冷軋軋輥失效原因分析及改進(jìn)措施
2025-09-02
作者：羅興壯 羅慶革 楊劍洪 潘禮雙 錢學(xué)海
柳鋼中金950mm六輥六機(jī)架不銹鋼窄帶冷連軋軋輥的主要失效形式為爆輥(剝落)、斷裂、裂紋等。本文對(duì)軋輥失效原因進(jìn)行分析，結(jié)果表明軋輥內(nèi)部質(zhì)量缺陷、軋制工藝不合理、軋輥使用管理不當(dāng)?shù)仁菍?dǎo)致軋輥失效的主要原因。通過(guò)加強(qiáng)軋輥使用過(guò)程無(wú)損探傷檢測(cè)、優(yōu)化軋制工藝及加強(qiáng)原料質(zhì)量監(jiān)控、規(guī)范軋輥使用管理等措施的實(shí)施，不銹鋼窄帶冷連軋?jiān)聰鄮视?.59%降低至0.53%，軋輥失效支數(shù)由19支/月降到穩(wěn)定控制在2~5支/月，有效提高了連軋機(jī)組生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。
軋輥?zhàn)鳛檐堜撋a(chǎn)中的一種大型工具，性能與質(zhì)量直接決定著軋機(jī)產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，軋輥的使用與管理在冷連軋生產(chǎn)中至關(guān)重要。柳鋼中金950mm六輥六機(jī)架冷連軋機(jī)組是國(guó)內(nèi)第四條不銹鋼窄帶冷連軋生產(chǎn)線，是目前國(guó)內(nèi)裝備水平較高的不銹鋼窄帶冷軋機(jī)組之一。自2018年7月投產(chǎn)以來(lái)，在使用過(guò)程中軋輥頻繁出現(xiàn)爆輥(剝落)、斷輥、裂紋等事故。因此分析軋輥失效原因，采取相應(yīng)的具體措施，提高軋輥使用和管理水平，降低軋輥事故率，對(duì)穩(wěn)定生產(chǎn)和降低生產(chǎn)成本具有重要的意義。
冷軋輥失效主要形式
柳鋼中金950mm六輥六機(jī)架不銹鋼窄帶冷連軋機(jī)軋輥直徑較小，軋輥主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。自投產(chǎn)以來(lái)，因軋輥材質(zhì)、使用管理、軋制工藝等因素導(dǎo)致軋輥報(bào)廢事故頻發(fā)，其中工作輥因爆輥(剝落)、斷輥、裂紋失效分別為54支、16支、8支，主要為F1~F4工作輥；5支中間輥因爆輥而報(bào)廢；支撐輥因裂紋、斷輥而報(bào)廢各7支。由此可見(jiàn)冷軋軋輥失效的主要形式為爆輥(剝落)、斷輥、裂紋，典型失效宏觀形貌如圖1所示。
軋輥失效原因分析
軋輥材質(zhì)及外形設(shè)計(jì)
對(duì)剝落事故軋輥進(jìn)行取樣分析，軋輥剝落疲勞源、疲勞斷裂區(qū)、瞬時(shí)斷裂區(qū)宏觀形貌及金相制樣位置如圖2所示。試樣機(jī)加工后經(jīng)體積分?jǐn)?shù)為4%的硝酸酒精溶液腐蝕，觀察試樣夾雜物及用掃描電子顯微鏡能譜儀分析，試樣內(nèi)部及裂紋附近發(fā)現(xiàn)顆粒狀A(yù)l2O3夾雜物及TiN析出物，夾雜物最大尺寸74.5μm，TiN析出物最大尺寸18.3μm。試樣夾雜物、析出物及內(nèi)部裂紋微觀形貌如圖3所示。
從圖3可以看出，軋輥內(nèi)部裂紋處存在Al2O3夾雜物，可能是由于軋輥制造廠家在軋輥輥坯熔煉時(shí)沒(méi)有采用電渣重熔工藝導(dǎo)致的。軋輥在上機(jī)使用過(guò)程中不斷受到交變拉壓應(yīng)力時(shí)，夾雜物與軋輥的基體組織分離導(dǎo)致金屬組織不連續(xù)，從而產(chǎn)生內(nèi)部裂紋。隨著裂紋的延伸擴(kuò)展，最終導(dǎo)致爆輥(剝落)，甚至斷輥。另外，軋輥外形設(shè)計(jì)和加工存在不當(dāng)之處，在截面尺寸發(fā)生變化的部位過(guò)渡圓角設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致應(yīng)力集中，進(jìn)而發(fā)生斷輥事故。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，支撐輥出現(xiàn)了因過(guò)渡圓角設(shè)計(jì)不合理而在承受較大軋制壓力時(shí)產(chǎn)生斷裂。
