淺談精軋工作輥失效形式及預(yù)防措施

1、淺談精軋工作輥失效形式及預(yù)防措施（鄭強(qiáng)）檢修中心軋鋼維護(hù)部摘要：通過對軋輥在生產(chǎn)中發(fā)生的各種失效形式進(jìn)行分析，并作出相應(yīng)的預(yù)防措施。關(guān)鍵詞：裂紋；剝落；斷裂前言軋輥是熱軋廠生產(chǎn)中最大的消耗性、關(guān)鍵性備件，不僅其消耗量大、價(jià)格昂貴，而且其性能和使用情況的好壞，直接影響生產(chǎn)的作業(yè)率和成本、產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量、輥耗等。軋輥消耗量是軋鋼生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之一，是考核軋鋼生產(chǎn)的主要內(nèi)容。因此，提高軋輥使用壽命，是軋鋼生產(chǎn)提高生產(chǎn)效率、實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)節(jié)約、降低消耗的有力措施。使用中的軋輥，由于和軋件直接接觸引起的接觸應(yīng)力、熱應(yīng)力、剪切應(yīng)力、殘余應(yīng)力和軋輥本身的制造缺陷等原因，常常在正常使用周期內(nèi)被迫提前下機(jī)，甚至非

2、正常報(bào)廢，這就需要我們通過各種失效形式做出相應(yīng)的分析，并加以預(yù)防和解決。1.裂紋裂紋是軋輥使用中最常見的一種失效形式，又分正常裂紋和非正常裂紋兩種。1.1正常裂紋正常裂紋又叫熱裂紋，熱裂紋屬正常軋制下產(chǎn)生的裂紋，初期呈很細(xì)的網(wǎng)狀均勻分布在軋輥的整個(gè)輥身上，深度較淺。熱裂紋是由于多次溫度循環(huán)產(chǎn)生的熱應(yīng)力所造成的逐漸破裂，是發(fā)生于軋輥輥身上的一種微表面層現(xiàn)象。此種裂紋是軋制過程中軋輥受接觸應(yīng)力、熱應(yīng)力、剪切應(yīng)力、殘余應(yīng)力影響，當(dāng)應(yīng)力超過材料的疲勞極限時(shí)，軋輥表面產(chǎn)生嚴(yán)重應(yīng)變，逐漸導(dǎo)致熱疲勞裂紋的產(chǎn)生。 預(yù)防措施：1、合理控制冷卻水量和冷卻水的分布；2、合理分配各機(jī)架軋制負(fù)荷；3、合理控制換輥周期；

3、4、合理控制磨削量；1.2非正常裂紋軋制中發(fā)生的打滑、粘鋼、卡鋼、堆鋼、甩尾、甚至斷水軋制等軋制事故，這些軋制事故會(huì)造成軋輥局部溫度升高而產(chǎn)生熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，當(dāng)軋輥應(yīng)力值超過材料強(qiáng)度極限時(shí)便產(chǎn)生熱沖擊裂紋，形成軋輥輥身表面一條母線上或局部深度和開口度較大的裂紋。通過修磨，軋輥表面裂紋消除后可以繼續(xù)使用，但其使用壽命明顯降低，并在以后的使用中易出現(xiàn)剝落事故。預(yù)防措施：1、軋制條件應(yīng)滿足軋輥的使用技術(shù)要求；2、合理分配各機(jī)架軋制負(fù)荷；3、提高軋制操作技能，盡量減少打滑、粘鋼、卡鋼、堆鋼、甩尾、甚至斷水軋制等軋制事故的發(fā)生；4、軋線必須及時(shí)把事故原因的信息傳遞到磨輥間，以便于磨輥間針對事故原因制定

