热轧轧辊失效分析及预防措施研究

 　【摘要】轧辊是轧钢厂中使用量最大的一种备件，其性能好坏对工作效率和产品质量产生直接影响。本文首先分析了热轧轧辊失效形式及原因，结合实际工作情况，讨论了预防热轧轧辊失效的对策，希望对相关研究领域提供借鉴经验。 
　　【关键词】热轧轧辊；失效；裂纹 
　　轧辊是促使金属发生塑性变形的一种工具，这种生产工具在实际生产与应用中常常处于一种较为复杂的应力状态。比如，在轧辊和轧件的加热、水冷却等而引起的热应力，由轧制负荷所引起的剪切应力、接触应力及残余应力等等。如果轧辊加工、生产及操作过程中的任何一个环节出现问题，或者流程不合理等，都会使轧辊失效，进而会出现断裂、剥落以辊面损坏等情况，任何一个失效，都会直接缩短轧辊的寿命，严重情况下，会导致轧辊报废，因而加强对轧辊失效原因的分析、采取有效措施对轧辊的进行维护十分重要。 
　　一、轧辊失效形式及原因 
　　（一）辊面剥落 
　　精轧机工作辊上经常会发生剥落现象，很多情况下是由辊面出现裂纹所致。轧辊出现热裂纹时，首先会产生软点，辊面上此区域的硬度较低，压痕和软点是应力的主要集中点，由于轧辊处于旋转状态，高压应力不断交替变化，因而裂纹会出现在应力集中部位。 
　　裂纹产生后，还会不断扩展，通常会在辊面上呈现出扇形纹和海滩纹，导致轧辊的强度降低，进而发生剥落现象。另外，在热轧板生产过程中，如果压下率较大，或者在轧制高强度的钢材时，由于负荷过大，会产生交变应力、残余应力及热应力，会使拉应力变大，当拉应力大于材质的强度极限时，就会使轧辊产生一些细小裂纹，这些裂纹会逐渐扩大，最终由于失去稳定性而发生剥落。 
　　（二）轧辊断裂 
　　在轧辊的生产过程中，时常会发生断辊事故，工作辊棍身、辊颈和轴头是断裂发生的主要部位。由于轧辊的钢种、材质和生产工艺的不同，致使轧辊发生断裂的位置也不同。由于轧辊的断裂形式不同，主要有一次性断裂和由裂纹而引起的断裂，因而在对断裂原因进行分析时，可以从内因和外因两个方面着手。 
　　在内因层面，若轧辊自身组织存在缺陷而导致轧辊发生断裂，轧辊内部芯结构组织的机械性能就会降低，并受到热力作用，如果其所承受的应力超过材料自身的抗拉力强度时，内部的某些区域就会被拉断，出现裂纹，而且裂纹会继续扩散，最终致使轧辊发生断裂。通过研究分析发现，当晶粒的直径较大或者应力过大时，很容易出现一次性断裂，在实际生产过程中，只有当轧机发生事故、轧制力异常增大情况下才可能出现瞬间断裂，且断面是齐平的。而站在外因的角度分析，主要是疲劳裂缝出现扩散、轧辊的负荷量过大、轧制压力变大或者是热应力出现叠加，进而导致轧辊断裂。 
　　（三）氧化膜脱落 
　　长时间烫辊以后，会在轧辊的表面出现一层银灰色或者是浅蓝色的氧化膜，尽管这个氧化膜比较薄，但是会对轧辊起到保护作用，进而提高轧件的表面质量。但是在轧制力反复多次的作用下，会使氧化膜沿着碳化物的方向，在相应区域内产生一些微裂纹。与此同时，因为轧辊的冷却能力不够，很难使轧辊的表面形成较为致密的氧化膜，也就是尽管形成了相应的氧化膜，也会出现快速恶化现象。如果轧制的计划编制不够合理，在生成氧化膜的过程中，也会被迅速破坏掉，致使氧化膜脱落，而且会在轧辊的表面上留下一些流星斑，进一步增大的辊面的粗糙度，因而会使磨损量加大。 
　　二、预防热轧轧辊失效的对策 
　　（一）热裂纹的控制 
　　在周期性交变热应力的影响下，会出现热裂纹，这种裂纹在产生初期，会以网络状的形式分布在整个轧辊表面，而且分布较为均匀，深度较浅，通常不足1mm。虽然这些细小的裂纹深度比较浅。但是，如果不及时采取措施进行维护，并且在轧制过程中，在机械力、热应力等多种作用力的综合影响下，会引发其他故障，甚至会导致轧辊出现断裂。因而需要采取措施进行空中。为了降低热裂纹的出现率，可以对冷却水量进行控制，合理分布冷却水，从而防止裂纹的生产与扩展，同时要严格把控换辊周期，避免轧制量过多。此外，还要加强磨削度的控制，认真分析材料的特性，尤其是轧辊的材质为高铬铁，需要将热裂纹的产生控制在安全范围内，或者把高镍铬材质轧辊的裂纹打磨干净。 
　　（二）轧制事故引起裂纹的控制 
　　在实际工作中，如果出现打滑、粘钢及卡钢的轧制事故，就会使轧辊辊身表面上的某条母线或者局部区域内出现深度不同的一些裂纹。这类事故一旦发生，就要在第一时间内更换轧辊，同时要对事故轧辊进行涡流、超声波探伤及磨削处理，确保辊面上的裂纹被消除，并要通过超声波手段，对轧辊结合部位的情况进行全面检查。另外，在轧制事故中，断水轧制的危害性较大，一般情况下，会使轧辊出裂纹，辊面结构发生微小变化，而严重情况下，则会使整个轧辊报废、因此，发生断水轧制事故时，严禁立即送冷却水，而是要等轧制工作结束后，迅速把轧辊换下，进行缓冷，然后结合实际情况，对轧辊进行科学化处理。 
　　（三）剥落控制 
　　当轧辊出现大面积的剥落时，可以在对轧辊的验收过程中，采用超声探伤方式仔细进行探寻，根据实际情况可把带有缺陷的轧辊分成不可使用与协议辊两种类型，一定要拒绝接受不可使用轧辊，而对于协议辊我们可以用超声波探伤法进行跟踪使用。而协议辊也要做好控制工作，在使用前，每次下机后需要对轧辊的内部进行深入的探伤，认真分析存在的缺陷，并要做好定量记录，便于分析。同时，要对原始缺陷是否能够扩展进行判断，分析其扩展速度与范围，如果轧辊的缺陷出现扩展，必须停止使用，对于缺陷不扩展的轧辊，则可以根据实际情况，对轧辊继续进行跟踪。 
　　结束语 
　　轧辊是轧钢厂中使用量最大的一种备件，其性能好坏对工作效率和产品质量产生直接影响。本文主要对热轧轧辊失效及预防措施进行了分析，旨在加强轧辊的实效控制，降低事故发生率，促进生产安全。