冷轧生产企业轧辊缺陷产生原因及防范措施

摘 要：分析了冷轧辊缺陷的形成机制，针对冷轧辊产生缺陷的原因，在实际生产中采取了积极有效的措施，避免带有缺陷的轧辊上机使用，大大降低了轧机的非正常停机时间，同时轧辊的吨钢消耗也大幅降低。

关键词：冷轧辊；裂纹；剥落；对策

轧辊是轧钢生产中的一种大型工具，其性能与质量将直接影响轧机产量和产品质量，其消耗在轧钢生产中占很大比例。因此，轧辊的使用与管理在冷轧的生产中至关重要。 本文所列举的冷连轧机为四机架六辊UCM（Universal Crown Mill）轧机，设计产量为152.8万t，其技术从国外成套引进，是目前国内装备水平较高的冷轧机之一。自投产以后，多次与国内外的轧辊专家进行了技术交流，以提高轧辊的使用和管理水平。研究冷轧辊缺陷产生的原因，并采取相应的具体措施，以便降低轧辊消耗，对降低成本和稳定生产有着重要的意义。

1 冷轧辊缺陷的主要形式

当前我们所使用轧辊来自于日立金属、美国电钢、英国轧辊、中国一重、邢台轧辊和常冶轧辊等几家轧辊生产制造厂，其材质为3Cr，5Cr和4CrMo锻钢。目前出现的轧辊缺陷按照所产生的形态可以分成软点、剥落（爆辊）和内部裂纹等三大类。

1·1 轧辊软点

轧辊表面的某些地方会显示出比轧辊表面其它地方硬度值变化较大情况。通常这些软点区域的硬度值要比基体材料的硬度低20HS。一般情况下软点区域用肉眼是分辨不出来的，但是经过硝酸酒精腐蚀以后，就会显示出来，呈现一片暗色区域（见图1所示）。在某些情况下，软点疵瑕也可以保持有硬化情况和回火色（兰色/棕色）。

1·2 轧辊剥落

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。剥落按照产生的原因不同可分成下述几类。

1.2.1 轧辊表面剥落

轧辊表面剥落可通过裂纹表面的“破损”轨迹来鉴别。这种疲劳“破损”轨迹的显著特征是具有典型疲劳痕（海滩纹见图2所示）或在疲劳裂纹面上的“扇形”裂纹流线。疲劳“破损”轨迹蔓延的方向与轧制时轧辊旋转的方向相反。

1.2.2 接触应力引发的剥落

由于轧机的负荷以及轧辊在接触点上的局部挤压，造成的最大组合剪切应力（通常称作“赫兹应力”）位于轧辊表面之下的某个较小区域中。多处的裂纹可以引发并在赫兹应力超过轧辊的抗拉强度时，在表面之下位置发生弥散，导致剥落的产生，这会通过两种模式发生。瞬时模式：赫兹应力突然地发生。主要是在工作辊断带缠绕、打滑或突然停机时发生。赫兹应力显著地提高，很容易超过轧辊的抗拉强度。然后表面下的裂纹可瞬时形成并在轧制应力进一步循环下，通过疲劳方式引发剥落的产生。某些特殊情况下，表皮下的裂纹既可以引发，也可以造成瞬时剥落见（图3所示）。

高周期疲劳剥落：表皮下裂纹引发的这种方式，一般在支撑辊中发生的比较常见，并且通常并没有轧机事故就会发生。一般说来，这种类型的疲劳断裂被描述为“易碎”型剥落，表明整个过程在轧辊表皮下引发。应力作用次数是非常重要的，即使低于轧辊材料强度的应力，但是由于反复作用也可导致裂纹引发，即疲劳产生裂纹导致剥落的产生。由于非常小的裂纹平行分布于轧辊表面的切线上，高周期接触应力的疲劳蔓延可在应力区域内的许多地方发生。然后重复的循环应力将这些裂纹弥散到表面直到剥落发生（见图4所示）。

