熱軋軋輥剝落或斷裂的原因及預防方法探究

尹國強 甄景燕

摘 要：軋輥在熱軋生產過程中起著至關重要的作用，軋輥的異常會造成帶鋼的報廢和生產的停頓等嚴重后果。為了預防由于軋輥的剝落或斷裂造成巨大經濟損失，文章對熱軋軋輥剝落和斷裂的特征進行闡述，對產生異常的原因進行系統(tǒng)分析，提出了預防軋輥的剝落和斷裂的措施。

關鍵詞：軋輥剝落;軋輥斷裂;擠壓裂紋剝落;帶狀疲勞剝落;結合層處脫落

中圖分類號：TG331 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）14-0067-02

0 前言

在熱軋軋制過程中，熱軋軋輥的剝落斷裂會導致軋輥或者軋機的損壞，甚至導致生產中斷，帶來巨大的經濟損失。往往軋輥的一些異常狀況，要經過一段時間的使用才能發(fā)現(xiàn)，所以了解造成軋輥異常的原因，是有效控制軋輥產生異常的重要手段。事故后，對軋輥正確處理也是非常重要的。將損傷的軋輥適當修磨消除缺陷是最安全的辦法，同時有許多技巧處理事故后的軋輥。因此，充分研究軋輥的剝落斷裂原因及預防措施是非常必要的。

1 軋輥剝落

軋輥的剝落主要分為四種：表皮/芯部結合層處脫落、外層/芯部結合層厚度不夠、擠壓裂紋和帶狀疲勞剝落、輥肩脫落。

1.1 表皮/芯部結合層處脫落

1.1.1 特征描述

大區(qū)域表層金屬由于結合層不良與芯部材質脫落，隨后脫落層沿著這一弱結合面進一步擴展，最終導致工作層局部剝落。

1.1.2 起因

引起這種脫落的主要是由于表層和芯部間殘留的氧化層;結合層中殘留的玻璃渣和雜質;結合層中過多的碳化物，氣孔，片狀石墨或非金屬殘留物等結合層強度減弱造成了表皮同芯部的分離，這就要求軋輥要求表層材質同芯部材質完全的冶金結合。

1.1.3 預防措施

軋輥在使用前，要進行超聲波檢測，檢測量化表皮與芯部結合程度，剝落的嚴重程度，結合層局部分離尺寸，從這些指標來決定是否上線使用此軋輥，避免帶來不必要的損失。

1.2 外層/芯部結合層-工作層厚度不夠

1.2.1 特征描述

上面所述的是表皮同芯部脫落，而這種情況的特征是表皮同芯部完全結合，但是工作層厚度不夠。在輥身表面呈現(xiàn)出不連續(xù)，不規(guī)則的缺陷。

1.2.2 起因

澆鑄過程中的離心層的澆鑄鐵水量，澆鑄溫度和停滯時間等參數決定了離心層厚度。當其中的一個或部分參數值不在所要求的范圍內，就會使離心層厚度達不到要求。

1.2.3 預防措施

既然引起這種異常的原因是由于澆鑄參數沒達到要求，那么預防這種異常就要求決定離心層厚度的這些參數滿足要求。

1.3 擠壓裂紋和帶狀疲勞剝落（貓舌狀剝落）

1.3.1 特征描述

初始階段，在局部擠壓過大的區(qū)域，在軋輥表面會形成平行于輥軸方向且沿徑向傳播的若干條裂紋;在下一個階段，疲勞會逐漸向與軋輥的旋轉方向相反的圓周方向漫延，呈現(xiàn)出平行于輥身表面的貓舌狀斷裂帶。這種斷裂的形成過程是首先產生在工作層，之后向輥身方向加深變寬，進而引起輥身大面積的剝落。

1.3.2 起因

產生擠壓裂紋和帶狀疲勞剝落，主要是由于局部擠壓過大，且超過軋輥外層的抗剪切強度，再加上持續(xù)軋制，甚至引起輥身大面積的剝落。由于軋輥長時間使用，就會在磨損的表面產生超負荷;持續(xù)使用彎輥技術;輥端倒角輪廓不合理;軋機事故;軋制外來物，都有可能是產生這種裂紋的原因。

