热轧轧辊剥落或断裂的原因及预防方法探究

尹国强 甄景燕

摘 要：轧辊在热轧生产过程中起着至关重要的作用，轧辊的异常会造成带钢的报废和生产的停顿等严重后果。为了预防由于轧辊的剥落或断裂造成巨大经济损失，文章对热轧轧辊剥落和断裂的特征进行阐述，对产生异常的原因进行系统分析，提出了预防轧辊的剥落和断裂的措施。

关键词：轧辊剥落;轧辊断裂;挤压裂纹剥落;带状疲劳剥落;结合层处脱落

中图分类号：TG331 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）14-0067-02

0 前言

在热轧轧制过程中，热轧轧辊的剥落断裂会导致轧辊或者轧机的损坏，甚至导致生产中断，带来巨大的经济损失。往往轧辊的一些异常状况，要经过一段时间的使用才能发现，所以了解造成轧辊异常的原因，是有效控制轧辊产生异常的重要手段。事故后，对轧辊正确处理也是非常重要的。将损伤的轧辊适当修磨消除缺陷是最安全的办法，同时有许多技巧处理事故后的轧辊。因此，充分研究轧辊的剥落断裂原因及预防措施是非常必要的。

1 轧辊剥落

轧辊的剥落主要分为四种：表皮/芯部结合层处脱落、外层/芯部结合层厚度不够、挤压裂纹和带状疲劳剥落、辊肩脱落。

1.1 表皮/芯部结合层处脱落

1.1.1 特征描述

大区域表层金属由于結合层不良与芯部材质脱落，随后脱落层沿着这一弱结合面进一步扩展，最终导致工作层局部剥落。

1.1.2 起因

引起这种脱落的主要是由于表层和芯部间残留的氧化层;结合层中残留的玻璃渣和杂质;结合层中过多的碳化物，气孔，片状石墨或非金属残留物等结合层强度减弱造成了表皮同芯部的分离，这就要求轧辊要求表层材质同芯部材质完全的冶金结合。

1.1.3 预防措施

轧辊在使用前，要进行超声波检测，检测量化表皮与芯部结合程度，剥落的严重程度，结合层局部分离尺寸，从这些指标来决定是否上线使用此轧辊，避免带来不必要的损失。

1.2 外层/芯部结合层-工作层厚度不够

1.2.1 特征描述

上面所述的是表皮同芯部脱落，而这种情况的特征是表皮同芯部完全结合，但是工作层厚度不够。在辊身表面呈现出不连续，不规则的缺陷。

1.2.2 起因

浇铸过程中的离心层的浇铸铁水量，浇铸温度和停滞时间等参数决定了离心层厚度。当其中的一个或部分参数值不在所要求的范围内，就会使离心层厚度达不到要求。

1.2.3 预防措施

既然引起这种异常的原因是由于浇铸参数没达到要求，那么预防这种异常就要求决定离心层厚度的这些参数满足要求。

1.3 挤压裂纹和带状疲劳剥落（猫舌状剥落）

1.3.1 特征描述

初始阶段，在局部挤压过大的区域，在轧辊表面会形成平行于辊轴方向且沿径向传播的若干条裂纹;在下一个阶段，疲劳会逐渐向与轧辊的旋转方向相反的圆周方向漫延，呈现出平行于辊身表面的猫舌状断裂带。这种断裂的形成过程是首先产生在工作层，之后向辊身方向加深变宽，进而引起辊身大面积的剥落。

1.3.2 起因

产生挤压裂纹和带状疲劳剥落，主要是由于局部挤压过大，且超过轧辊外层的抗剪切强度，再加上持续轧制，甚至引起辊身大面积的剥落。由于轧辊长时间使用，就会在磨损的表面产生超负荷;持续使用弯辊技术;辊端倒角轮廓不合理;轧机事故;轧制外来物，都有可能是产生这种裂纹的原因。

1.3.3 预防措施

控制轧辊的持续使用的时间的长短;每次服役后检查缺陷，去除裂纹，尤其是轧机发生严重事故后，更应该对其进行裂纹检测;控制正确的轧辊凸度等一系列的方式来控制此种裂纹的产生。

1.4 辊肩脱落

1.4.1 特征描述

在圆周向距辊肩大约100～300mm处，向辊肩非工作面延伸，发生工作层表面裂纹引起的脱落。严重的情况脱落范围可延伸到辊身辊径过渡圆弧处，深度达到一定程度时，引起大面积剥落，造成严重的后果。

1.4.2 起因

造成这种脱落的原因主要是轧辊局部过载，造成局部剪切应力超过工作辊辊身自身材质抗剪切强度引起的，而轧辊局部过载主要是由于辊肩压力过大，工作辊正弯曲引发的负荷，支承辊的倒角设计不当，版型不好，带钢边缘过厚或不适当的工艺设置等等造成的。

1.4.3 预防措施

支承辊的倒角设计恰当，避免辊肩压力过大，避免带钢边缘过厚或不适当的工艺设置，支承辊的辊身保持完好，很好地控制弯辊，工作辊和支撑辊之间的配合和轮廓的完美设计，这几个方面都可以避免产生辊肩脱落。

2 事故断辊

断辊主要有五种原因引起：传动端扭矩引起辊径折断、弯矩引起的轴承部位断裂、轴承磨损及烧死引发的辊径折断、热（应力）折断、冲击载荷造成轴承部位断裂。

2.1 传动端扭矩引起辊径折断

2.1.1 特征描述

断面发生在在传动端强度最低的截面，在辊子密封圈安放处，同辊轴不垂直，向辊径芯部和轧辊圆弧顶部扩展，形状像钻头一样。不恰当的初始轧辊间隙;轧机由于粘钢引起的停转;轧辊与传动轴安装问题都会引起过载。