軋制工藝及原料質(zhì)量
冷軋輥在軋制時(shí)受到強(qiáng)大的軋制壓力、彎矩、剪切應(yīng)力等內(nèi)外作用力導(dǎo)致軋輥出現(xiàn)裂紋及工作表面剝落，而且軋件的焊縫、夾雜、邊裂等易導(dǎo)致瞬間高溫，造成軋輥加速磨損、疲勞破壞等。因此軋制工藝及原料質(zhì)量等對(duì)軋輥使用壽命影響顯著。
(1)不銹鋼冷加工硬化程度較高，隨著變形量的增加，軋件強(qiáng)度迅速升高，軋制力升高，總壓下量67.5%時(shí)，軋件抗拉強(qiáng)度高達(dá)2000MPa。當(dāng)軋輥局部應(yīng)力疊加超出軋輥材料強(qiáng)度極限時(shí)，將引起軋輥塑性變形，進(jìn)而形成裂紋，隨著交變拉壓應(yīng)力的作用，裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致軋輥剝落或斷輥。
(2)軋制張力控制波動(dòng)大或打滑導(dǎo)致斷帶，使輥面接觸斷帶，受到局部過(guò)載熱沖擊、溫升、滑動(dòng)摩擦的共同作用，使輥面產(chǎn)生不同程度的燒傷，導(dǎo)致軋輥輥面剝落。
(3)原料寬度方向楔形嚴(yán)重或硬度不均勻，導(dǎo)致連軋過(guò)程中軋機(jī)操作側(cè)與傳動(dòng)側(cè)軋制力差或局部過(guò)載熱沖擊，使軋制力較大側(cè)的壓力超出軋輥材料強(qiáng)度極限，產(chǎn)生應(yīng)力集中，將軋輥邊部壓碎剝落，或硬度較高位置因過(guò)載熱沖擊使軋輥輥面剝落。
(4)原料夾雜、邊裂及焊縫質(zhì)量差 ，導(dǎo)致連軋過(guò)程中發(fā)生斷帶，熱沖擊使軋輥輥面粘鋼、裂紋或剝落。
軋輥使用管理
冷軋軋輥使用及維護(hù)中，必須重點(diǎn)抓好換輥周期、磨削量、缺陷輥維護(hù)、應(yīng)力恢復(fù)、評(píng)價(jià)機(jī)制等幾個(gè)方面的工作。投產(chǎn)初期，軋輥使用管理粗放，導(dǎo)致軋輥事故率較高，主要原因有：
(1)入廠新軋輥、生產(chǎn)事故輥等磨削后未經(jīng)探傷 上機(jī)使用；
(2)軋輥換輥周期不科學(xué)，使用周期過(guò)長(zhǎng)，軋輥在周期應(yīng)力作用下，因疲勞機(jī)制產(chǎn)生的加工硬化層加深，加重材料的脆性，從而增加了裂紋和剝落的可能性；
(3)沒(méi)有專業(yè)軋輥拆裝設(shè)備，軋輥拆裝完全靠手工完成，導(dǎo)致軋輥、軸承座、密封圈等磨損，造成軋輥裝配質(zhì)量、精度較差，甚至出現(xiàn)軋輥軸承燒壞卡死，使軋輥扭斷；
(4)軋輥備件緊缺，造成下機(jī)軋輥未經(jīng)足夠時(shí)間進(jìn)行應(yīng)力釋放就安排上磨床磨削，并且輥面溫度較高時(shí)磨削會(huì)發(fā)生燒傷及惡化軋輥輥面應(yīng)力狀態(tài)，不利于恢復(fù)正常應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致在磨床上磨削時(shí)即發(fā)生裂紋或剝落；
(5)員工培訓(xùn)不足，導(dǎo)致事故輥磨削、記錄、檢測(cè)及責(zé)任不明確，需制定缺陷輥處理規(guī)范和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，避免缺陷輥上機(jī)使用。
