欧洲铸造协会—轧辊剥落及事故判断.doc

欧洲铸造协会轧辊部轧辊故障手册 -------- 铸造工作辊2002 年第一版翻译：安多利国际有限公司目录第一章 剥落1.1 鞍形剥落1.2 压裂和带状疲劳剥落1.3 工作层与芯部接口---结合部有关的剥落1.4 工作层与芯部接口—工作层深度不够1.5 辊边剥落第二章 热裂2.1 带状热裂2.2 梯形热裂2.3 局部热裂第三章 机械损坏3.1 震动超负荷引起的辊颈断裂3.2 弯曲裂缝引起的辊颈断裂3.3 驱动端扭矩引起的辊颈断裂3.4 磨损和擦伤轴承引起的辊颈断裂3.5 热断裂第四章 表面和表面以下缺陷4.1 针孔和气孔4.2 夹杂4.3 硬、软疵点第五章 轧制过程中的表面条件5.1 蜕皮5.2 粘辊5.3 带钢粘结5.4 带钢边磨损5.5 硬伤／机械压痕概述当前，如果标准轧制条件占优势的话，现在有多种轧辊可以无异常坯料损失而正常运行，直到报废为止当然，适当地处理轧辊非常重要，包括运行期和适当无损探伤及适当研磨另外，磨损断面和淬硬等辅助性措施也是有利的当规定宽带钢轧机工作辊种类时，轧辊生产厂家需要了解轧制条件，特别是要求轧辊精轧机架号、每带钢单位宽度的规定轧制负荷以及通过辊颈所施的弯度。

这些因素会决定综合辊的辊芯材质和工作层的选择尽管轧辊供货商和用户倍加注意，轧辊仍会在运行过程中出故障，造成部分或全部轧辊损失，甚至引起后来发生的对轧制设备的损坏这些破坏故障可以有几种不同起因，既与轧辊制造厂家有关，也可能与特殊的轧制条件有关裂纹外形指明断裂是否因严重的峰值负荷引起，还是疲劳裂纹引起疲劳裂纹从初期的裂纹开始，逐渐长大生成弯型的裂纹表面这些裂纹相对平滑，并表现出抑制线一旦这种疲劳裂纹达到危险尺寸，剩余部分就会发生自然的断裂疲劳裂纹的典型例子包括支承辊剥落，支持辊辊颈断裂，或双辊工作辊从内圆角处断裂因弯曲或扭矩引起的工作辊辊颈断裂主要是自然断裂，因高峰值负荷引起这也同样适于工作辊辊身断裂，特别是四辊工作辊事先确定机械因辊隙设定错误、异物进入辊隙等超负荷时的断裂点时，应考虑到辊颈断裂可能是因工作辊驱动端扭矩高造成的如果没有其它抗扭矩超负荷的保护设备，或者该设备工作不正确，就会出现这种情况轧辊辊颈断裂防止了轧制设备的严重损坏，如轴、上一个齿轮箱和驱动电机因扭矩超载造成的断裂示明裂纹与轴成水平 45°角为了限定轧机损坏，正确设计工作辊驱动端的最弱段与辊颈材料相对应，并建议设计最大扭矩。

不是所有的轧制条件，如粘着或剥落及辊隙设定不正确就一定会导致严重损坏事故后轧辊的正确处理是最重要的最安全的处理方法一直是换辊进行适当研磨以消除遭受的损坏事故后如何进行处理会有许多有用提示，但也有许多轧制人员不重视这些预防措施总的轧制成本，包括购买和研磨费用一直是应当考虑进轧机的总操作成本里新工作辊值，在热轧机上通常低于 1 个小时操作成本综合轧制故障可以导致轧机延迟 5 小时，甚至更多，几乎是不可调的另外常常观察支持辊和轧机设备有关的损坏其它损坏可能在后期变得明显本轧辊故障的样本会帮助说明和防止将来类似的损坏除了本样本说明的轧辊损坏的不同形式，也会观察到许多其它变异本样本不尽完善，尽管如此，仍能指出工作辊发生的 90%以上的故障，而且会对轧机工作人员有所帮助欢迎用户提出建议，增补和校正本出版物，以便减少错误，使本样本成为轧辊用户和生产厂家双方有效工具第一章 剥落1.1 鞍形剥落1.1.1 说明本缺陷以“鞍形”疲劳剥落为特征，始于工作层与芯部接口以下的芯部材料，并从辊身表面劈开在剥落的深区可能会看到裂纹线的密度，弥漫方向是从芯部到辊身表面这些剥落发生在用于高负荷四辊热轧机架上的粉状石墨铁芯工作辊上，并且主要位于辊身的中心。

