高速線材生產(chǎn)線碳化鎢環(huán)碎裂的原因分析與防治

石 宇

（河鋼集團(tuán)邯鋼大型軋鋼廠，河北 邯鄲 056000）

碳化鎢是一種由鎢和碳組成的硬質(zhì)復(fù)合金屬材料，它具有強(qiáng)度高、硬度好、耐磨性好、熱傳導(dǎo)性能好、高溫耐腐蝕性好的諸多優(yōu)點(diǎn)。因此，以碳化鎢為基體材料的碳化鎢輥環(huán)也被經(jīng)常應(yīng)用于具有高精度要求的大型高速線材生產(chǎn)線當(dāng)中，為高品質(zhì)線材產(chǎn)品的生產(chǎn)加工提供了保障。

高速線材精軋機(jī)軋輥的工作環(huán)境是十分惡劣的，在快節(jié)奏的線材軋制生產(chǎn)中，輥環(huán)表面會(huì)受到高頻交變應(yīng)力、高荷載沖擊以及腐蝕作用的持續(xù)影響，容易出現(xiàn)輥環(huán)磨損甚至是碎裂的情況。輥環(huán)是精軋機(jī)的關(guān)鍵部件，損壞后不僅影響生產(chǎn)而且換件價(jià)格昂貴，不利于生產(chǎn)成本的控制。如何延長(zhǎng)碳化鎢輥環(huán)的使用周期，減少輥環(huán)的非正常消耗也是高速線材精軋機(jī)組設(shè)備維保的攻關(guān)重點(diǎn)。本文對(duì)高線精軋機(jī)組碳化鎢環(huán)碎裂的原因與防治措施進(jìn)行了探討。

1 碳化鎢輥環(huán)損壞失效的幾種情況

（1）沙眼。由于輥環(huán)的生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)把控不嚴(yán)，輥環(huán)內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)并未獲得良好的致密性，使內(nèi)部產(chǎn)生沙眼等缺陷，并導(dǎo)致輥環(huán)的機(jī)械強(qiáng)度受到影響。對(duì)于較小的沙眼可在輥環(huán)加工時(shí)通過消磨處理后消除；而輥環(huán)中間部位出現(xiàn)較大沙眼時(shí)，則只能對(duì)其進(jìn)行報(bào)廢處理。

（2）槽底裂紋。軋制生產(chǎn)時(shí)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)輥環(huán)過早磨損的情況，還未達(dá)到設(shè)計(jì)使用的軋制量輥環(huán)就已經(jīng)失效。通過檢查發(fā)現(xiàn)該軸環(huán)軋槽槽底存在橫向或是不規(guī)則分布的微裂紋。如果不及時(shí)換輥的話，裂紋很可能在軋制力作用下繼續(xù)擴(kuò)展，最終導(dǎo)致輥環(huán)報(bào)廢。

（3）爆裂。輥環(huán)爆裂主要有環(huán)狀斷裂和徑向斷裂兩種形式。環(huán)狀爆裂基本沿軋槽槽底呈環(huán)狀分布；徑向斷裂時(shí)裂紋沿徑向呈放射狀分布，徑向斷裂較環(huán)狀斷裂來說更加常見。

（4）碎裂。輥環(huán)碎裂是軋制生產(chǎn)時(shí)比較常見且比較嚴(yán)重的事故，具有較大的危害性。輥環(huán)碎裂不僅會(huì)影響生產(chǎn)；而且在高速轉(zhuǎn)動(dòng)軋機(jī)的離心力作用下，爆裂輥環(huán)碎片還會(huì)濺出打傷其它相鄰機(jī)架的輥環(huán)，損壞錐套和鋁帽。

2 輥環(huán)損壞失效的原因分析

（1）熱應(yīng)力變化。軋槽表面與熱軋件接觸時(shí)，軋輥表面溫度會(huì)升高并發(fā)生熱膨脹，而軋輥內(nèi)部受升溫影響較小，熱膨脹也較小。如此，則會(huì)對(duì)軋輥表面金屬產(chǎn)生拉應(yīng)力；當(dāng)高溫輥面被冷水降溫后，表層金屬又會(huì)出現(xiàn)比較顯著的收縮，又會(huì)使輥面金屬受到壓應(yīng)力作用。在如此反復(fù)冷熱交替下，軋輥表層金屬會(huì)出現(xiàn)熱疲勞裂紋，并造成輥環(huán)槽底裂紋。

（2）冷卻水壓力不足，冷卻效果不好。冷卻水是減少輥環(huán)溫升，減少表面金屬熱膨脹的關(guān)鍵。當(dāng)輥環(huán)與熱軋件接觸時(shí)，其表層金屬溫度可達(dá)到600℃，如果冷卻水壓力不足，冷卻水便很難沖破蒸汽膜到達(dá)受熱表面，難以有效降低輥環(huán)溫度，無法阻止其劇烈的熱膨脹。生產(chǎn)實(shí)踐表明，冷卻水壓力小于0.5MPa時(shí)，即使水量充足冷卻效果也不理想。

