轧辊失效指南

1、目录第一章剥落1. 1马鞍形剥落1.2挤压裂纹和带状疲劳剥落1.3外层/芯部结合层处剥落1.4外层/芯部接合层工作层厚度不够1. 5辊肩脱落第二章热裂纹2.1带状热裂纹2.2梯状热裂纹2.3局部热裂纹第三章机械事故损伤3.1冲击过载造成轴承部位断裂3.2弯矩引起的轴承部位断裂3.3传动端扭矩引起辊颈折断3. 4辊承磨损及烧死引起的辊颈折断3.5热(应力)折断第四章表面及次表面(皮下)缺陷4. 1针孔和气孔4.2夹杂4.3硬点和软点第五章轧制过程中辊面状态5. 1表皮剥落5.2大块带状剥落5.3粘钢5. 4带边边缘磨损5. 5划伤/机械碰伤印痕前言1.目前，对任何成熟的轧制过程、轧制工艺，都可有

2、不同的轧辊材质选择。这些轧辊在正常的轧制条件下，可以顺利得用到报废直径。然而，为了得到这一结果，正确的轧辊管理是非常必要的，这当中包括轧制周期长短的确定，良好的磨辊程序及无损检测手段。除此之外，轧辊磨损轮廓的测量记录，工作硬化层的检测对轧辊服役期的增加也会是有益的。2.在确定宽带钢工作辊材质时，轧辊制造厂家需要知道相关的轧制条件，其中包括精轧段机(架)的数量，轧辊服役的架次，带宽单位宽度上的轧制力，轧辊工作部位的最大预弯度，这些要素决定了复合轧辊芯部和外层材质的选择。3.尽管轧辊制造商和用户都谨慎行事，还会发生轧辊失效，导致轧辊部分或全部损失，甚至损坏到轧机设备。这些轧辊失效的原因都是与制造或

3、使用相关的。4.轧辊断裂的形貌往往用于鉴定断裂的原因。一般来说，断裂可以是由负荷超载还是疲劳所引发的。疲劳断裂初始从裂纹开始，逐渐延展，形成典型的断裂面。这种断裂面相对平滑，呈现多条抑制线，一旦疲劳裂面达到临界大小，剩余的截面便突发破裂。疲劳断裂的典型例子有支撑辊剥落、支撑辊颈折断，还有二辊式轧机的工作辊从内圆角区域处的断裂(应力腐蚀也会是引发原因之一)。5.工作辊辊颈由于弯曲或扭矩过大引起的折断往往是自发性的。这主要发生在负荷超载时所引发的辊颈折断。这种折断也会发生在工作辊的辊身中部，尤其是四辊轧机的工作辊。6.工作辊传动端因扭矩过大而折断往往是由于机械负荷超载所引发的。机械负荷超载可能是轧

4、辊间隙设置不当所致，也有可能来自外来物渗入轧辊间隙。该种情况会在没有扭矩过载保护装置的轧线上发生，或保护装置失控的情况下发生。在机械负荷超载的情况下辊颈的折断可以有效地防止轧机及其部件的损坏，如主轴、齿轮箱及主电机。由扭矩过大引起的辊颈失效可看出断裂面与轴向或45°。为了减少轧机的损坏，工作辊的传动端就材质而言，针对最大的扭矩负荷，设计成相对弱的部位。7.事故的发生，如粘接、卡带或辊缝间隙设计不当不一定都会引发轧辊的损坏，事故之后对轧辊正确处理非常重要。将损伤的轧辊适当修磨消除缺陷是最安全的办法。有许多有用的技巧处理事故后的轧辊。因此，钢厂人员有必要注重这方面的相关措施。8.支轧辊的

5、成本包括购买价和修磨费用，总是同轧机的运行成本联系起来一同考虑。一支新辊的价值一般低于一个热轧厂运行一小时的价值，然而复杂的轧辊事故可以导致轧机长时停机，有的长达15小时其至更久，而且很难排除。另外，轧辊事故对支撑辊或轧机的损害也是不可排除的。有些报坏常常需要一段时间才能体现出来。9.这本轧辊失效的册子将有助于将来解释和防止类似情况发生。10.尽管本手册提供的一系列轧辊在服役期中所存在的问题及现象，但仍不排除有没包括的间题。我们可以承诺此手册概括90%的轧辊使用过程中所出现的现象，对轧机操作人员提供有力的帮助。11.欢迎用户对本手册给予有益的建议，补充和预防措施以便使此手册能成为轧辊用户和制造