4、有效的對事故軋輥進(jìn)行嚴(yán)格的超聲波、渦流探傷及磨削處理；2.剝落剝落是軋輥使用中比較嚴(yán)重的一種失效形式，是由于軋輥表面裂紋的擴(kuò)展或軋輥本身內(nèi)部缺陷造成的。軋制使用過程中，工作輥表面周期性的加熱和冷卻導(dǎo)致了變化的溫度場，從而產(chǎn)生顯著的周期應(yīng)力。輥面表層受熱疲勞應(yīng)力的作用，當(dāng)熱應(yīng)力超過材料的疲勞極限時(shí)，軋輥表面便產(chǎn)生細(xì)小的網(wǎng)狀熱裂紋，在工作應(yīng)力、殘余應(yīng)力和冷卻引起的氧化等作用下，裂紋尖端的應(yīng)力急劇增加并超過材料的允許應(yīng)力而朝軋輥內(nèi)部擴(kuò)展。當(dāng)裂紋發(fā)展成與輥面成一定的角度甚至向與輥面平行的方向擴(kuò)展，即造成剝落。2.1小面積剝落軋制過程中卡鋼等軋制事故會(huì)使軋輥輥身產(chǎn)生于次表層的網(wǎng)狀或蜂窩狀的裂紋沿徑向擴(kuò)展

5、進(jìn)入硬化層并向多方向分枝擴(kuò)展，該裂紋在逆向軋制條件下不斷擴(kuò)展、連通，即造成小面積剝落。預(yù)防措施：1、控制裂紋的產(chǎn)生；2、一旦發(fā)生各種軋制事故，應(yīng)立即停車，將事故軋輥換下；3、檢測時(shí)一旦發(fā)現(xiàn)具有此特性的發(fā)展過程中的裂紋軋輥，應(yīng)立即停止使用；4、缺陷擴(kuò)展輥停止使用，缺陷不擴(kuò)展輥跟蹤使用；2.2大面積剝落  軋制中發(fā)生的打滑、粘鋼、卡鋼、堆鋼、甩尾、甚至斷水軋制等軋制事故的事故輥和更換下來的軋輥尤其是前機(jī)架軋輥，多數(shù)輥面上存在裂紋，由于磨削時(shí)不徹底而殘留的表面裂紋，若繼續(xù)使用在工作應(yīng)力、殘余應(yīng)力、冷卻引起的氧化、周期性疲勞應(yīng)力作用下，這些裂紋將成為疲勞核心。裂紋沿一定的角度向輥身

6、內(nèi)部發(fā)展，當(dāng)發(fā)展至某工作層的某一深度或結(jié)合層時(shí)，沿周向與平行于輥面弧線的方向快速延伸，形成一定寬度和長度的平坦?fàn)罘謱?，?yán)重時(shí)纏繞輥身幾圈，當(dāng)強(qiáng)度不足以承受較大的軋制力時(shí)，大面積瞬間脆性破裂即造成大面積剝落。預(yù)防措施：1、控制裂紋的產(chǎn)生； 2、杜絕將有缺陷的軋輥上線使用；3、檢測時(shí)發(fā)現(xiàn)某一軋輥具有此特性的裂紋，應(yīng)立即將該軋輥報(bào)廢；4、有效地對下機(jī)的各類軋輥進(jìn)行檢測管理，將損傷的可以修復(fù)的軋輥進(jìn)行有效的修磨并消除缺陷；3.斷輥 斷輥是由多種因素造成的，主要發(fā)生在輥身、輥頸、輥脖與輥頸交界處、傳動(dòng)側(cè)扁方等部位。因軋制鋼種、品種與生產(chǎn)工藝條件的差異，各斷裂部位所占比例不同。斷輥可以是一次性的