（3）水質(zhì)的影響。酸性水質(zhì)對(duì)碳化鎢輥環(huán)具有一定的腐蝕作用。當(dāng)水的PH值小于7時(shí)，作為碳化鎢輥環(huán)粘結(jié)劑的鈷合金會(huì)出現(xiàn)腐蝕，在熱應(yīng)力和壓應(yīng)力的共同作用下，輥環(huán)會(huì)出現(xiàn)逐漸擴(kuò)展的熱裂紋，嚴(yán)重影響輥環(huán)壽命。所以冷卻水的清潔度和酸堿度也是輥環(huán)維護(hù)中需要注意的。

（4）質(zhì)量與安裝原因。輥環(huán)放射狀斷裂的原因主要與輥環(huán)本身質(zhì)量和安裝操作有關(guān)。原材料方面，特別是燒結(jié)鑄造環(huán)節(jié)與輥環(huán)強(qiáng)度有很大關(guān)系。安裝時(shí)，輥環(huán)、錐套清潔不夠，未嚴(yán)格執(zhí)行熱安裝操作等原因，均容易造成軋制過程中輥環(huán)的斷裂。

3 減少輥環(huán)碎裂的幾項(xiàng)措施

（1）輥環(huán)的冷卻。足夠的冷卻是防止輥環(huán)碎裂的重要措施，在冷卻水特別要注意對(duì)水壓的控制。一般高線精軋機(jī)組冷卻水的壓力控制范圍在0.4MP～0.6MP，噴水方向應(yīng)與軋輥旋轉(zhuǎn)方向的徑向線保持一定的夾角，該夾角以15°～30°為宜。冷卻水應(yīng)以集中直接噴射至軋槽，不能以霧狀或是散射方式噴入。再者要嚴(yán)格控制冷卻水的水質(zhì)，對(duì)于純鈷粘結(jié)劑的輥環(huán)應(yīng)保證冷卻水的PH≥7.2；冷卻前必須對(duì)冷卻水進(jìn)行沉淀和凈化處理，減少水中雜質(zhì)顆粒的含量。冷卻水溫度應(yīng)控制在35℃以下。

（2）輥環(huán)的修磨。輥環(huán)上出現(xiàn)的細(xì)微裂紋必須及時(shí)修磨干凈，以防止裂紋發(fā)展。輥環(huán)修磨量可根據(jù)軋制量來確定。當(dāng)軋制生產(chǎn)一定量后，輥環(huán)表面粘結(jié)劑開始脫落，WC顆粒的暴露會(huì)使軋槽表面變得粗糙。此時(shí)應(yīng)及時(shí)將輥環(huán)下線修磨，以避免過量軋制后軋槽內(nèi)微裂紋迅速擴(kuò)展。

（3）輥環(huán)的合理裝配與使用。盡量選用同一廠家同一牌號(hào)的輥環(huán)，以避免原材料缺陷；在驗(yàn)收輥環(huán)質(zhì)量時(shí)，除了按照?qǐng)D紙檢查輥環(huán)各部分外形尺寸外，還可根據(jù)需要對(duì)輥環(huán)做超聲波探傷、動(dòng)平衡或內(nèi)部金相檢查等，確認(rèn)是否有脫碳、合金滲碳等問題。另外，輥環(huán)制作完成后，內(nèi)部還存有一定的畸變應(yīng)力，應(yīng)放置一段時(shí)間待畸變應(yīng)力消除后再投入使用。嚴(yán)格控制進(jìn)入精軋機(jī)的坯件尺寸，保證軋件尺寸與軋機(jī)軋件標(biāo)準(zhǔn)值偏差不大于1.5%。裝配時(shí)除了保證接觸面的清潔外，還應(yīng)注意裝配的應(yīng)力和間隙，保證錐套的外徑尺寸和同心度，裝配間隙不大于0.035mm；保證預(yù)軋機(jī)、精軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)對(duì)正，減少軋件對(duì)輥環(huán)的沖擊。裝配時(shí)還要注意裝輥小車打壓壓力的控制，避免因?yàn)檫^壓而導(dǎo)致軋制過程中輥環(huán)斷裂。

4 結(jié)語

通過對(duì)輥環(huán)材料質(zhì)量和冷卻、修磨等環(huán)節(jié)的嚴(yán)格控制，可有效提高輥環(huán)的使用壽命，減少輥環(huán)使用中出現(xiàn)的碎裂等問題。為高品質(zhì)線材的生產(chǎn)加工提供了保障。