1.3.3 預防措施

控制軋輥的持續(xù)使用的時間的長短;每次服役后檢查缺陷，去除裂紋，尤其是軋機發(fā)生嚴重事故后，更應該對其進行裂紋檢測;控制正確的軋輥凸度等一系列的方式來控制此種裂紋的產生。

1.4 輥肩脫落

1.4.1 特征描述

在圓周向距輥肩大約100～300mm處，向輥肩非工作面延伸，發(fā)生工作層表面裂紋引起的脫落。嚴重的情況脫落范圍可延伸到輥身輥徑過渡圓弧處，深度達到一定程度時，引起大面積剝落，造成嚴重的后果。

1.4.2 起因

造成這種脫落的原因主要是軋輥局部過載，造成局部剪切應力超過工作輥輥身自身材質抗剪切強度引起的，而軋輥局部過載主要是由于輥肩壓力過大，工作輥正彎曲引發(fā)的負荷，支承輥的倒角設計不當，版型不好，帶鋼邊緣過厚或不適當的工藝設置等等造成的。

1.4.3 預防措施

支承輥的倒角設計恰當，避免輥肩壓力過大，避免帶鋼邊緣過厚或不適當的工藝設置，支承輥的輥身保持完好，很好地控制彎輥，工作輥和支撐輥之間的配合和輪廓的完美設計，這幾個方面都可以避免產生輥肩脫落。

2 事故斷輥

斷輥主要有五種原因引起：傳動端扭矩引起輥徑折斷、彎矩引起的軸承部位斷裂、軸承磨損及燒死引發(fā)的輥徑折斷、熱（應力）折斷、沖擊載荷造成軸承部位斷裂。

2.1 傳動端扭矩引起輥徑折斷

2.1.1 特征描述

斷面發(fā)生在在傳動端強度最低的截面，在輥子密封圈安放處，同輥軸不垂直，向輥徑芯部和軋輥圓弧頂部擴展，形狀像鉆頭一樣。不恰當的初始軋輥間隙;軋機由于粘鋼引起的停轉;軋輥與傳動軸安裝問題都會引起過載。

2.1.2 起因

引起這種折斷的主要原因是加在傳動端輥徑部位的扭矩超過輥徑材質最大的承受能力，負荷超過了正常軋制水平，扭矩就大于軋輥材質最大的抗扭矩能力。而且密封圈安放處槽底、徑向鉆孔等半徑尺寸過小所引起的應力集中及切口效應，也會引起輥徑強度的降低，從而造成斷輥現(xiàn)象。

2.1.3 預防措施

避免密封圈安放處槽底、徑向鉆孔等半徑尺寸過小，避免傳動端輥徑部位的扭矩超過輥徑材質最大的承受能力，確保轉動及聯(lián)接系統(tǒng)的尺寸精度，平穩(wěn)地軋制生產等可以達到預防此類折斷的發(fā)生。

2.2 彎矩引起的軸承部位斷裂

2.2.1 特征描述

斷裂面從軸承部位外部開始延伸到整個截面，常見的裂紋是從圓弧部開始，向外擴展的。

2.2.2 起因

這種斷裂主要是由于疲勞或彎矩負荷超過了軋輥軸承部位彎矩負荷極限而產生的。高軋制力和過低軋輥強度;軋輥輥身輥徑部過渡圓弧太小，圓弧表面及刀痕及腐蝕引起的疲勞裂紋等產生的切口效應;軋制事故引發(fā)的高彎矩負荷;軋輥在軸承部位有質量缺陷等都可以造成斷裂。

2.2.3 預防措施

主要預防措施是避免超過抗疲勞極限，避免彎矩負荷超過了軋輥軸承部位彎矩負荷極限。避免軋輥輥身輥徑部過渡圓弧太小;減少刀痕及腐蝕所引起的切口效應，檢查軋輥在軸承部位是否有質量缺陷，避免引發(fā)高彎矩負荷等措施都能有效的避免彎矩引起的軸承部位斷裂。