6、厂家的活用的工具。第一章剥落1. 1马鞍形剥落1. 1描述这种马鞍形状的疲劳剥落是起源于结合层下部芯部材质，从而引发了大块的掉肉。从断裂表面上我们可以看到许多疲劳截面的传播途径。这种剥落往往发生在片状石墨芯部的离心工作辊（4辊轧机)，而且发生的部位往往是辊身中部。1. 1. 2起源这种剥落往往是由于在轧制薄而硬的带钢时，压下比大，轧辊在循环承受高负荷而引发剥落。轧辊芯部材质交错地受正负应力的作用，在超过疲劳极限时，会引发微裂纹的产生。随着微裂纹的增加，则会导致芯部材质的弱化。下一个阶段，这些裂纹通过传播，逐渐由芯部延伸到辊身表面，进而产生“马鞍形”掉肉。在轧辊自身残余应力还在的情况下，越容易导

7、致这种现象的发生。其实这种现象通常可用超声被手段及时地检测出来。超声的回波的减弱会给我们这方面的提示。也就是说这种轧辊材质不能承受此类轧机的负荷。轧辊制造商责任1. 1. 3预防措施对轧辊制造厂家来说，客户能够提供必要的前期轧辊失效原因.以及相关的轧制过程参数，如轧制负荷t/m带钢宽度)是很重要的.对负荷大的轧机，应采用高强度的球墨芯部材质避免低强度的片状石墨材质。1.2挤压裂纹和带状疲劳剥落(猫舌状剥落)1. 2. 1描述在初级阶段，在局部挤压过大的区域，在轧辊表面会形成一条或几条裂纹，这样的裂纹往往会在平行于辊轴的方向形成，然后逐渐沿径向传播;在下一个阶段，疲劳会逐渐向圆周方向漫延，呈现出

8、平行于辊身表面的猫舌状断裂带。断裂面的漫延方向同轧辊旋转方向相反。这种断裂首先是在工作层中产生的，进而逐渐往辊身方向变深变宽，最终导致辊身大面积的剥落。1.2.2起源过大的局部超负荷超过轧辊外层的抗剪切强度时则会引发裂纹。在持续的轧制过程中疲劳则会继续引发裂纹的产生，进而导致辊身局部大面积掉肉。对服役期较长的工作辊和支承辊，常常磨损的表面会时常产生局部的超负荷，对不正确的CVC轮廓来说也是同样。对持续使用弯辊技术，没有合理的辊端倒角轮廓以均衡支承辊端部应力)的支承辊，轧机事故以及轧制外来物都会引发此类裂纹。用户责任。1. 2.3预防措施轧辊每次服役后应对其缺陷进行检测。在发生严重轧机事故后，轧

9、辊应进行100%裂纹检验，除此之外，还应采取一系列附加的措施，如服役期的长短的控制，修磨时能否完全去除裂纹、正确的轧辊凸度控制等等，从而有效地控制由于负荷过载所导致的轧辊失效。用户可通过良好的轧辊检测纪律及正常的轧机运行避免此类失效的发生。1.3表皮/芯部结合层处脱落1.3.1描述大区域表层金属由于结合层不良与芯部材质脱落，遂后脱落层沿着这一弱结合面进一步扩沿，最终导致工作层局部剥落。1.3.2起源此类轧辊的要求之一是达到表皮材质同芯部材质完全的冶金结合。表皮同芯部的分离是由于以下结合层强度的减弱所造成的，其主要原因是：l 表层和芯部间残留的氧化层l 结合层中残留的玻璃渣和杂质。l 结合层中过

