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1、14热连轧铸造工作辊剥落类型及防范措施【摘 要】为降低轧辊消耗，减少轧制事故，必须确保轧辊安全上机服役。本文针对热连轧铸造工作辊使用中经常出现的生产事故轧辊剥落，从理论上分析了事故的成因，并提出了相应的预防方法；同时，本文结合现场生产事例，提出轧辊剥落事故的防范措施探伤检测。这些对轧辊正常上机服役有一定的指导意义。 【关键词】热连轧 铸造工作辊 剥落 探伤检测1.前言 轧辊剥落失效的发生不但会引发轧辊的严重损坏,而且会造成带钢的报废和生产的暂时中断。一般情 况下，不能对剥落损伤的轧辊用修磨的方法进行修复,因此必须在轧辊的生产与使用过程中采取相应的防 范措施13。 2.轧辊剥落分类 在热轧带钢生
2、产中, 热连轧铸造带钢工作辊常见的剥落失效有以下几种形式。 2.12.1 鞍形剥落 2.1.1 现象说明 鞍形剥落始于工作层与芯部接口以下的芯部材料，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。这种剥落发生在用于高负荷四辊热轧机架上的灰口铁芯的 离心工作辊上，并且主要位于辊身的中心。 2.1.2 剥落起因 剥落是由轧制时产生的大轧制力及高循环负荷引起的。这些负荷导致芯部材料承受高交替应力，在 超过疲劳极限，许多微型裂纹便开始形成，引起芯部材料逐渐弱化。然后，这些微型裂纹连成一体，并 经过工作层扩散到辊身表面，从而长大形成典型的“鞍形”剥落。图 1 马鞍形
3、剥落 2.1.3 预防方法 为预防轧辊马鞍形剥落的产生,对轧辊铸造厂家来说,应根据客户的要求及轧辊工作的实际状况,对负 荷大的轧机采用高强度的球墨铸铁芯部材质,避免采用低强度的灰铸铁芯材质。 2.22.2 压裂和带状裂纹剥落(猫舌形剥落) 2.2.1 现象说明 开始阶段，在接近轧辊辊身的表面一个或多个压裂在局部超载处形成。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。裂纹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。15图 2 猫舌状剥落 2.2.2
4、剥落起因 这种剥落形式，产生的主要原因是过大的局部负荷超过轧辊外层的抗剪切强度时引发裂纹。在持续 的轧制过程中，疲劳会继续引发裂纹的产生,进而导致辊身局部大面积掉肉；对服役期较长的工作辊和支 承辊，磨损的表面会时常产生局部的超负荷；对不正确的 CVC 轮廓来说也是同样。另外，持续使用弯辊 技术、没有合理的辊端倒角轮廓(以均衡支承辊端部应力)的支承辊、轧机事故以及轧制外来物都会引发 此类裂纹。 2.2.3 预防方法 为预防这类剥落失效的产生,轧辊每次服役后应对其缺陷进行检测。在发生严重轧机事故后,轧辊应 进行 100%裂纹检测,除此之外,还应采取一系列附加的措施,如服役期长短的控制,修磨时能否完
5、全去除裂 纹、正确的轧辊凸度控制等等,从而有效地控制由于负荷过载所导致的轧辊失效46。 2.32.3 结合层缺陷剥落 2.3.1 现象说明 工作辊表层金属由于结合层不良与芯部材质脱落,遂后脱落层沿着这一弱结合面进一步扩展,最终导 致工作层局部剥落。 2.3.2 剥落起因 在轧辊铸造过程中，工作层与芯部间的残留氧化层、界面熔剂或渣滓、过量碳化物、气孔、片状石 墨或非金属残留物等，这些缺陷导致工作层与芯部未粘结或粘结强度降低，轧制过程中的局部过载引发 两者分离，并沿工作层与芯部接口继续生成疲劳裂纹弥漫，直到达到临界尺寸，导致二次大面积剥落。图 3 结合层处脱落2.3.3 预防方法 结合层检测其实就
