轧辊冷轧轧辊缺陷与预防措施

摘要：介绍了冷轧生产中冷轧辊的主要消耗类型，着重分析了冷轧辊产生剥落和断辊的原因及预防措施。
关键词：冷轧辊 磨削 剥落 断辊 措施
冷轧金属产品用途非常广泛，在冷轧生产过程中冷轧工作辊的消耗在生产成本中所占的比例达到25%左右。冷轧生产企业要想取得良好的经济效益：一方面要生产适销对路的高附加值产品；

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另一方面要降低生产成本。因此，降低冷轧轧辊的消耗是冷轧生产企业取得良好经济效益的重要手段之一。
在冷轧生产过程中，冷轧辊的消耗可分为三类：（1）磨削，即经过一段时间轧制后的磨削加工量，（2）剥落，又叫剥层、掉皮；（3）断辊

1、轧辊的磨削

磨削主要分为正常磨削和异常磨削。

1.1正常磨削

磨削的目的有两个：一是去除轧辊在轧制过程中的疲劳层（加工硬化层）；另一个是去除轧辊表面的缺陷，如凹坑、拉毛印等。磨削量太大会缩短轧辊的使用时间，而太小则会因轧辊表面质量欠佳而影响板材表面质量，因此，每次磨削量应等于轧辊表面缺陷深度和疲劳层厚度二者中的较大者。此外，磨削还要保证轧辊的凸度和粗糙度。

1.2异常磨削

经过正常磨削后，在检查中发现轧辊仍有裂纹或者软点，就要加大磨削量，直至轧辊符合使用要求，这样就造成了异常磨削，有时这种磨削的量很大，减少了轧辊的使用时间。严重时即使磨削到轧辊的报废尺寸，缺陷依然存在，直接导致轧辊报废。软点其实是由于轧辊内部材料的组织发生了变化而使得硬度降低的一种现象。由于碳化物分布不均匀，晶界变异及残余奥氏体的数量与分布状态等，导致轧辊硬度变化，检测时以软点的形式表现出来。通过磨削支撑去除较浅的，对较深的软点是无法通过磨削来消除的。

2、轧辊的剥落

轧辊剥落就是指轧辊辊身的某个区域从辊身上分离出来的现象。轧辊剥落为轧辊的首要损坏形式，现场调查亦表明，剥落是轧辊损坏，甚至早期报废的主要原因。轧制中局部过载和升温，使带钢焊合在轧辊表面，产生于次表层的裂纹沿径向扩展进入硬化层并多方向分枝扩展，该裂纹在逆向轧制条件下即造成剥落

2.1 支承辊剥落

支撑辊剥落大多位于轧辊两端，沿圆周方向扩展，而非沿辊身全长，这是由支撑辊的磨损型式决定的。由于服役周期较长，支撑辊中间磨损量大、两端磨损量小而呈 U 型，使得辊身两端产生了局部的接触压力尖峰、两端交变剪应力的增大，加快了疲劳破坏。辊身中部的交变剪应力点，在轧辊磨损的推动作用下，逐渐往辊身内部移动至少 0.5mm ，不易形成疲劳裂纹；而轧辊边部磨损较少，最大交变剪应力点基本不动。在其反复作用下，局部材料弱化，出现裂纹。见图1

2.2 工作辊剥落

工作辊剥落同样存在裂纹产生和发展的过程，生产中出现的工作辊剥落，多数为辊面裂纹所致。工作辊与支撑辊接触，同样产生接触压应力及相应的交变剪应力。由于工作辊只服役几个小时即下机进行磨削，故不易产生交变剪应力疲劳裂纹。轧制中，支撑辊与工作辊接触宽度很小 ，工作辊表面周期性的加热和冷却导致了变化的温度场，从而产生显著的周期应力。辊面表层受热疲劳应力的作用，当热应力超过材料的疲劳极限时，轧辊表面便产生细小的网状热裂纹，即通称的龟裂，见图2。
轧制中发生卡钢等事故，造成轧辊局部温度升高而产生热应力和组织应力。在轧制过程中，带钢出现甩尾、叠轧时，轧件划伤轧辊，亦可形成新的裂纹源。另外，更换下来的轧辊，尤其上游机架轧辊，多数辊面上存在裂纹，应在轧辊磨削时全部消除。如轧辊磨削量不够，裂纹残留下来，在下一次使用时这些裂纹将成为疲劳核心。轧辊表面的龟裂等表层裂纹，在工作应力、残余应力和冷却引起的氧化等作用下，裂纹尖端的应力急剧增加并超过材料的允许应力而朝轧辊内部扩展。当裂纹发展成与辊面成一定的角度甚至向与辊面平行的方向扩展，则最终造成剥落。