10、多的碳化物，气孔，片状石墨或非金属残留物如硫化物等。其它造成表面同芯部脱落的因素有:l 由于轧制事故，可能造成局部负荷过载，引发外部与芯部材质的脱落，进而这一分隔面沿着结合层逐步扩展，直到达到临界尺寸，瞬间产生二次脱落。这种损坏形式在结合层役有任何缺陷的情况下也可发生。l 由于不正常的过热现象冷却系统问题，粘钢等)结合层径向张力过大，也会导致结合层剥落。一般情况下，如果结合层有可以看出的缺陷，就是轧辊铸造质量间题。1.3.3预防措施超声披检测可检测和量化表皮与芯部结合程度，并可预测轧辊在使用过程中此结合层脱落的传播面。具有破坏性后果的剥落，一般通过轧辊使用前的超声波检测是可以避免的。这样的轧辊

11、，其结合层局部分离尺寸已接近危险尺寸的，不能上机使用。1.4外层/芯部结合层一一工作层厚度不够1. 4. 1描述表皮同芯部完全结合，但是工作层厚度不够，轧辊无法使用到报废直径。芯部材质具有更多石墨，合金量较少，所以比外层金属软许多，颜色呈灰色。由于结合层往往是沿着外层金属的凝固线所形成的，因此在辊身表面所呈现的此类缺陷是不连续，不规则的。1. 4. 2起源离心层厚度取决于离心浇铸过程中的许多参数，如:离心层的浇铸铁水量，浇铸温度和停滞时间。当其中一个参数没达到设计要求值时，离心层厚度就达不到要求。轧辊制造质量问题1. 4. 3预防措施采用可达到要求厚度的浇铸参数。1.5辊肩脱落1.5.1描述工

12、作辊表面或表层裂纹引起的脱落，发生在园周向距辊肩大约100300mm处。裂纹一直向辊肩非工作面发展。严重时，裂纹及引发的脱落可发展到辊身辊颈过渡圆弧处。当裂纹延展到一定深度时，就会引发大块剥落。1.5.2起源辊肩压力过大，工作辊正弯曲引发的负荷，支撑辊的倒角设计不当，板型不好，带钢边缘过厚(狗骨头状)或不适当的装配等等都会造成轧辊局部过载，从而造成局部剪切应力超过工作辊辊身自身材质抗剪切强度。外加轧辊辊端长时间磨损过大，易造成辊身端部局部过载，引发裂纹的产生。随着裂纹的进一步延展，扩至辊身非工作面，造成剥落。1.5.3预防措施确保支撑辊的辊身完好，恰当的辊端倒角设计。避免在工作辊辊端部位应力过

13、于集中。确保弯辊得到很好的控制。注意工作辊支承辊的之间的配合和轮廓的设计。2.1带状热裂纹2.1.1描述相当于带钢宽度的部位，与工作辊接触的弧面。这些裂纹往往看上去是镶嵌式的，但裂纹的间隙往往宽于传统热裂纹的宽度。2.1.2起源在轧机发生机械事故时，带钢粘在工作辊的表面时间可能会很长。在接触部位的辊身表面温度可能会急剧增加，进而使整个轧辊温度增加，所导致的热应力在有些情况下会超载辊子自身材料的热态屈服强度。当带钢与辊身脱离时，在轧辊起吊过程中，辊面得到冷却，有些表面则会产生收缩，从而引发表面裂纹。产生热裂纹的严重程度取决于粘钢接触过程的长短和冷却速度。2.1.3预防措施防止轧机事故坯料粘结。在

14、轧机发生事故时，应快速打开轧辊间隔，关掉冷却水，去掉辊身上卷曲的带钢。为避免对轧辊的损坏，应立即启动轧辊旋转装置，等辊身温度均衡时，打开冷却水使辊身的温度进一步均匀化。对末架轧辊换辊是一必然措施。辊身必须重新修磨，以避免任何裂纹的存在。(采用无损探伤，以避免内部缺陷)2.2梯状热裂纹2.2.1描述这种裂纹呈现出沿园周向的宽带，裂纹的朝向是轴向的，然而却是向径向扩延的。2. 2. 2起源这种裂纹的起源可能是由于冷却水的不足所导致的，比如说冷却水喷嘴被堵。由于裂纹的产生，辊身的温度也就会越高，这种裂纹往往比热裂纹深。用户责任2.2.3预防措施保证冷却系统的正常运行，充分保证冷却水的量及水压。定期检