6、是超声检测的一种，可以根据粘结面处的缺陷分析出轧辊内部缺陷，规划轧辊的 使用寿命。提前检测出轧辊内部缺陷，可以避免轧辊结合层剥落事故发生。 2.42.4 轧辊辊身边部剥落 2.4.1 现象说明 辊身边部脱落是指工作辊表面或次表层裂纹引起的脱落,发生在圆周向距辊肩大约 100300 mm 处。16裂纹一直向辊肩非工作面发展。严重时,裂纹及引发的脱落可发展到辊身辊颈过渡圆弧处。当裂纹延展到 一定深度时,就会引发大块剥落。 （见图 5） 2.4.2 剥落起因 辊身边部脱落的起源是辊肩压力过大,工作辊正弯曲引发的负荷,支撑辊的倒角设计不当,板形不好, 带钢边缘过厚(狗骨头状)或不适当的装配等等都会造成
7、轧辊局部过载,从而造成局部剪切应力超过工作辊 辊身自身材质抗剪切强度。外加轧辊辊端长时间磨损过大,易造成辊身端部局部过载, 引发裂纹的产生。 随着轧制的持续, 裂纹进一步延展,扩至辊身非工作面,造成剥落。图 4 辊身边部剥落 2.4.3 预防方法 辊身边部脱落的预防措施，主要是确保支撑辊的辊身完好,恰当的辊端倒角设计。避免在工作辊辊端 部位应力过于集中。确保弯辊得到很好的控制。注意工作辊与支承辊的之间的配合和轮廓的设计等,都可 预防这类剥落的产生。 3.生产实例分析 3.13.1 工作层深度不够剥落 2008 年，武钢某热轧厂精轧后段工作辊，在机服役过程中发生剥落，剥落位置位于操作侧边部，剥
8、落形态见图 5。随后对残值进行检测分析发现，该辊剥落时离报废直径仅留有 3mm，按照技术要求，其结 合层深度半径方向上应该大于 12mm，但是实际探测结果其结合层深度平均仅约 5mm（半径方向）左右， 甚至结合层深度最浅位置已经出现漏芯现象，见下图 6。 这是一起典型的因轧辊结合层深度不足引发的轧辊事故，轧制过程中轧制力集中在结合界面位置， 导致结合层开裂进而引起剥落。图 5 辊身漏芯剥落形貌 图 6 辊身漏芯现象3.23.2 结合层缺陷剥落 2010 年，武钢某一热轧产线发生一起轧辊剥落事故，通过查阅该辊的历史检测记录、现场分析轧辊 残值，发现该辊在新辊验收阶段结合层检查正常，但在第二次超声
9、波检查时，该辊局部缺陷波幅过高， 但并未引起重视，结果导致该辊上机后发生剥落。剥落区域与超声波波高区域对应，且残值中明显可见 结合层部位缺陷（见图 7、图 8） 。17分析该起案例，因为轧辊在验收时，可能缺陷部位初期存在一定的冶金结合，但是结合强度不够， 导致轧辊在服役过程中，出现微小开裂并最终发展剥落。图 7 辊身结合层缺陷剥落形貌 图 8 轧辊结合层缺陷部位4.轧辊剥落防范措施 新辊进厂以及轧辊服役下机后，需要进行修磨辊型。同步，应对轧辊执行严格探伤检查，以此尽量 避免缺陷轧辊上机使用，减小轧辊剥落事故发生频率。特别是针对异常更换的卡钢、甩尾、小块掉肉等 事故辊，更应做好轧辊探伤跟踪检测。
10、 常见的轧辊探伤检测方法有涡流、超声波、磁粉探伤和着色渗透法，下面简单介绍一下各种检测方 法. 4.14.1 涡流探伤 涡流检测一般采用轧辊磨床作为传动机构，实现边磨边检或磨后检测。涡流传感器安装在数控磨床 上，可以使传感器与轧辊的距离保持不变，当轧辊表层在检测的部位有裂纹出现时，将引起金属导体的 电阻率和磁导率发生变化，以及涡流路径的变化，从而间接通过涡流数值，定性反馈轧辊缺陷状况。 4.24.2 超声波探伤 超声波在轧辊中传播时,轧辊材质的声学特性和内部组织变化对超声波的传播产生一定的影响。通过 超声波受影响程度，可以了解材轧辊性能和结构变化。 4.34.3 磁粉探伤 磁粉探伤是通过轧辊表
11、层缺陷在强磁场中产生漏磁场现象，并且能够吸附磁粉的一种无损检验法。 4.44.4 着色探伤（渗透探伤） 着色探伤是利用有色染料和荧光染料具有强渗透性的物理特性，显示轧辊缺陷痕迹的一种无损探伤 方法。 5.结论 通过以上分析，可以得出如下轧辊剥落事故防范措施： (1) 轧辊入厂检测时，参照轧辊图纸及有关技术协议，严把验收关卡，确保轧辊入厂验收合格； (2) 轧辊在机服役时，优化轧线生产工艺，控制轧机生产异常事故频率； (3) 轧辊服役下机后，严格执行探伤检查制度，确保所有轧辊探伤跟踪得以覆盖。 参考文献1 钱爱文、邸洪双、鲍培玮,等，UC 轧机中间辊横移对轧件板形影响的统计分析J，钢铁研究,20
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