3、轧辊断裂

断裂是轧辊最致命的破坏形式，主要分别发生在辊颈和辊面，也有少数辊颈与辊身同时断裂的情况。因轧制钢种、品种与生产工艺条件差异，各断裂部位所占比例不同。断辊可以是一次性的瞬断，也可以是由于疲劳裂纹发展而致。

3.1 常见断辊的原因的有以下几种：

（1） 使 用 不当。在一般情况下，断辊的原因是单的机械性过载.如原材料温度过低，压下力过大，
咬钢时辊缝的开口度不大，冷却液中断等操作失误均可产生断辊.断辊的位置常在辊颈处，占到断辊比例的80%以上。断辊可以是一次性的瞬断，也可以是由于裂纹疲劳发展而致。
（2） 制 造 缺陷。浇注时混入大量杂质，这从断辊的截面已可用肉眼判定。残余应力控制不当，即热处理工艺不当。轧辊的芯部呈拉压力状态，若工作应力和残余应力综合作用超过抗拉极限，则可能引起断裂。这种情况也可用肉眼从断裂处截面的形状来判定。
（3） 设 计 和加工不当，在冷轧辊的设计和加工中，对于截面尺寸发生变化的部位，必须设计足够的圆角并精心加工，防止应力集中。
（4） 辊 面 和辊颐的硬度相差过大。
（5） 辊 颈 的直径过小，强度不够。
3.2 常见辊颈的断裂位置在轧机上、下辊辊身与辊颈的过渡区处。辊颈断裂的横向断口形貌有多种形状：锥面状断口，平整且断裂面垂直于辊身轴线的断口或与轴线呈的断口等。典型的横向断口如图3所示。该断口形貌呈锥面状，并可分为A、B、C三个断面。其中A断面已经被乳化液污染，B、C面呈新断面，B断面有明显的放射状纹棱，并指向A面。

4、预防措施

根据以上的分析，为了防止因缺陷造成轧辊报废，减少非正常的辊耗应采取几点措施：
（1）冷轧辊不能在有表面裂纹的状态下使用。当轧辊轧制一定数量的带钢后，表面有可能出现轻微裂纹，如不及时发现和修磨，就会导致轧辊的表面剥落，影响产品质量。这就要求轧机操作者要及时检查，按规定进行换辊。
（2）采用合理的轧制工艺。要合理选择轧制力、张力和压下量，尽量避免轧机事故，如带钢打滑和缎带等。轧机操作者应将带钢过度变形的地方先进行矫正。
（3）保证轧机的冷却和润滑系统的正常工作。轧机在轧制过程中会产生大量的热量，而且轧辊与带钢之间也有很大的摩擦力，如果没有足够的冷却和润滑能力，轧辊表面和带钢的温度就会迅速升高，这样就很容易产生热划伤和粘连。
（4）预热轧辊，消除应力。新冷轧辊投入使用前和每次磨削后使用时，必须进行预热，在轧辊达到110～100摄氏度时，可以消除大部分的表面应力。轧辊上机后，要缓慢加速一对轧辊预热。
（5）冬季要对刚换下来的轧辊就行保温，均匀冷却，防止温差过大引起应力变化。
（6）正确磨削。每次磨削要保证轧辊表面的加工硬化层完全去除，同时保证粗糙度，刚换下来的轧辊要在应力消除后再进行加工。
（7）对事故辊要进行探伤检查。目前所用的探伤手段有涡流、磁粉和超声波探伤，前两种主要检测表面缺陷，超声波探伤可以发现内部的缺陷。根据不同的情况，采取不同的探伤方法或者几种探伤方法同时检测，确保轧辊质量。
结论
通过对已出现轧辊缺陷的分析，初步掌握轧辊的缺陷，采取积极有效的预防措施，减少由轧辊缺陷引起的事故，减少轧辊的消耗，释放冷轧产能、增加经济效益。
参考文献：
刘德富，尹钟大. 冷轧工作辊的早期失效及预防措施[J]. 特殊钢. 2003（06）
宋淼. 冷连轧轧辊缺陷形成及相应措施[J]. 冶金设备. 2008（S1）