15、查喷嘴的位置及功能。2.3局部热裂纹2.3.1描述辊身局部出现热裂，有时有局部掉肉。2 .3.2起源这种失效的原因在这些局部可能是由于机械和热应力的双重作用超过了辊子自身的材质的抗屈服强度所导致的，并且在进一步冷却中还会进一步扩展。轧机事故，比如说由于划伤，粘钢，带钢边缘划伤及尾部的卷边所导致的划伤是造成这一失败的主要原因。热裂纹和挤压裂纹的双重结合会使这种现象非常危险。因为这一失效会导致带状疲劳剥落或甚至引发即刻剥落。用户责任2. 3.3预防措施改善轧制条件以避免这类轧机事故发生。当出现轧机事故时，应立即把轧辊撤下轧机，并进行进一步的观察及修磨。3.1冲击超载造成轴承部位断裂3.1描述这种失

16、效往往起源于紧邻辊端底部的圆弧部位。由于裂纹的扩展，导致辊颈截面断裂。裂纹开始时沿着整个截面发展，最后延伸到辊身侧面，切下辊身端面的一部分。3.1.2起源在冲击负荷下，最大负荷超过了轧辊芯部材料所能承受的最大抗弯曲负荷，发生截面断裂。断裂一般产生于负荷应力为最大的截面。当轧辊由于不正当的使用或运输、吊装，如:摔落、换辊吊梁使用不当等等，裂纹就会产生，甚至经常发生断裂。如我们看到断裂的辊颈上带有辊身的一部分时，说明轧辊使用不当。这种现象是由于轧钢厂使用不当造成的。用户责任3.1.3预防措施轧辊间搬动轧辊要轻拿轻放。当轧机上没有自动换辊设备而需要手工换辊时，吊梁一定要摆放正确。轧钢时，避免冲击负荷

17、及过负荷运作。3.2弯矩引起的轴承部位断裂3.2.1描述断裂面从轴承部位外部开始延伸到整个截面。典型的是从圆弧部开始，常常会由于疲劳而产生的裂纹的扩展后引起的。3 .2.2起源这种断裂是因为高弯矩负荷超过了轧辊轴承部弯矩负荷极限或抗疲劳极限。它常常发生在热轧二辊机架任何材质的工作辊上。断裂原因可分为以下几种情况:l 高轧制力和过低轧辊强度设计。l 轧制事故引发的高弯曲负荷。l 轧辊在轴承部位有质量缺陷。l 轧辊辊身辊颈部过渡圆弧太小，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。问题的责任可能在使用方也可能在制造方。3.2.3预防措施避免弯曲负荷超载。选用符合要求的轧辊的设计和轧辊材质。

18、将过渡圆弧部分抛光以减少刀痕所引起的切口效应。保护过渡圆弧，避免其发生锈蚀。安排经常性的轧辊检验。3.3传动端扭矩引起辊颈折断3.3.1描述断面同辊轴不垂直，经常展示由撕裂引起的像钻头形状的断面。这种断裂发生在传动端强度最低的截面，经常是辊子密封圈安放处，并向辊颈心部和轧辊圆弧顶部扩展。3.3.2起源加在传动端辊颈部位的扭矩超过辊颈材质最大的承受能力。辊颈的强度受到密封圈安放处槽底、径向钻孔等半径尺寸过小所引起的应力集中及切口效应的影响，强度降低。如果负荷从轧机设计和轧制角度看是正常的，那么轧辊的材质就需要更换。当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，造成断辊。过载会在下

19、列几种情况下产生:l 轧机由于粘钢引起的停转。l 轧辊事故，如粘钢，不恰当的初始轧辊间隙等等。l 轧辊与传动轴安装问题，原因可能是使用方安装造成的，也可能是厂家加工造成的。这种断裂一般是厂家使用不当引起的。用户责任3. 3.3预防措施确保稳定的轧制状况。避免在高负荷截面出现小半径的圆弧及圆孔，如在密封圈安放处，扁方或梅花头处。确保转动处及联接系统的尺寸精度。3.4轴承磨损及烧死引发的辊颈折断3.4.1起源在辊颈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，磨报也会产生破损。所产生的转动磨痕、热裂

