冷軋軋輥爆裂原因分析與改進

雷武軍

（四川省龍威金屬制品有限公司，四川 成都 610100）

龍威公司冷軋廠采用單機架、可逆、六輥軋機的軋制工藝，生產(chǎn)過程中因為軋輥表面脫落原因造成生產(chǎn)線異常停機的情況時有發(fā)生。異常停機事故不僅增加了生產(chǎn)制造成本，也影響和打亂了正常的生產(chǎn)節(jié)奏，造成工序產(chǎn)能不能平衡和影響客戶的交貨。為了解決軋輥表面剝落的問題，龍威公司通過對軋輥的受力分析，結(jié)合工廠的現(xiàn)場工藝工況、實際作業(yè)環(huán)境等進行分析研究，找出了軋輥爆輥的原因，提出了有效的預防措施，取得了較好效果。

1 軋輥爆輥現(xiàn)象

圖1 軋輥局部爆裂現(xiàn)象

圖2 軋輥表面出現(xiàn)的裂痕

圖3 軋輥表面脫落程度

圖4 軋輥深度爆破后結(jié)構(gòu)

軋輥在生產(chǎn)運轉(zhuǎn)中、在換輥過程中、在換后置放過程中出現(xiàn)局部深度爆裂、表面大面積脫落以及不同程度的裂紋，如圖1～圖4。

（1）生產(chǎn)過程中出現(xiàn)爆輥。軋鋼車間在正常生產(chǎn)過程中，出現(xiàn)伴隨劇烈異響的斷帶事故，該事故出現(xiàn)時沒有明顯的規(guī)律可循，在生產(chǎn)不同的材料時、不同的厚度規(guī)格時，在不同的道次、不同的軋制階段出現(xiàn)無規(guī)律的突然停機事故，事故現(xiàn)場可見軋輥輥身嚴重開裂、局部表面脫落等現(xiàn)象。其中，中間輥爆和表面脫落現(xiàn)象尤為明顯，因為中間輥輥身大面積剝落，不僅造成中間輥直接報廢，同時事故還造成工作輥不同程度的損傷，造成在線軋制的產(chǎn)品被分切、分卷，產(chǎn)生大量的丟料損失。

（2）軋輥被換輥下機后爆輥。按照冷軋廠軋制工藝和換輥制度要求，軋輥軋制到一定數(shù)量（包括卷數(shù)、公里數(shù)、道次、噸位）后需下機進行維修和磨削，以便配對、拆裝后再備使用。有時軋輥在換輥過程中，或是剛換下的軋輥會發(fā)生輥身爆裂，可聽到或輕、或重的爆響聲音并開裂、剝落，嚴重時輥身碎片爆飛可達數(shù)米之遠，不僅造成軋輥直接報廢，同時存在飛片傷人的安全隱患。

2 軋輥爆輥原因分析

（1）受力情況分析。冷軋機組的軋輥在軋制過程中主要承受的應力有彎曲應力、疲勞應力及熱沖擊疲勞應力等。①彎曲應力?？赡媸搅丠C軋機軋制時，正彎輥力：最大300KN，負彎輥力：最大200KN，最大軋制力10MN，軋制速度為0m/s～10m/s，抽輥距離為200mm。由于工作輥、中間輥以及支撐輥緊緊壓靠在一起，軋制壓力沿軋件均勻分布，軋輥所受軋制力均勻分布，在安全軋制負荷內(nèi)不是造成軋輥剝落的主要原因。但是，如果中間輥抽輥量過大，或時帶負荷過大抽輥時，中間輥頭與工作輥及支撐輥接觸區(qū)會產(chǎn)生局部彎曲應力集中，同時乳化液的邊緣效應也會在此區(qū)域出現(xiàn)金屬渣、雜粉類的堆積，形成應力集中加劇，導致局部產(chǎn)生裂紋，隨著軋鋼量的增加，造成軋輥裂紋和表面爆裂，其裂紋擴展多發(fā)生在支撐輥輥肩脫落、中間輥輥頭爆裂和脫落。②疲勞應力。軋輥在軋制過程中，每轉(zhuǎn)一周，在應力高度集中的輥身中部受到拉應力和壓應力作用，它們不斷的反復循環(huán)變化，輥身應力集中的地方就產(chǎn)生較大的疲勞應力。經(jīng)過一定的循環(huán)之后，在夾雜物的尖角處產(chǎn)生裂紋，并沿夾雜物和應力的方向擴展，可導致軋輥表層剝落，是造成冷軋爆裂的影響因素。③熱沖擊疲勞應力。在軋制過程中，軋輥變形區(qū)和冷卻區(qū)不斷交替變化，即軋輥在承受不斷進行加熱和冷卻，在這種作業(yè)環(huán)境下，軋輥在冷卻區(qū)和變形受熱區(qū)受到長時間的交替熱應力，容易在軋輥表層出現(xiàn)初始微裂紋，這種微裂紋會不斷加劇，是造成軋輥表面剝落的因素。

