热轧带钢精轧辊的正确使用及其失效原因分析
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１轧辊使用与维护技术要求
轧辊在轧制服役过程中与高温轧制材料接触，既要承受轧制压力、扭曲力作用，还要承受机械冲击、机械磨损与热作用。各种因素综合作用一旦处理不当，极容易引发轧辊疲劳，导致轧辊失效发生ｆⅧ。
１．１轧辊使用的技术要求
新辊使用初期的综合性能最佳，轧材质量最稳定。轧辊配对使用时，严格遵循上、下辊直径偏
差在０．０５～０．１５ｍｍ，在这种状态下，能够减轻带材对轧辊的瞬时冲击力过大，保护辊面不受伤
害。
轧制冷却水要均匀、连续、足量对轧辊进行有效冷却，常规热轧带钢轧机冷却水量应维持在４００～６００ｍ％【ｌＪ。轧辊在轧制服役过程中，轧辊表面温度控制在５５℃以下最佳。异常情况下，高铬铸铁轧辊辊面温度最高不得超过６０℃，镍铬无限冷硬铸铁轧辊辊面温度不得超过６５℃。辊温过高，辊面易出现热疲劳或改变辊形曲线。每次轧辊上机前必须将轧辊表面各种缺陷（主要是龟裂纹）去除掉。即使无龟裂纹，也要将辊面疲劳层去除。轧辊上机一次使用与修复（包括磨损、疲劳层去除与辊形修复）的磨削总量一般为０．３５一Ｏ．６０ｍｍ为宜。
正确合理使用轧辊，建议轧辊每次上机轧制轧材总量在ｌ８００—２４００ｔ为宜（按轧制长度标定，每轧制４０。６０ｋｍ换辊一次）。过量轧制，将造成轧辊过度磨损和微裂纹加深，增大二次磨削量，轧辊消耗增高的同时，也会导致板材质量（粗糙度、平整度、尺寸精度、厚度偏差）的严重下降。
１．２轧制故障处理及轧辊维护
当轧制过程中冷却水系统发生故障或出现轧制事故时，为避免形成较深的龟裂纹，应尽快关闭冷却水流；轧辊下机后要进行全方位质量检查，将龟裂纹等表面缺陷彻底磨削掉。
轧辊严禁激冷、激热。下机轧辊应首先存放在缓冷坑（或冷却装置）慢慢冷却，待轧辊彻底冷却至常温后再进行磨削，否则磨削出的轧辊曲线不真实。轧辊上机前预热温度２５—４０℃，预热时间２．４ｈ。
定期对轧辊进行探伤，检查轧辊表面、内部５８Ｉ现代铸铁２００９／３组织与结合层的质量。保证轧辊能够正常周转使用，建议按“一配七”备辊，提高轧辊抗事故风险性。建立完整的轧辊使用记录，全面标记轧辊辊号，使用机架部位，上下机磨损、磨削数据，轧材品种，轧材量，轧制公里数，轧辊质量状况等相关信息，并定期对轧辊使用数据结果进行统计分析。
２轧辊失效形式分析
轧辊失效形式主要有剥落、断裂、裂纹等。２．１轧辊剥落失效
轧辊剥落失效，有工作层剥落、压力裂纹和带状疲劳剥落、辊肩脱落等几种形式。
２．１．１轧辊工作层剥落
（１）特征：以工作层组织材料剥落为特征，始于工作层或工作层与芯部界面以下的芯部材料，并从辊身表面劈开。在剥落的深处可以看到不同深度疲劳线，扩展方向是从芯部向辊身表面传播（如图１、图２所示）。
（２）原因：图１是因工作层深度不够而引起的，图２可能是轧辊在口环承受高轧制负荷导致芯层材料压力过高，超过了材料疲劳极限，引起芯部材料逐渐弱化造成的，或是轧辊外层材料与
芯部材料冶金结合不好造成的。