20、的裂纹会从加油孔向外扩展。3.4.2起源不恰当的、损坏了的或没安装的密封环造成冷却水、氧化皮和其它杂质侵入轴承与辊颈间隙。轴向深度拉痕是由于轴承与辊颈间存在的一些小金属碎片引起的，当辊子下机修这些小碎片可能会隐藏在轴承与辊颈之间，造成划伤。如果润滑油的粘度太低，轴承和辊颈间安装间隙不合适，加上杂质的存在可能导致辊颈表面磨损，甚至可导致辊颈与轴承之间的冷焊和粘合，也会造成润油孔的堵塞，造成磨擦负荷增加，产生过热，热裂，使轴承抱死。如上所述的辊颈过早磨损，润滑油贫乏，加工圆度不够，密封圈安装不当和其它各种密封不当都会导致冷却水进入轴承，造成腐蚀。3.4.3预防措施确保任何时候在轴承内有足够的油和其

21、它润滑剂。加强密封圈的维护以避免冷却水和氧化皮进人轴承区域。3.5热(应力)折断3.5.1描述轧辊断裂，断面显示从心部或中心附近发出的径向放射状断裂纹。断面垂直于轧辊轴心，断面通常位于辊身中部或近于中部。这样的断裂通常称为热断。3.5.2起源这种热断同辊身表面和芯部的最大温度差有关。温差的产生是由于辊子冷却系统不利，甚至冷却系统瘫痪，或辊身都由于轧制初期过钢量过大，导致辊子表面过热。辊身表面同内部的温差产生热应力，它加在辊身原有的内应力上。例如:辊身表面同内部的70°的温差，会在轧制初期最关键时刻产生轴向110Mpa额外热应力。一旦芯部轴向应力超地芯部村质的最大强度，热断就会突然产生

22、。问题可能出在使用方，也可能出在制造方。3. 5.3预防措施良好的轧辊冷却系统是最好的保障，它确保可能产生的最大的温差不会带来任何问题。如果，举例来说，一次轧制结束时，最大温差不超过65的话，一般来说，轧辊无论从开始到大轧制量下，都不会由于温差产生热断。如果冷却系统不好，就需要使用一些安全措施，例如:l 在轧制初期减少轧制量。l 轧制前对工作辊进行预热。l 轧辊温度必须达到同室温一致的温度200C)，方可上机。l 轧辊芯部使用高强度材质用球墨铸铁材质代替片状灰口铁材质)。l 轧辊制造时，避免产生过大的内应力，避免内部的铸造缺陷，如:缩孔、偏析、气孔等等。第四章表面及皮下缺陷4.1针孔和气孔4.

23、1. 1描述这些缺陷可在轧辊表面或次表面可观察到，所观察到的气孔可能是圆的或不规则的，内部的颜色可能是发亮的，也可能是不发亮的，这些孔眼随机地分布在辊身表面。4.1.2起源发亮的内孔常存在在表面底下，针孔由于役有与空气接触，因而无氧化反应产生。这种气体有可能来源于冷型涂料，也有可能来源于冷型的热裂纹。另一种类似的铸造缺陷，气孔，是由于钢水凝固过程中由于枝晶间的收缩补缩不足所产生的。对静态浇注的铁辊，有些气孔也会被残余的气体所填充，有时我们会看到这样的环状硬点。这种现象会导致轧辊表面质量问题，但很少会导致轧辊灾难性的失效。制造厂责任。4.1.3预防措施轧辊制造厂家应完善其造型，熔炼，浇注过程，任