2.3 軸承磨損及燒死引起輥徑折斷

2.3.1 特征描述

在輥徑安放軸承處有時存在有壓痕或深度磨痕，痕跡有沿軸向或沿圓周方向兩種。有時軋制中的小塊氧化皮或各種其它雜質被壓入輥子表面。安放軸承處部位有時由于氧化、腐蝕也會產生破損。在軸承部位轉動磨痕和熱裂紋是顯而易見的，而極端情況下的熱應力損壞也會在輥徑處發(fā)生。裂紋會從加油孔向外擴展。

2.3.2 起因

軸承與輥徑間隙中侵入了冷卻水、氧化皮等其它雜質;密封環(huán)已損壞;軋輥修磨過程中，隱藏在軸承與輥徑之間小金屬碎片劃傷軋輥表面;軸承和輥徑間安裝間隙不合適;潤滑油的粘度過低;安放軸承處部位由于氧化、腐蝕也會產生破損;潤滑孔堵塞;磨擦負荷增加，在軸承部位產生轉動磨痕和熱裂紋，嚴重的軸承抱死，造成輥徑折斷。

2.3.3 預防措施

正確安裝密封環(huán)并確保它的功能，防止冷卻水、氧化皮等雜質進入軸承內圈和輥頸間隙;保證潤滑油的粘度和量充足。修磨過程中，檢查隱藏在軸承與輥徑之間小金屬碎片，及時清除，等方法可以有效地控制這種折斷的發(fā)生。

2.4 熱（應力）折斷

2.4.1 特征描述

軋輥斷裂，斷面顯示從芯部或中心附近發(fā)出的徑向放射狀斷裂紋。斷面垂直于軋輥中心，斷面通常位于輥身中部或近于中部。

2.4.2 起因

這種熱斷主要是輥身表面和芯部的最大溫度差引起的。軋輥的冷卻不好或者異常，過鋼量過大等會導致輥身表面溫度過高，從而輥身表面和芯部的溫度差過大，引起較大的熱應力，疊加在輥身原有的內應力上，當芯部軸向應力超過芯部材質的最大強度，就會發(fā)生這種熱應力折斷。

2.4.3 預防措施

為了避免熱應力折斷，就是要避免產生過大的輥身表面和芯部的溫度差。要保證軋輥冷卻正常，過鋼量控制到合理的范圍內，尤其是在軋制初期更要嚴格控制。上線前控制和檢查軋輥溫度，軋制前對工作輥進行預熱，軋輥芯部使用高強度材質，對軋輥溫度進行實時監(jiān)控等方法都可以減少這種由于輥身表面和芯部的溫度差過大引起的熱斷。

2.5 沖擊載荷造成軸承部位斷裂

2.5.1 特征描述

裂紋從緊鄰輥端底部的圓弧部位開始，沿著整個截面發(fā)展，最后延伸到輥身側面，形成輥徑截面斷裂。

2.5.2 起因

這種斷裂的原因可能是由于軋輥在運輸、吊裝過程中和使用過程中不當引起的，軋輥在使用過程中，最大的負荷超過了軋輥芯部材料所能承受的最大抗彎曲負荷，從而在負荷應力為最大的截面引起截面斷裂。

2.5.3 預防措施

為了預防產生這種斷裂，就要求軋輥在運輸、吊裝過程中和使用過程中注意操作，軋輥吊運過程要做到輕拿輕放，換輥過程中嚴格按照操作規(guī)程，使用過程中，最大負荷避免超過了軋輥芯部材料所能承受的最大抗彎曲負荷。

3 結語

隨著鋼鐵企業(yè)競爭日益激烈，企業(yè)要生存和發(fā)展，就需要降低成本，提高生產率，同時還要提高產品質量。軋輥作為軋機生產線的重要設備，如果發(fā)生軋輥剝落和斷裂現(xiàn)象，將使產量降低，影響產品質量，增加能耗，增加總成本，因此研究軋輥剝落和斷裂的原因及其預防措施，對提高熱軋廠的經濟效益具有至關重要的作用。

參考文獻

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