行业提高　使用寿命，消除残余应力的主要方向之一。　有人测定冷轧辊硬度每增加１ＨＳＤ．残余应力　增加１２．５　ＭＰａ，据此推算，硬度提高４ＨＳＤ，就会使　维普资讯 http://www.cqvip.com

第６期　沈伟芳等：冷ｔＦＬＩ作辊异常剥落分析及防范措施　图６冷轧辊脆裂形成猫舌状剥落实物形貌　Ｆｉｇ．６　Ｔｈｅ　ｌｉｇｕｌｅ　ｌａｃｋ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｂｙ　ｂｒｉｔｔｌｅ　ｃｒａｃｋ　０ｆ　ｔｈｅ　ｃｏｌｄ　ｒｏｌｌｓ　三　ｌＯ　９０　世　７０　器　５０　３０　８８　８９　９０　９ｌ　９２　９３　９４　９５　轧辊表面平均硬度（ＨＳＤ）　７冷轧鞋硬　与寿命的黄系　Ｆｉｇ．７　Ｒｅｌａｔｉｏｒｔ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｈａｒｄｎｅｓｓ　ａｎｄ　ｌｉｆｅ　ｏｆ　ｃｏｌｄ　ｒｏｌｌｓ　百∞０　邑　９８　瘩９６　摧　譬９４　图８玲轧辊硬度甜应　的影啊　Ｆｉｇ．８　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｈａｒｄｎｅｓｓ　ｏｆ　ｃｏｌｄ　ｒｏｌｌｓ　ｏｎ　ｓｔｒｅｓｓ　（２）表１中列出１４１号，１７８号、３４３号因粘辊　而热冲击严重，磨消后未用超声波探伤检测，裂纹没　有消除就送轧机使用，有的当即在轧机上剥落，有的　轧制几小时后剥落，这是必须杜绝带裂纹上机的原　固，一旦带裂纹上机，轻者钢板表面存在质量问题降　组处理，重者发生剥落，经济损失巨大．此类轧辊也　占剥落辊数３０　。从磁粉检测显示可见，粘辊磨除　轧辊表面，有明显表面“热裂纹”，有的裂纹纵横交　错．呈破碎状态．此轧辊在使用中．裂纹极易发展，容　易发生剥裂或剥落。就是有较小的裂纹，磨辊时没有　完全磨除掉，也会作为裂纹源起破坏作用。国内外对　轧辊剥落的研究认为，剥落的发生和发展大致归纳　为４个阶段　：①辊身表层的外表面出现数量不一　的显微裂纹，产生的因素主要为：轧辊受热冲击，过　热后产生的网状微裂纹；换辊周期过长引起辊身表　面的冷作硬化；辊身表面硬度过高；重磨时修磨量太　小，不足以消除疲劳微裂纹层。②轧辊继续使用过程　中，显微裂纹扩展，一条或若干条裂纹从表面领先向　纵深发展到过渡的组织带，（有时从断口可见连续的　短距重复线，表明这种开裂属于疲劳破坏）从而形成　疲劳断裂中心。③过渡组织中２次疲劳断裂中心沿　与辊身圆弧几*行的层次继续发展成为断裂带，　有的甚至绕辊几周。④残余破裂和剥落，对于大面积　带状剥落的轧辊可以在各种因素的影响一次性破裂　和剥落。造成若干剥落块或尚未脱开的剥离块，小块　掉肉的轧辊可以直接从第２阶段导致残余破裂和剥　落。　（３）表１中还列出１２６号、１４７号、４９２号均因　使用不当造成轧辊剥落，此类轧辊占剥落辊数　３ｏ　。因各种大面积过烧疲劳、严重烧伤、勒辊和严　重压印等热冲击故障导致剥落，见图６。　北京科技大学金相室曾用严重烧伤疲劳和粘辊　后的剥落块进行试验与研究　，发现将过烧疲劳和　轧辊的轧材去除以后，轧辊表面是一层厚度约０．ｏ３　０．０６　ｒｎｌｎ的白亮层，经过各种检测手段分析得　出，此白亮层系二次淬火马氏体组织，在白亮层的下　面是不同程度的热影响区。这是由于热冲击所造成　的局部温升，由表及里逐步降低，导致某一深度范围　内，轧辊温升超过了临界点，马氏体组织回火得到回　火马氏体组织，其厚度约为０＋１　ｒｎｌｎ，再往里才是轧　辊的原始组织。因此，修磨轧辊时必须消除轧辊表层　的二次淬火马氏体组织和回火马氏体组织，按照规　定再磨０．５　ｒａｍ后才能送轧机使用。否则，未磨尽的　二次淬火马氏体组织和回火马氏体组织因与辊身的　正常金相组织不一致而产生拉应力，导致裂纹的产　生，甚至发展成为剥落。　（４）由表１还可见４４９号因发生压下偏斜故障　导致轧辊剥落，此类轧辊占剥落辊数】０　，这里不　作详述。　４轧辊异常剥落的防范措施　４．１冷轧工作辊的使用　冷轧辊上轧机使用因各种事故经常发生断带粘　辊导致严重或一般烧伤热冲击辊面，有的甚至换辊　维普资讯 http://www.cqvip.com