1·3 内部裂纹

内部裂纹是指在轧辊的芯部存在的缺陷，我厂在使用国外某厂家的工作辊时发生了若干起由于内部裂纹导致的爆辊事故（见图5所示）。

2 冷轧辊缺陷产生的原因及对策

带有缺陷的轧辊上线使用时，容易发生轧辊剥落事故，这既会增大轧辊的消耗又严重影响轧机的正常生产。为此，我们对轧辊缺陷产生的原因进行了分析。

2·1 轧辊软点产生的原因及防范措施

在轧机运行过程中，当轧辊的某个局部温度超过轧辊加工过程中承受的回火温度时，软点就会产生。因为轧辊总体硬度值是来自于轧辊加工时回火温度的设定，通常情况下，回火温度越高，轧辊硬度值就越低。因此，轧制过程中，当局部温度超过轧辊的回火温度时便会产生软点，导致产生软点现象的一些潜在“热”源有：断带、打滑、轧机故障（卡钢或堆钢）、不均匀的乳化液冷却喷淋、要轧制产品的厚度变化、冷却剂温度和轧机速度。如果避免任何一种这些潜在“热”源都会减少在轧辊表面软点的形成。在软点产生的过程中，随着轧辊局部温度的升高，在轧辊的表面会产生应力，这种应力的产生会导致在软点区域内出现热裂纹。随着轧机的不断运行，热裂纹就会向内部弥散，使剥落发生，也可以说软点是轧辊产生表面剥落的第一个阶段。带有软点轧辊的处理：首先通过磨床上的涡流探伤仪找出轧辊表面的软点区域，粗磨结束后再次用涡流探伤仪对轧辊进行检测，如果发现缺陷的脉冲信号大于设定的阈值时，则继续进行粗磨，直至缺陷完全消除即脉冲信号小于设定的阈值时为止，只有在这种情况下才能对轧辊继续进行半精磨和精磨的磨削。

2·2 表面剥落产生的原因及防范措施

在轧制时由于断带、甩尾、钢带重叠等而发生的卡钢或打滑，对辊面的接触区域造成热冲击，使辊面产生不同程度的烧伤，导致辊面出现应力集中的因素。如果作用在轧辊上的轧制应力大于轧辊的抗拉强度，表面裂纹有可能在轧制周期内发生弥散导致剥落的产生。

防范措施：1）控制轧制速度，减少高速断带导致的轧辊缠钢；2）缩短轧制周期，以降低轧辊表面损伤的机会；3）在轧辊上机之前，可在磨削操作时消除引起疲劳剥落的各种因素，如可适当增加轧辊的磨削量，以便于将轧辊在线使用时所产生的疲劳层全部修磨干净。

2·3 内部裂纹产生的原因及防范措施

冶炼时S、P和H控制不好或是没有采用电渣重熔（ESR）的技术造成辊坯芯部存在夹杂，此外，在轧辊坯料淬火时会发生相变，由奥氏体转变成马氏体时，由于马氏体比容大，淬硬部位的体积就会增大，表层淬火后形成马氏体，体积膨胀，而内层芯部无此变化，所以就会形成表层对辊身有一个使体积扩大的拉力，这个拉力在金属强度薄弱区（夹杂、疏松、白点）很容易产生裂纹。我们在使用国外某家轧辊制造厂的工作辊时，当辊身直径处于￠410～￠400时，总计出现了8支轧辊存在内部裂纹，这其中有些轧辊在磨床上的超声波探伤仪检测出内部裂纹以后（见图6所示），自身就发生了剥落，我们认为这种内部裂纹与这家轧辊制造厂在轧辊辊坯熔炼时没有采用电渣重熔工艺有很大的关系，由于没有采用电渣重熔导致轧辊内部存在夹杂，轧辊在上机使用不断受到交变拉压应力时，夹杂就会与轧辊的基体组织分离导致金属组织不连续，从而产生内部裂纹。防范措施：一旦检测发现轧辊存在内部裂纹，立刻要求停止磨削，更不能装配上线使用。

为了弥补涡流探伤对于环境信号较为敏感和检测不到轧辊次表面的缺陷，我们还增设了一台表面波探伤仪用于轧辊次表面的缺陷检测。缺陷的判定：检测之前辊面必须清理干净，不得有油渍、污物存在。检测时探头沿轧辊轴向缓慢移动，在起始波和反射波之间，不应该出现脉冲波形（见图7所示），若出现脉冲波形，则检测的轧辊可能存在缺陷；在检测到异常脉冲信号时，可以用手指沾一些机油沿轧辊的圆周方向移动，待脉冲信号移动到与异常信号重合时，这个位置就是缺陷的位置。一个检测完毕后，将轧辊旋转180°进行下一个检测，这样做的目的是避开扫描的盲区。具体步骤，此处不再详述。

3 结论

（1）通过对已出现的轧辊缺陷的分析，初步掌握了轧辊缺陷产生的原因，轧辊缺陷所产生的形态可以分成软点、剥落（爆辊）、内部裂纹等几大类。针对不同的缺陷，采用不同的检测手段，以提高轧辊的使用效能。

（2）通过对冷轧辊产生缺陷的原因分析，采取积极有效的预防措施，取得了很好的效果，2007年，我厂冷轧机的吨钢消耗小于0.5 kg，已达到国内先进水平，为释放冷轧产能、提高冷轧板表面质量，增加经济效益提供了有力的保障。

参考文献

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[2] 板带轧机工艺学[M]·马东清，陈荣清，赵晓林，姜正义，姜正连译·北京：冶金工业出版社，1998

[3] 黄华清等·轧钢机械[M]·北京：冶金工业出版社，1979