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1、轧辊失效分析eldecGlowing Inn o vation s 轧辊失效分析 欧州轧辊制造商协会撰写 目录第一章 剥落1.1 马鞍形剥落 61.2 挤压裂纹和带状疲劳剥落 71.3 外层/芯部结合层处剥落 91.4 外层/芯部接合层工作层厚度不够 101.5辊肩脱落 11第二章 热裂纹2.1带状热裂纹122.2梯状热裂纹132.3局部热裂纹13第三章 机械事故损伤3.1 冲击过载造成轴承部位断裂 143.2弯矩引起的轴承部位断裂153.3 传动端扭矩引起辊颈折断163.4 辊承磨损及烧死引起的辊颈折断 173.5 热（应力）折断 18 第四章 表面及次表面（皮下）缺陷4.1针孔和气孔194
2、.2 夹杂 204.3硬点和软点20第五章 轧制过程中辊面状态5.1 表皮剥落 215.2大块带状剥落225.3 粘钢 235.4带边边缘磨损245.5划伤/机械碰伤印痕25前言1 目前，对任何成熟的轧制过程、轧制工艺，都可有不同的轧辊材质选择。这些轧辊 在正常的轧制条件下，可以顺利得用到报废直径。然而，为了得到这一结果，正确的轧辊 管理是非常必要的，这当中包括轧制周期长短的确定，良好的磨辊程序及无损检测手段。 除此之外，轧辊磨损轮廓的测量记录，工作硬化层的检测对轧辊服役期的增加也会是有益 的。2. 在确定宽带钢工作辊材质时，轧辊制造厂家需要知道相关的轧制条件，其中包括精轧 段机（架）的数量，
3、轧辊服役的架次，带宽单位宽度上的轧制力，轧辊工作部位的最大预 弯度，这些要素决定了复合轧辊芯部和外层材质的选择。3. 尽管轧辊制造商和用户都谨慎行事，还会发生轧辊失效，导致轧辊部分或全部损失， 甚至损坏到轧机设备。这些轧辊失效的原因都是与制造或使用相关的。4. 轧辊断裂的形貌往往用于鉴定断裂的原因。一般来说，断裂可以是由负荷超载还是疲 劳所引发的。疲劳断裂初始从裂纹开始，逐渐延展，形成典型的断裂面。这种断裂面相对 平滑，呈现多条抑制线，一旦疲劳裂面达到临界大小，剩余的截面便突发破裂。疲劳断裂 的典型例子有支撑辊剥落、支撑辊颈折断，还有二辊式轧机的工作辊从内圆角区域处的断 裂（应力腐蚀也会是引发
4、原因之一）。5. 工作辊辊颈由于弯曲或扭矩过大引起的折断往往是自发性的。这主要发生在负荷超载 时所引发的辊颈折断。这种折断也会发生在工作辊的辊身中部，尤其是四辊轧机的工作辊6. 工作辊传动端因扭矩过大而折断往往是由于机械负荷超载所引发的。机械负荷超载可 能是轧辊间隙设置不当所致，也有可能来自外来物渗入轧辊间隙。该种情况会在没有扭矩 过载的保护装置的轧线上发生，或保护装置失控的情况下发生。在机械负荷超载的情况下辊颈的折断可以有效地防止轧机及其部件的损坏，如主轴、齿轮 箱及主电机。由扭矩过大引起的辊颈失效可看出断裂面与轴向或 45 。为了减少轧机的损坏， 工作辊的传动端就材质而言，针对最大的扭矩负