7、瞬斷，也可以是由于疲勞裂紋發(fā)展而致。 3.1外在原因引起的斷輥主要是疲勞裂紋擴(kuò)展、板坯來料厚度與理論厚度相差太大、軋制壓力增加以及熱應(yīng)力的疊加引起的斷輥。    脆性斷裂總是以軋輥內(nèi)部存在的裂紋作為裂紋源。如果軋輥內(nèi)部存在大量裂紋，在軋制過程中，裂紋尖端產(chǎn)生應(yīng)力集中而快速擴(kuò)展連接，形成一個(gè)較大的裂紋，這種裂紋在交變應(yīng)力作用下，由內(nèi)向外逐漸擴(kuò)大，當(dāng)裂紋大到一定程度時(shí)就發(fā)生疲勞斷裂。預(yù)防措施：1、有效控制裂紋的產(chǎn)生；2、嚴(yán)格控制板坯來料厚度；3、杜絕軋制低溫鋼，以免造成軋制壓力增加，使軋輥處于疲勞狀態(tài)；4、嚴(yán)格工藝制度，控制軋制節(jié)奏，加強(qiáng)對軋輥冷卻水量、水壓

8、、水溫、水質(zhì)、冷卻方式、軋出量及潤滑條件的控制等；5、通過軸承維護(hù)，保證軸承正常使用；3.2內(nèi)在原因引起的斷輥主要是表面加工殘余應(yīng)力過大、夾雜、塑性差引起的斷輥。軋輥組織缺陷會(huì)導(dǎo)致軋輥斷裂，軋輥芯部組織不正常導(dǎo)致機(jī)械性能顯著下降。這種軋輥使用時(shí)，由于芯部組織不正常，在熱應(yīng)力的作用下，較薄弱處先被拉裂，然后裂紋迅速擴(kuò)展，也會(huì)導(dǎo)致軋輥斷裂。     軋輥鑄造缺陷是軋輥輥頸斷裂的另一個(gè)原因。如果輥頸截面存在鑄造缺陷組織：較多大面積粗條狀、網(wǎng)狀滲碳體，心部疏松孔洞區(qū)等，都會(huì)使材料內(nèi)應(yīng)力增大，力學(xué)性能下降。因此在輥身發(fā)生碰撞時(shí)，在外加震動(dòng)應(yīng)力與內(nèi)應(yīng)力的交互作用下，

9、以脆性相和一些缺陷為核心，萌生出裂紋。由于材料較脆，裂紋便立即擴(kuò)展產(chǎn)生瞬間斷裂。     除上述原因外，造成軋輥斷裂的因素還有很多：簡單的機(jī)械性過載；設(shè)計(jì)和加工不當(dāng)，對于截面尺寸發(fā)生變化的部位，未設(shè)計(jì)足夠的圓角或精密加工，致使應(yīng)力集中；輥面和輥頸硬度相差過大；輥頸的直徑過小，強(qiáng)度不夠等都有可能導(dǎo)致軋輥斷裂。預(yù)防措施：1、加強(qiáng)新輥檢測，避免缺陷軋輥進(jìn)廠使用；2、提高軋輥的顯微組織及硬度均勻性；3、保證適當(dāng)?shù)拇阃感裕?、提高軋輥的剪切強(qiáng)度和塑性，降低軋輥殘余應(yīng)力。 5、取決于軋輥廠家的鑄造水平4.結(jié)束語 由于軋輥生產(chǎn)廠家的制造水平不同、材質(zhì)不同、軋輥在機(jī)使用狀態(tài)不同，所產(chǎn)生的失效形式也不盡相同。但所產(chǎn)生的失效原因不外乎制造、使用、以及兩方面的綜合因素造成的結(jié)果。只要了解軋輥的失效原因，針對軋機(jī)系統(tǒng)、失效形式、采取相應(yīng)的措施，軋輥失效是可以得到有效控制的，可以最大限度降低輥耗，從而提高軋輥的使用壽命。為了降低軋輥的事故率，提高軋鋼生產(chǎn)效率，應(yīng)該做到以下幾點(diǎn)：1、嚴(yán)把入廠新輥質(zhì)量關(guān)；2、正確掌握無損檢測技術(shù)，提高無損檢測手段多樣化，配備性能