2.1.2 起因

引起这种折断的主要原因是加在传动端辊径部位的扭矩超过辊径材质最大的承受能力，负荷超过了正常轧制水平，扭矩就大于轧辊材质最大的抗扭矩能力。而且密封圈安放处槽底、径向钻孔等半径尺寸过小所引起的应力集中及切口效应，也会引起辊径强度的降低，从而造成断辊现象。

2.1.3 预防措施

避免密封圈安放处槽底、径向钻孔等半径尺寸过小，避免传动端辊径部位的扭矩超过辊径材质最大的承受能力，确保转动及联接系统的尺寸精度，平稳地轧制生产等可以达到预防此类折断的发生。

2.2 弯矩引起的轴承部位断裂

2.2.1 特征描述

断裂面从轴承部位外部开始延伸到整个截面，常见的裂纹是从圆弧部开始，向外扩展的。

2.2.2 起因

这种断裂主要是由于疲劳或弯矩负荷超过了軋辊轴承部位弯矩负荷极限而产生的。高轧制力和过低轧辊强度;轧辊辊身辊径部过渡圆弧太小，圆弧表面及刀痕及腐蚀引起的疲劳裂纹等产生的切口效应;轧制事故引发的高弯矩负荷;轧辊在轴承部位有质量缺陷等都可以造成断裂。

2.2.3 预防措施

主要预防措施是避免超过抗疲劳极限，避免弯矩负荷超过了轧辊轴承部位弯矩负荷极限。避免轧辊辊身辊径部过渡圆弧太小;减少刀痕及腐蚀所引起的切口效应，检查轧辊在轴承部位是否有质量缺陷，避免引发高弯矩负荷等措施都能有效的避免弯矩引起的轴承部位断裂。

2.3 轴承磨损及烧死引起辊径折断

2.3.1 特征描述

在辊径安放轴承处有时存在有压痕或深度磨痕，痕迹有沿轴向或沿圆周方向两种。有时轧制中的小块氧化皮或各种其它杂质被压入辊子表面。安放轴承处部位有时由于氧化、腐蚀也会产生破损。在轴承部位转动磨痕和热裂纹是显而易见的，而极端情况下的热应力损坏也会在辊径处发生。裂纹会从加油孔向外扩展。

2.3.2 起因

轴承与辊径间隙中侵入了冷却水、氧化皮等其它杂质;密封环已损坏;轧辊修磨过程中，隐藏在轴承与辊径之间小金属碎片划伤轧辊表面;轴承和辊径间安装间隙不合适;润滑油的粘度过低;安放轴承处部位由于氧化、腐蚀也会产生破损;润滑孔堵塞;磨擦负荷增加，在轴承部位产生转动磨痕和热裂纹，严重的轴承抱死，造成辊径折断。

2.3.3 预防措施

正确安装密封环并确保它的功能，防止冷却水、氧化皮等杂质进入轴承内圈和辊颈间隙;保证润滑油的粘度和量充足。修磨过程中，检查隐藏在轴承与辊径之间小金属碎片，及时清除，等方法可以有效地控制这种折断的发生。

2.4 热（应力）折断

2.4.1 特征描述

轧辊断裂，断面显示从芯部或中心附近发出的径向放射状断裂纹。断面垂直于轧辊中心，断面通常位于辊身中部或近于中部。

2.4.2 起因

这种热断主要是辊身表面和芯部的最大温度差引起的。轧辊的冷却不好或者异常，过钢量过大等会导致辊身表面温度过高，从而辊身表面和芯部的温度差过大，引起较大的热应力，叠加在辊身原有的内应力上，当芯部轴向应力超过芯部材质的最大强度，就会发生这种热应力折断。

2.4.3 预防措施

为了避免热应力折断，就是要避免产生过大的辊身表面和芯部的温度差。要保证轧辊冷却正常，过钢量控制到合理的范围内，尤其是在轧制初期更要严格控制。上线前控制和检查轧辊温度，轧制前对工作辊进行预热，轧辊芯部使用高强度材质，对轧辊温度进行实时监控等方法都可以减少这种由于辊身表面和芯部的温度差过大引起的热断。

2.5 冲击载荷造成轴承部位断裂

2.5.1 特征描述

裂纹从紧邻辊端底部的圆弧部位开始，沿着整个截面发展，最后延伸到辊身侧面，形成辊径截面断裂。

2.5.2 起因

这种断裂的原因可能是由于轧辊在运输、吊装过程中和使用过程中不当引起的，轧辊在使用过程中，最大的负荷超过了轧辊芯部材料所能承受的最大抗弯曲负荷，从而在负荷应力为最大的截面引起截面断裂。

2.5.3 预防措施

为了预防产生这种断裂，就要求轧辊在运输、吊装过程中和使用过程中注意操作，轧辊吊运过程要做到轻拿轻放，换辊过程中严格按照操作规程，使用过程中，最大负荷避免超过了轧辊芯部材料所能承受的最大抗弯曲负荷。

3 结语

随着钢铁企业竞争日益激烈，企业要生存和发展，就需要降低成本，提高生产率，同时还要提高产品质量。轧辊作为轧机生产线的重要设备，如果发生轧辊剥落和断裂现象，将使产量降低，影响产品质量，增加能耗，增加总成本，因此研究轧辊剥落和断裂的原因及其预防措施，对提高热轧厂的经济效益具有至关重要的作用。

参考文献

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