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（３）措施：常规轧辊单面工作层厚度要大于轧辊单面使用报废厚度５。１０ｍｍ。轧辊上机使用前，用超声波对轧辊工作层厚度进行探伤检查确认，可有效防止类似问题发生。对发生过轧制事故的轧辊，应进行１００％裂纹探伤检测。轧辊在采购时应向轧辊制造者提供有关轧制负荷的相关信息及轧辊使用过程中曾出现过的各种问题，这样轧辊制造者会根据情况提供满足要求的轧辊。２．１．２压力裂纹和带状疲劳剥落
（１）特征：在接近辊身的表面，初期有一条或多条裂纹在辊身局部过载处形成，这种裂纹总是与轧辊轴向平行，但以非径向方向扩展。随着轧制过程的继续，疲劳、像猫舌样的断裂带会逐渐向与轧辊旋转方向相反、平行于辊身表面、在轧辊工作层内环形方向发展并逐渐加深、加宽，最后覆盖辊身的表面层剥落（见图３、图４所示）。
（２）原因：这种剥落是由于辊身局部过大的轧制负荷超过轧辊外层材料的抗剪切强度，而引发的早期裂纹，在持续的轧制过程中疲劳会继续引发裂纹的发展，进而导致辊身出现局部大面积掉肉，图５为裂纹发展演示【４１。
（３）措施：每次轧辊下机后要进行常规裂纹探测检查（超声波、涡流、着色渗透法），可以识别到危险的、初始裂纹存在，并在下次轧制周期前将其完全去掉，会避免轧辊剥落等重大事故的发生。在发生轧制事故后，建议立即换辊，进行１００％裂纹探测检查，并在下一次轧制前对轧辊进行适当研磨修复。另外还要适当控制轧制长度、及时清除坯料残留物、校正轧辊弯度及防止弯斜受力不均等措施，最大限度防止轧辊局部过载。
２．１．３辊肩脱落
（１）特征：辊肩脱落是指工作辊表层或次表层裂纹引起的脱落，发生在距辊肩大约１００。３００ｍｍ处。这种裂纹形成一直向辊肩非工作面发展，严重时引发的脱落可发展到辊身、辊颈过渡圆弧处，见图６所示。
（２）原因：辊肩脱落是因为辊肩压力过大，工作辊强制正弯曲引发的。支撑辊的辊身端部倒角
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设计不当、板形不好、边厚（狗骨型）或错误的起动工艺、不适当的装配等，都会造成轧辊局部过载，从而造成局部剪切应力超过自身材料抗剪切
强度导致裂纹产生。另外，轧辊长时间磨损过大，
造成辊身端部局部过载，也会引发裂纹的产生。
随着轧制的持续，裂纹进一步延展，扩展至辊身非工作面，造成剥落。
（３）措施：确保支撑辊辊身完好，适宜的辊端倒角设计，避免在工作辊辊端部位应力过于集
中；确保弯辊得到很好的控制；注意工作辊与支承辊之间的配合和轮廓的设计。
２．２轧辊裂纹失效
轧辊裂纹失效，有带状裂纹、梯形裂纹、局部裂纹等几种形式。
２．２．１轧辊带状裂纹
（１）特征：轧辊带状裂纹体现在与钢带宽度基本相对应，工作辊与热轧钢带接触间的弧面上。这种裂纹出现通常是不规则形状，类似网状裂纹，网眼略大一些，如图７所示。
（２）原因：轧制突发停止后，高温带材与工作辊要有相当长的一段接触时间。该接触区域的轧辊表面温度会快速升高，无法散失的热量会渗透ＮＳＬ辊内部。热应力作用一旦超过轧辊材料的屈
服强度，轧辊表面又在冷却水作用下迅速激冷，会导致热轧带材与工作辊接触区域上轧辊表面开始产生裂纹。该裂纹深度一般为３．５ｍｍ可磨削去除，但裂纹深度的严重程度主要取决于接触时间和迅速冷却程度。
（３）措施：防止轧制停留与钢坯粘着事故发生。一旦发生应立即打开辊缝、断开冷却水、移走带钢，让轧辊有充分的时间在不接触水的前提下