5、荷，设计成相对弱的部位。7. 事故的发生，如粘接、卡带或辊缝间隙设计不当不一定都会引发轧辊的损坏，事故之 后对轧辊正确处理非常重要。将损伤的轧辊适当修磨消除缺陷是最安全的办法。有许多有 用的技巧处理事故后的轧辊。因此，钢厂人员有必要注重这方面的相关措施。8 整支轧辊的成本包括购买价和修磨费用，总是同轧机的运行成本联系起来一同考虑。 一支新辊的价值一般低于一个热轧厂运行一小时的价值，然而复杂的轧辊事故可以导致轧 机长时停机，有的长达15 小时甚至更久，而且很难排除。另外，轧辊事故对支撑辊或轧机 的损害也是不可排除的。有些损坏常常需要一段时间才能体现出来。9. 这本轧辊失效的册子将有助于将来解释和
6、防止类似情况发生。10. 尽管本手册提供的一系列轧辊在服役期中所存在的问题及现象，但仍不排除有没包括 的问题。我们可以承诺此手册概括 90%的轧辊使用过程中所出现的现象，对轧机操作人员 提供有力的帮助。11. 欢迎用户对本手册给予有益的建议，补充和预防措施以便使此手册能成为轧辊用户和 制造厂家的活用的工具。第一章 剥落1.1 马鞍形剥落1.1 描述 这种马鞍形状的疲劳剥落是起源于结合层下部芯部材质，从而引发了大块的掉肉。从断裂 表面上我们可以看到许多疲劳截面的传播途径。这种剥落往往发生在片状石墨芯部的离心 工作辊（4 辊轧机），而且发生的部位往往是辊身中部。1.1.2 起源 这种剥落往往是由于
7、在轧制薄而硬的带钢时，压下比大，轧辊在偱环承受高负荷而引发剥 落。轧辊芯部材质交错地受正负应力的作用，在超过疲劳极限时，会引发微裂纹的产生。 随着微裂纹的增加，则会导致芯部材质的弱化。下一个阶段，这些裂纹通过传播，逐渐由 芯部延伸到辊身表面，进而产生“马鞍形”掉肉。在轧辊自身残余应力还在的情况下，越容易 导致这种现象的发生。其实这种现象通常可用超声波手段及时地检测出来。超声的回波的 减弱会给我们这方面的提示。也就是说这种轧辊材质不能承受此类轧机的负荷 。 轧辊制造商责任1.1.3 预防措施对轧辊制造厂家来说，客户能够提供必要的前期轧辊失效原因, 以及相关的轧制过程参数， 如轧制负荷 （t/m
8、带钢宽度）是很重要的.对负荷大的轧机，应采用高强度的球墨芯部材质 避免低强度的片状石墨材质。1.2 挤压裂纹和带状疲劳剥落（猫舌状剥落）1.2.1 描述在初级阶段，在局部挤压过大的区域，在轧辊表面会形成一条或几条裂纹，这样的裂纹往 往会在平行于辊轴的方向形成，然后逐渐沿径向传播；在下一个阶段，疲劳会逐渐向圆周 方向漫延，呈现出平行于辊身表面的猫舌状断裂带。断裂面的漫延方向同轧辊旋转方向相 反。这种断裂首先是在工作层中产生的，进而逐渐往辊身方向变深变宽，最终导致辊身大 面积的剥落。s1.2.2 起源 过大的局部超负荷超过轧辊外层的抗剪切强度时则会引发裂纹。在持续的轧制过程中疲劳 则会继续引发裂纹
9、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，常常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。对持 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。用户责任。1.2.3 预防措施 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，如服役期的长短的控制，修磨时能否完全去除裂 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。用户可通过良好的轧辊检测纪律及正常的轧机运行避免此类失效的发生。1.