改進(jìn)措施及效果
加大軋輥探傷檢查力度
由于軋輥直徑較小，傳統(tǒng)大型軋輥企業(yè)生產(chǎn)積極性不高，目前在用軋輥均為國(guó)內(nèi)較小軋輥制造廠生產(chǎn)，軋輥質(zhì)量波動(dòng)較大。不銹鋼窄帶冷連軋機(jī)投產(chǎn)初期因軋輥質(zhì)量問(wèn)題導(dǎo)致的剝落、斷輥、裂紋事故較多。為避免質(zhì)量不合格軋輥上機(jī)使用，要求對(duì)每支新輥以及事故輥上機(jī)前進(jìn)行探傷檢查，正常計(jì)劃換輥的軋輥隨機(jī)抽查。運(yùn)用現(xiàn)有超聲波探傷和磁粉探傷相結(jié)合的檢測(cè)方法，利用超聲波良好的穿透性和指向性，可以對(duì)軋輥內(nèi)部缺陷進(jìn)行定位、定量和定性，同時(shí)磁粉探傷輔助檢測(cè)軋輥表面質(zhì)量，有條件時(shí)增加磨床渦流探傷，發(fā)現(xiàn)表面、內(nèi)部等存在缺陷的軋輥，拒絕上機(jī)使用，并制定軋輥無(wú)損檢測(cè)管理制度。
加強(qiáng)原料質(zhì)量監(jiān)控
現(xiàn)階段不銹鋼窄帶上游原料質(zhì)量波動(dòng)大，原料邊裂、夾雜、脫皮等質(zhì)量問(wèn)題導(dǎo)致冷連軋斷帶頻發(fā)，造成軋輥燒輥、粘鋼、裂紋、剝落現(xiàn)象，因此必須加強(qiáng)原料質(zhì)量監(jiān)控。對(duì)存在斷帶風(fēng)險(xiǎn)的帶鋼必須按相應(yīng)措施處置；優(yōu)化軋制工藝，合理分配F1-F6各機(jī)架壓下量，且總壓下率控制在50%~70%之間；將工作輥硬度由90~93HSD降低至86~90HSD；調(diào)控軋機(jī)操作側(cè)與傳動(dòng)側(cè)軋制力差及機(jī)架間張力波動(dòng)范圍，以防板形控制出現(xiàn)單邊浪，防止帶鋼斷帶，造成軋輥粘鋼、裂紋，甚至剝落。
規(guī)范軋輥使用管理制度
制定規(guī)范的軋輥管理制度：
(1)合理的換輥周期既能充分發(fā)揮軋輥的使用性能又能保證軋制質(zhì)量；
(2)為保證下機(jī)軋輥殘余應(yīng)力釋放，恢復(fù)正常應(yīng)力，需保證一定軋輥備件數(shù)量。正常下機(jī)軋輥不能馬上安排磨削，要求工作輥、中間輥、支承輥分別下機(jī)12、24、48h后才能磨削；
(3)增加軋輥拆裝平臺(tái)，提高軋輥拆裝質(zhì)量和精度；
(4)建立軋輥評(píng)價(jià)機(jī)制。對(duì)軋輥進(jìn)行編號(hào)，快速識(shí)別，并做好軋輥檔案管理，跟蹤每支軋輥的使用情況。
改進(jìn)效果
通過(guò)加強(qiáng)軋輥使用過(guò)程無(wú)損探傷檢測(cè)、優(yōu)化軋制工藝及加強(qiáng)原料質(zhì)量監(jiān)控、規(guī)范軋輥使用管理，950mm冷連軋?jiān)聰鄮视勺罡?.59%降低至0.53%，月軋輥失效支數(shù)由最高19支下降到穩(wěn)定控制在2~5支，有效提高連軋機(jī)組生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。
結(jié)束語(yǔ)
剝落、斷輥、裂紋作為軋輥失效的主要形式，可以在軋輥使用過(guò)程中加強(qiáng)無(wú)損探傷檢測(cè)、優(yōu)化軋制工藝及原料質(zhì)量監(jiān)控、規(guī)范軋輥使用管理，避免存在質(zhì)量問(wèn)題的軋輥非預(yù)期使用，減少生產(chǎn)事故，降低軋輥失效數(shù)量，穩(wěn)定生產(chǎn)，降低成產(chǎn)成本。
來(lái)源：《金屬世界》2020
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