钢铁　第３６卷　周期太长，导致辊面疲劳裂纹的产生，有的还发生严　按规定时间处理，充分消除应力。　４．４玲轧工作辊的组织　重的压下偏斜和压印热冲击，所以冷轧辊在上轧机　使用时首先应减少或杜绝诸如断带、粘辊、压下偏　斜、严重勒辊、压印等事故．若未按工艺规定换辊，一　旦出现疲劳裂纹，需按规定增大修磨量。　４．２冷轧工作辊的管理　冷轧辊正常辊修磨时应按“Ｂ”标准的修磨量控　制磨削，以消除疲劳层、青肿等缺陷，不能借故少磨　非正常辊修磨时需在缺陷磨除后进行涡流探伤检查　或人工超声波探伤，经过操作工确认才能上轧机使　用。　对于８６ＣｒＭｏＶ７钢冷轧辊进行修复双频淬火　时，５０／２５０　Ｈｚ淬火温度控制：８９５±５℃控温需精　确。控制淬火加热温度超过９０５℃时，成品金相检验　组织为：针状马氏体＋细小马氏体＋粒状碳化物＋　残余奥氏体，针状马氏体的出现，使冷轧辊抗事故性　能变坏，脆性增加，发生裂纹的机率加大；控制淬火　加热温度低于８８５　Ｃ时淬硬层深度不够，硬度值偏　低或达不到规定的硬度值。　５结语　４．３冷轧工作辊的硬度　（１）冷轧工作辊异常剥落是由轧机严重事故、　裂纹未检使用和冷轧辊辊面硬度太高造成。　（２）全方位控制到位后，２００年５～１０月未发生　本厂五机架连轧机工作辊的硬度以ＨＳＤ９２￣　９５为好，上限不宜超过ＨＳＤ９５。新辊检测若超过　ＨＳＤ９５，须进行二次回火才能送用，中间修复淬火的　轧辊在淬火一回火后硬度控制在ＨＳＤ９２￣９５，回火　参考例异常爆辊事故，证实本措施在遏制异常剥落辊　上收效显著　文献　ｌ沈伟芳．玲轧工作辊失效分析及其控制．上海金属，１９９９，（１）：５２～５６．　２李人同．金属薄板冷轧工作辊的表面疲劳剥落．金属热处理，１９８２，４～５．　３刘幕怡．关于冷轧工作辊表面剥落的失效分析．北京科技大学学报，ｌ９７８．　（上接第３９页）　大机制可能是导致这一现象产生的机理。　具体的实验验证还有待于进行。　４结论　（１）在传统的高强ＩＦ钢板生产工艺中，引入织　构预处理和再退火工序，可以获得　值高达２．８５的　高强ＩＦ钢板。　（２）织构预处理工序导致了热轧织构转变为ｙ　纤维织构为主、ａ纤维织构为辅的预处理织构，使得　连续退火后７纤维织构较传统时更加强烈发展，是　值显著改善的主要原因。　（３）再次退火期间，７纤维织构的进一步发展　是　值大幅度提高的另一原因　应指出，新工艺中增加了两个工序，导致热能消　耗增大，生产过程延长。因此，相对传统的高强ＩＦ钢　板而言，这种极高　值的高强ＩＦ钢板是以增加生产　成本和降低生产效率为代价而获得的。但是，它具有　的超深冲性能是传统工艺无法实现的。这种钢板的　获得为进一步改善高强１Ｆ钢板的超深冲性能指出　了新途径，即不像铝镇静钢板和超低碳钢板那样，以　成分控制为主，而是侧重于工艺改革。　参１赵子苏．毛卫民，余永宁考文献　轿车用高强ＩＦ钢板的开发和应用．钢铁研究学报．１９９８．１Ｏ（增刊）：９１～１０２．　２关小军，王先进，胡小军．具有极高　值的ＥＬＣ－－ＢＨ钢板的研究．钢铁ｔ１９９６，３１（８）：３８￣４０．　３　Ｇｕａｎ　Ｘ　Ｊ，Ｈｕ　Ｘ　Ｊ，Ｗｕ　Ｑ　Ｌ，　ａｔ．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｔｅｘｔｕｒｅ　ｏｎ　ａｎ　ＥＬＣ—ＢＨ　Ｓｈｅｅｔ　Ｗｉｔｈ　Ｖｅｒｙ　Ｈｉｇｈ　Ｒ—ｖａｌｕｅ　Ｄｕｒｉｎｇ　Ａｎｎｅａｌｉｎｇ．Ｔｅｘｔｕｒｅｓ　ａｎｄ　Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｅｔｕｒｅｓｔ１９９５，２５：６３～７　Ｄ．　４关小军，胡小军，王先进．新工艺对ＥＬＣ—ＢＨ钢板厚向各层织构的影响．钢铁．１９９８．３３（２）：５２～５５．　５关小军，王先进．超低碳高强度ＢＨ钢板退火组织和性能．北京科技大学学报，１９９３，１５（６）：５８０￣５８５．