1.1.2 起因剥落是轧制薄带硬质时的大压下量高循环负荷引起的这些负荷导致芯部材料的高交替压力，在疲劳极限以外，许多微型裂纹开始形成，引起芯部材料逐渐弱化第二步，这些微型裂纹连成一体并经过工作层扩散到辊身表面，并长大形成典型的“鞍形”剥落，高残余张力应力在加工(生产 )过程中芯部引起的热会促进这种轧辊损坏远在严重剥落之前，很容易通过超声波检测到芯部弱化的第一阶段支撑辊回声波的反应会表明芯部的弱化芯部材料不具有足够的疲劳强度来承受特有轧制负荷这通常是轧辊故障1.1.3 补救措施建议向轧辊供货商提供正确的有关轧制负荷(t/m 带钢宽度)及以前轧辊报废的经验，这样他们会规定适合更高负荷轧机、具有更高强度性能(SG/球墨铁取代片状 /粉状石墨铸铁) 的工作辊1.2 压裂和带状裂纹剥落( 猫舌形剥落)1.2.1 说明开始阶段，在/或接近轧辊辊身的表面一个或多个压裂在局部超载处形成这种裂纹总是与轧辊轴向平行，但以非径向方向弥漫接下来，一种像猫舌头样的带状疲劳裂纹逐渐沿着大致平行于轧辊表面的方向呈环形方向发展弥漫方向对应于轧辊的旋转方向弥漫在轧辊工作层内发展，逐渐加深、加宽，随后是覆盖辊身表面的大面积剥落。

1.2.2 起因在导边，弯斜或带钢端部(尾端压折)折叠处的高局部负荷加速了轧辊工作层材料的剪力强度，并开始产生裂纹，随后的轧制使材料疲劳，裂纹开始弥漫直到大块自然剥落发生两个工作辊和支持辊经过较长的工作周期的断面磨损，把超负荷限定在一定区域，产生不正确的 CVC 曲线因不断使用轧辊弯曲，支持辊无辊身端释放，轧机事故和轧制异体会使初始裂纹形成这是轧机故障1.2.3 补救措施在每次换辊后进行的定期裂纹探测( 超声波、涡流、着色渗透法)会发现危险裂纹，并且在下次轧制周期前完全去掉这种裂纹，会避免重大事故建议严重轧机事故后立即换辊，进行百分之百裂纹探测，并在下一轧制前对轧辊进行适当研磨还要采取控制轧制周期长度的措施，去掉足够的坯料，校正辊弯度，有必要尽最大可能防止造成局部超载轧辊用户可以通过正确的轧辊技术规程和轧机操作防止这种严重的轧辊损坏1.3 工作层与芯接口—与粘结面有关的剥落1.3.1 说明大面积工作层材料因接口粘结差与芯部分离，扩展到一整块全冶金粘结在这一点上，裂纹快速弥漫到辊身表面，导致大块剥落1.3.2 起因在轧辊铸造过程中，目的是要获得工作层与芯部金属全部粘结操作过程中，工作层与芯部未粘结证明以下是降低粘结强度的原因：·工作层与芯部间的残余氧化层·接口有熔剂或渣滓。

·过量碳化物、微孔、石墨粉或非金属夹杂物，如碳化物工作层与芯部可能分离的其它原因：轧机事故过程中的过度局部超负荷引发局部分离，并沿工作层与芯部接口继续生成疲劳裂纹弥漫，直到达到危险尺寸，导致自然二次大剥落这种损坏甚至在粘结区域没有冶金缺陷的情况下也会发生由于异常加热情况(轧辊冷却系统失灵，粘着等)粘结区的过度径向拉伸应力如果有粘结缺陷，这通常是轧辊故障1.3.3 补救措施超声波检验可以验明和确定粘结度，并示出轧辊寿命过程中粘结缺陷的弥漫融通性若在轧辊寿命期间，进行超声波探伤，这种类型的严重损坏通常是可以预防的即出现分离的严重阶段之前将轧辊取下来1.4 工作层与芯部接口-工作层深度不够1.4 说明工作层材料和芯部间的接口完全粘结，但工作层厚度不足以到达报废直径，会有多石墨少合金的芯部材料，此工作层材料软得多，呈现灰色当接口在工作原材料前固化时，辊体表面显示的软芯金属区域会不规则并且不连续1.4.1 起因工作层深度将取决于控制离心铸造工艺的几个因素，如金属重量、铸造温度和时间基础当其中一个精密参数没有满足时，就会使工作层深度不够这是轧辊故障1.4.3 补救措施采用满足工作层深度要求的铸造参数。