（2）實際工藝工況情況。①冷卻不足。事故軋輥的溫度高，且溫度不均勻，局部達到300℃，檢查發(fā)現(xiàn)軋機的乳化液噴嘴均噴射流量、噴射壓力不均勻，不少噴嘴存在不同程度的堵塞現(xiàn)象。因為軋機乳化液對軋輥的冷軋不均勻、不充分，會造成軋制時軋材變形的熱量無法完全釋放，使軋輥溫度升高，產(chǎn)生軸向的開口裂紋。另外，軋機乳化液的溫度過低、濃度過低，以及乳化液的清潔度不達標也是軋輥產(chǎn)生裂紋的影響因素。②工藝性打滑。在軋輥發(fā)生爆輥事故時，軋機偶爾出現(xiàn)工藝性打滑現(xiàn)象。由于軋制工藝的不合理，前后張力的失調(diào)，造成工作輥面與軋材之間產(chǎn)生滑動現(xiàn)象。工藝打滑造成的劇烈震動和摩擦熱會傳遞到工作輥和中間輥，使得輥面溫度快速增加，從而造成輥面裂紋的產(chǎn)生。

（3）實際生產(chǎn)情況。生產(chǎn)事故引起的軋輥受損。軋輥爆裂時90%伴隨軋制斷帶事故，雖然不能準確地判斷產(chǎn)品斷帶和軋輥爆輥的前后關(guān)系，但軋制時軋件的斷帶事故一定會造成軋輥受傷。斷帶時軋輥溫度劇變，產(chǎn)生裂紋在所難免，且深度較深，具有局部性，深度和開口度較大；斷帶時會發(fā)生人口堆鋼、疊軋，由于軋輥高速運轉(zhuǎn)的慣性，瞬間的沖擊力和能力聚集足以使軋輥受到嚴重的破壞。斷帶并發(fā)生粘鋼時，對工作輥和中間輥的影響是致命的。粘鋼造成軋輥輥面形成壓痕，會直接傳遞到所有輥面，如未能及時發(fā)現(xiàn)和全面更換工作輥、中間輥、支撐輥，經(jīng)過一定的軋制循環(huán)后，壓痕會在各個軋輥間不斷轉(zhuǎn)移、復印，而壓痕處形成輕微裂紋也會擴展、加劇，最后造成軋輥輥身工作層掉肉、殘層剝落。

（4）軋輥問題。①硬度超標。軋輥工作表面的硬度是軋輥的主要質(zhì)量指標，硬度指標雖然決定軋輥的使用壽命，但如果軋輥自身硬度不能和工作輥、中間輥、支撐輥的指標配合仍然會造成軋輥受傷。龍威公司軋機軋輥硬度匹配為：工作硬度90～95HSD，中間輻硬度75～80HSD，支撐硬度60～65HSD，新輥在輥徑配對、硬度配對后，使用過程中軋輥局部出現(xiàn)硬度值的變化會造成軋輥自身局部裂紋和剝落，同時該軋輥也會對相鄰軋輥的局部爆裂產(chǎn)生誘因。②軋輥的維修磨削。軋輥下線后，其軋輥輥面疲勞層、表面裂紋層由于磨削不徹底會形成缺陷殘留，當有缺陷的軋輥再次上機使用時，在周期性疲勞應力作用下，微裂紋會快速顯現(xiàn)并不斷擴展，直到一定的臨界深度或過渡層中，為軋輥表面剝落埋下隱患。