10、3 表皮/芯部结合层处脱落1.3.1 描述大区域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 沿，最终导致工作层局部剥落。1.3.2 起源 此类轧辊的要求之一是达到表皮材质同芯部材质完全的冶金结合。表皮同芯部的分离是由 于以下结合层强度的减弱所造成的，其主要原因是：表层和芯部间残留的氧化层 结合层中残留的玻璃渣和杂质。结合层中过多的碳化物，气孔，片状石墨或非金属残留物如硫化物等。 其它造成表面同芯部脱落的因素有：由于轧制事故，可能造成局部负荷过载，引发外部与芯部材质的脱落，进而这一分隔面沿 着结合层逐步扩展，直到达到临界尺寸，瞬间产生二次脱落。这种损坏形式在结合层没
11、有 任何缺陷的情况下也可发生。由于不正常的过热现象（冷却系统问题，粘钢等）结合层径向张力过大，也会导致结合层 剥落。一般情况下，如果结合层有可以看出的缺陷，就是轧辊铸造质量问题。1.3.3 预防措施 超声波检测可检测和量化表皮与芯部结合程度，并可预测轧辊在使用过程中此结合层脱落 的传播面。具有破坏性后果的剥落，一般通过轧辊使用前的超声波检测是可以避免的。这 样的轧辊，其结合层局部分离尺寸已接近危险尺寸的，不能上机使用。外层/芯部结合层1.4 工作层厚度不够1.4.1 描述表皮同芯部完全结合，但是工作层厚度不够 ，轧辊无法使用到报废直径。芯部材质具有更 多石墨，合金量较少，所以比外层金属软许多，
12、颜色呈灰色。由于结合层往往是沿着外层 金属的凝固线所形成的，因此在辊身表面所呈现的此类缺陷是不连续，不规则的。1.4.2 起源 离心层厚度取决于离心浇铸过程中的许多参数，如：离心层的浇铸铁水量，浇铸温度和停 滞时间。当其中一个参数没能达到设计要求值时，离心层厚度就达不到要求。轧辊制造质量问题1.4.3 预防措施 采用可达到要求厚度的浇铸参数。1.5 辊肩脱落1.5.1 描述工作辊表面或表层裂纹引起的脱落，发生在园周向距辊肩大约100300 mm处。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。1.5.2 起源 辊肩
13、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，板型不好，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。随着裂纹的进一步延展，扩至辊身非工作面，造成剥落。1.5.3 预防措施 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。 注意工作辊支承辊的之间的配合和轮廓的设计。第二章 热裂纹2.1 带状热裂纹2.1.1 描述 相当于带钢宽度的部位，与工作辊接触的弧面。这些裂纹往往看上去是镶嵌式的，但
14、裂纹 的间隙往往宽于传统热裂纹的宽度。2.1.2 起源 在轧机发生机械事故时，带钢粘在工作辊的表面时间可能会很长。在接触部位的辊身表面 温度可能会急剧增加，进而使整个轧辊温度增加，所导致的热应力在有些情况下会超载辊 子自身材料的热态屈服强度。当带钢与辊身脱离时，在轧辊起吊过程中，辊面得到冷却， 有些表面则会产生收缩，从而引发表面裂纹。产生热裂纹的严重程度取决于粘钢接触过程 的长短和冷却速度。2.1.3 预防措施 防止轧机事故坯料粘结。在轧机发生事故时，应快速打开轧辊间隔，关掉冷却水，去掉辊 身上卷曲的带钢。为避免对轧辊的损坏，应立即启动轧辊旋转装置，等辊身温度均衡时， 打开冷却水使辊身的温度进
15、一步均匀化。对末架轧辊换辊是一必然措施。辊身必须重新修 磨，以避免任何裂纹的存在。（采用无损探伤，以避免内部缺陷）2.2 梯状热裂纹2.2.1 描述 这种裂纹呈现出沿园周向的宽带，裂纹的朝向是轴向的，然而却是向径向扩延的。2.2.2 起源 这种裂纹的起源可能是由于冷却水的不足所导致的，比如说冷却水喷嘴被堵。由于裂纹的 产生，辊身的温度也就会越高，这种裂纹往往比热裂纹深。用户责任2.2.3 预防措施 保证冷却系统的正常运行，充分保证冷却水的量及水压。定期检查喷嘴的位置及功能。2.3 局部热裂纹2.3.1 描述 辊身局部出现热裂，有时有局部掉肉。2.3.2 起源 这种失效的原因在这些局部可能是由于机械和热应力的双重作用超过了辊子自身的材质的 抗屈服强度所导致的，并且在进一步冷却中还会进一步扩展。轧机事故，比如说由于划伤 粘钢，带钢边缘划伤及尾部的卷边所导致的划伤是造成这一失败的主要原因。热裂纹和挤 压裂纹的双重结合会使这种现象非常危险。因为这一失效会导致带状疲劳剥落或甚至引发 即刻剥落。用户责任2.3.3 预防措施 改善轧制条件以避免这类轧机事故发生。当出现轧机事故时，应立即把轧辊撤下轧机，并 进行进一步的观察及修磨。3.1 冲击超载造成轴承部位断裂3.1 描述 这种失效往往起源于紧邻辊端底部的圆弧部位。由于裂纹的扩展，导致辊颈截面断裂