1.5 轧辊辊身边部剥落1.5.1 说明表面和／或表面以下裂纹及辊身端部环绕方向大约 100～300mm 的工作辊辊身上形成相应的剥落这些裂纹向轧辊辊身表面处发展在严重情况下，这些裂纹深入到辊颈半径这些裂边可能粘到轧辊辊体上，也可能造成大块剥落1.5.2 起因工作辊辊身端部的压力过大、强制工作辊弯曲加劲、支持辊辊身端部很少释放、带钢板形不好、边厚(狗骨型)或错误起动工艺、包括超过工作辊材料剪力强度的局部超负荷、产生初始裂纹的辊身端处引起局部超负荷的长时间运行造成过度磨损外形连续轧制使裂纹漫延，在超高处产生裂纹，然后发生故障这是轧机故障1.5.3 补救措施确保支持辊具有正确的辊身和释放避免高压力集中在工作辊身的端部，确保良好的辊弯曲控制注意正确对中及工作辊和支持辊的外形第二章 热裂2.1 带状热裂2.1.1 说明与带宽相对应，并接触工作辊和带钢间的弧出现这种裂纹通常为马赛克形，但比一般热裂方式的网状要大一些2.1.2 起因当轧机停机时，带钢可能会与工作辊有一段接触不动的时间接触区域的轧辊表面温度会快速上升，而热会深入到轧辊辊体深处热应力导致超过轧辊材料的热屈服强度当带钢移开，轧辊提起时，轧辊表面冷却下来，并由于这个局部区域的接触，表面开始裂纹。

裂纹的严重程度取决于接触时间和冷却比这是轧机故障2.1.3 补救措施预防轧机停机及钢坯粘着一旦停机，立即打开辊缝，并断开水冷移走带钢，使轧辊有时间在不接触水冷的情况下均衡表面温度以便预防严重裂纹当轧辊冷却到较为均匀的温度时接通水冷若是精轧辊，则要求换辊轧辊要研磨直到在表面再也看不到开口裂纹时为止进行超声波检验，确认是否还有热裂在表面弥漫2.2 梯形热裂2.2.1 说明在轧辊辊体上的环状带内，轧辊显示出以径向平面弥漫的纵向裂纹2.2.2 起因由于缺乏冷却可能会产生这种热裂，例如冷却喷嘴被堵因明显的热渗进，轧辊辊体内热裂较正常热裂纹深得多这是轧机故障2.2.3 补救措施确保水冷系统有效，检查水量和水压是否正确在轧辊插入前检查轧辊冷却喷头和喷嘴是否堵塞，接通水冷，检验喷嘴喷淋方式2.3 局部热裂2.3.1 说明轧辊辊身表现局部区域热裂，有时还同时伴有局部压痕甚至局部剥落2.3.2 起因这些裂纹在局部区域内机械和热应力相结合超过轧辊辊身材料的屈服强度、并在随后的冷却中扩大时发生诸如冲击碰痕、带钢粘结、带钢边或尾部重叠(折皱) 等轧机事故都可能是这种损坏的原因热裂和压裂的结合使这种损坏非常危险，因为这可能会引发带状疲劳甚至立即剥落。

这是轧机故障2.3.3 补救措施改善轧制条件以避免这种轧机事故一旦出现此故障立即卸下轧辊进行仔细检查并进行适当研磨第三章 机械损坏3.1 超载冲击引起辊颈断裂3.1.1 说明辊颈超载断裂常常从毗邻辊身的底半径开始，裂面沿着半径持续到辊身侧，并在辊身端面部分切断3.1.2 起因在冲击负荷情况下，负荷峰值可能超过芯部材料的极限弯曲强度并开始断裂，通常是在最高应力截面区域通常在是轧辊掉到地下、或换辊过程中不正确使用搬运把手、处理不当的情况下，轧辊颈部会有裂纹或更经常地是因裂纹而断裂事实是，轧辊的辊身有一块与辊颈连接，表明是异常使用断裂这是轧机故障3.1.3 补救措施一旦需要在车间进行处理时，要倍加小心换辊时正确对中搬运把手，这对没有自动换辊装置的轧机非常重要在轧机操作运行过程中避免冲击负荷与过度超载3.2 弯曲裂纹引起的辊颈断裂3.2.1 说明裂纹线始于外侧，并发展到整个截面，特别是始于粘合区域并常常在疲劳裂纹弥漫之后3.2.2 起因这种故障因超过辊颈弯曲强度或疲劳强度极限的高弯曲负荷引起通常是限定在各种热轧机架上的 2辊工作辊这种断裂的原因是：·过高轧制负荷与较差的轧辊设计·严重弯曲力引起的轧制事故·与辊颈强度不相适应的轧辊质量·凹坑缺陷，如太小粘结半径、环形槽因腐蚀引发的疲劳裂纹等。

这既可能是轧机故障，也可能是轧辊故障3.2.3 补救措施避免过度弯曲负荷，选择正确的轧辊设计和／或材料通过横截拋光粘结区减少始于环形槽的凹形缺陷预防辊颈焊缝腐蚀定期安排辊颈检验3.3 驱动端扭矩引起的辊颈断裂3.3.1 说明裂面向辊轴倾斜，且可能显示完全的剪切裂，常常形成锥形断裂。