24、何有铸缺陷的轧辊应拒绝出厂。4.2夹杂4.2. 1描述任何非金属夹杂可能具有不同的大小和外形。4.2.2起源这些夹杂可能有不同的起源，比如说钢水渣，或是冷型及铸造设备这种夹杂通常会影响带钢的表面质量，但还不至于导致辊子的全面报废。4.2.3预防措施轧辊制造厂家应加强对轧辊浇铸过程中钢水及相关设备的清洁度。在一定的尺寸范围内，通过超声波探伤可检测到此类缺陷。4.3硬点和软点4.3.1描述这些表面或皮下缺陷看上去是环状或半环状的，灰白色，往往高于或低于基体的硬度。他们常常会在较大面积上影响轧辊的寿命。4.3.2起源这种现象仅局限于高心浇注辊。解释的原因也是多种多样的。硬点往往是偏析的铁的碳化物集中

25、区，而软点则反映出碳化物贫乏区或石墨富集区。一种原因是在铁水最终凝固前，可能由于离心力的作用，气孔所引发的外层金属的偏析。气体可能来源于冷型涂料粘结剂中的结晶水的突然脱落。其它理论也谈到离心浇注过程中由于辊模旋转速度过大所导致的振动从而达至结合层上的偏析。制造商责任，对带钢的表面质量会有影响，但不会导致严重的后果。4.3.3预防措施轧辊制造厂家在轧辊制造过程中应保证辊模良好的装配，选择良好的涂料配比，避免离心浇注过程中由于转速过大所导致的振动。第五章轧制过程中轧辊的辊面状态5.1表皮剥落5. 1. 1描述在轧制过程中，轧辊与带钢接触的表面会形成一层氧化物保护膜，如果部分区域氧化保护膜脱落，我们

26、称这种现象为局部剥落“Peeling”。 Peelin:发生时，我们会观察到在轧辊母体上，在圆周方间有一圈银色的斑痕，掺插在役被破坏的表面之中。5.1.2起源当轧辊离开轧制表面的时间间隔内，轧辊的表面会形成一层氧化物保护膜。此保护膜的量与轧辊辊面温度是相关的。这层保护膜承受轧辊和带钢运转速度不同所导致的交错的剪切应力的影响，一旦达到氧化膜的抗剪切强度，氧化膜的剥落就会产生。"Peeling"仅仅局限于轧辊氧保护膜被破坏，然而辊身的基体材料没有被破坏情况，轧辊自身的材质仍然能够抵抗轧制过程中的剪切应力。这种现象的发生取决于轧制过程中的轧制条件，其中包括带钢的表面温度这一温度也

27、决定带钢表面氧化磷的性质和硬度)，压下比，轧辊的冷却和轧辊的服役期的长短。这是一常见的轧制现象。5.1.3预防措施通过优化轧制温度，机架之间的冷却，表皮冷却和轧辊的冷却来有效地控制带钢表面温度。轧辊服役期应随轧材和轧辊的材质而定。5. 2大块带状剥落(Banding)5.2.1描述在轧辊周间形式的银光带在严重的情况下会发展成粗糙的宽光带这一现象叫做"Banding"。"Banding"常常会出现在精轧前几架的工作辊，有时服役期并不长。当高铬辊在同一架次和位置服役期过长时，"Banding”发生。5.2.2起源这种现象主要是由于轧制过程中负荷的交

28、错变化所引发的。当热负荷高于轧辊自身材料的抗剪切应力时，剥落就会发生。位于在轧辊初始裂纹深度区的表面裂纹就会开始延展，进而导致所影响区的剥落。当轧辊表面一旦开始剥落，所引发的剪切力很快就会使得辊身沿整圆周向形成剥落带Peeling hand。剥落层的厚度往往是0. 1到此0.2mm厚。一般相当于初始裂纹的深度。5. 2.3预防措施调整轧辊服役期的长短，以避免“Banding”现象的发生重要的因素有:l 轧辊的材质l 机架之间的冷却l 表皮冷却l 润滑l 压下比l 轧辊冷却l 轧制速度5.3粘钢5.3.1描述局部粘钢现象往往会在轧制外常薄的带钢时末机架工作辊会产生粘钢。5 .3.2起源发生粘钢的最重要的两个特定条件是:高压力、低轧制温度。特别是在轧机出现故障时，比如带钢的弯斜、卷曲、带钢端部的叠折，都会导致轧机出现短时间负荷过