3 避免軋輥爆裂的改進措施

3.1 保證軋輥的磨削工藝和維修制度。

建立嚴格的軋輥使用周期、軋輥維修磨削等制度保障。根據(jù)軋輥材質(zhì)及性能特點，結(jié)合生產(chǎn)實際情況和工藝情況建立合理的軋輥維護制度，保障軋輥上線使用的工藝要求。一般情況下，工作輥、中間輥、支撐輥可參照（表1）維護。

表1 軋輥磨削工藝維護

為了避免軋輥對自身缺陷清理不徹底，帶病上機，對于受傷的軋輥的維修磨削量可適度提高到0.40mm～0.55mm，并且加強磨削后的探傷檢查，保證軋輥消除內(nèi)應力、徹底清除微裂紋。

3.2 嚴格對軋輥進行配對使用

支撐輥的配對要保證使用周期和表面質(zhì)量，包括對支撐輥軸承的配對使用，保證支撐輥的穩(wěn)定運行。工作輥和中間輥自身的匹配、工作輥和中間軋輥之間的匹配尤為重要，軋輥配對一定要滿足軋輥直徑、軋輥輥面硬度、軋輥使用周期等指標，特別是受傷軋輥、初期軋輥、尾期軋輥的配對使用。

3.3 保證乳化液工藝運行

兼顧軋機乳化液的冷卻功能和潤滑功能，由于環(huán)保要求，全周期、免排放的乳化液制度逐漸推廣，乳化液的使用周期被大大加長，要保證乳化液的清潔度，實時監(jiān)測乳化液的濃度、清潔度等理化指標。確保乳化液對軋機、軋輥的清潔、潤滑、冷軋等作用的實現(xiàn)，避免軋機AGC液壓油、油氣潤滑油、檢修用油對乳化液的污染。

3.4 落實換輥制度

根據(jù)軋制產(chǎn)品的材質(zhì)、厚度不同，實施的軋制工藝不同，制定對應的換輥制度，一般情況下參照（表2）執(zhí)行。

表2 軋制產(chǎn)品落實工作制度

3.5 堅持軋輥預熱制度

換輥后，保證軋輥預熱時間、預熱溫度、預熱壓力。軋制前給予充足的熱輥時間，一般為30MIN～40MIN，保證一定的熱輥壓力，一般為4MN～5MN，滿足一定的熱輥溫度，乳化液的溫度要求一般為：夏季，45℃～50℃；冬季，50℃～55℃。

3.6 優(yōu)化軋制工藝。

單機架軋機軋制的產(chǎn)品越來越薄，而且同一規(guī)格生產(chǎn)批量較小，甚至按卷為批量組織生產(chǎn)，造成前后產(chǎn)品的用途和質(zhì)量差異較大，軋鋼工藝需要及時調(diào)整。針對下工序和最終用戶的質(zhì)量要求組織生產(chǎn)，根據(jù)用戶對板形、對尺寸、對力學性能、對化學成分等要求的側(cè)重點不同，通過高速軋制、大壓下軋制、大張力軋制等軋制工藝的優(yōu)化調(diào)整。

3.7 建立縱橫結(jié)合的聯(lián)動機制

軋鋼工序要對上游的原料變化進行及時響應，對下工序的技術(shù)要求需及時傳遞；對軋輥使用情況和在線指標信息要和軋輥維修車間實時共享，對運營維修、事故處理要和檢修車間互通，通過縱橫聯(lián)動機制保障軋機的高效順行。