自然冷却，均衡轧辊表面温度。对已出现事故的６０Ｉ现代铸铁２００９／３轧辊，要采取磨削方式将轧辊烧（烫）伤层去除后再上机使用，严禁轧辊微裂纹研磨不彻底上机使用。关于裂纹是否去除的彻底，可采用着色探伤法进行检验判定。
２．２．２梯形裂纹
（１）特征：在辊身的一个环状带内，出现了多条纵向的裂纹，其裂纹特点沿辊面母线方向平行发展扩散，如图８所示。
（２）原因：此类裂纹起源于轧辊冷却水不足，例如冷却喷嘴被堵等。由于强大的热量渗透到辊身，热应力作用超过轧辊材料的屈服强度造成的。
（３）措施：确保水冷系统工作正常。每一次轧制操作前要系统检查轧辊冷却水量和水压，确保系统正常供水；轧机换辊之前要检查轧机各个冷却喷嘴是否有堵塞现象发生，一旦发生堵塞要及时检修处理。
２．２．３局部裂纹
（１）特征：在辊身局部区域内出现裂纹，有时还伴有局部压痕甚至局部剥落现象发生，如图９所示。
（２）原因：此类裂纹是机械应力和热应力共同作用于轧辊表面局部部位。热裂和压裂的结合使这种损坏非常危险，因为这可能会引发带状疲
劳甚至立即剥落。诸如冲击碰痕、带钢粘结、带钢万方数据
边或尾部起皱（重叠折皱、堆钢、甩钢）等都可能是引起这种损坏的直接原因。
（３）措施：改善轧制条件，避免这种轧制事故发生。轧辊一旦出现局部损伤，应立即换下轧辊进行仔细检查，适当采取研磨手段对轧辊损伤部位进行修复。
２．３轧辊断裂失效
轧辊断裂失效，有冲击震动、弯曲、扭矩、磨损和烧轴承引起的辊颈断裂，辊身断裂及爆裂等几种形式。
２。３。１冲击、震动引起的辊颈断裂
（１）特征：辊颈受到外力冲击、震动作用，从与辊身连接最小截面开始毗邻辊身的边缘切断，如图１０所示。
（２）原因：轧辊在受到外力冲击震动条件下，负荷峰值会超过芯部材料的最大弯曲极限，引起的断裂，其部位通常是在应力最高截面区域。
（３）措施：严禁成对吊运轧辊，或轧辊失重一头触地；轧辊换辊时要正确使用搬运把手，轻吊轻卸；轧制时要避免震动所产生的冲击负荷过高或过度超载；辊缝调试，要确保整体轧辊受力均匀。
２．３．２弯曲引起的辊颈断裂
（１）特征：断裂线始于外侧，并斜向发展到整个截面。通常多在倒角部位先期出现疲劳裂纹，失稳扩散发生断裂，如图１１所示。
（２）原因：此类故障起源于弯曲负荷过大，超过了轧辊材料最高弯曲强度或辊颈最大疲劳强度。
（３）措施：避免轧制负荷过高，选择正确的轧辊芯层材料。过渡圆弧部位采取抛光处理，减少刀痕所引起的切口效应；避免过渡圆弧发生锈蚀；定期对辊颈部位进行微裂纹探伤检测，可有效控制微裂纹的扩散与发展。
２．３．３扭矩引起的辊颈断裂
（Ｉ）特征：此类断裂倾斜于辊轴，呈锥形“麻花”断口，为扭曲剪切断裂，如图１２所示。
（２）原因：主要是因为传动端的扭矩力超过了辊颈材料的扭曲强度而产生的。
（３）措施：保证轧制平稳运行，在高负荷区域内不能有轧辊加工刀痕，倒角过度要平滑；设置轧机剪切安全销，避免过大扭矩事故发生；确保驱动轴装配要准确；轧辊扁头加工要对称，尺寸公差要控制在标准要求范围内。
２．３．４磨损和烧轴承引起的辊颈断裂
（１）特征：在安装轴承处辊颈发生刮痕，或是轴向刮痕或是环形刮痕，也可以是凹痕和存有氧化铁皮碎片或其它研磨材料。该部位旋转刮痕及热裂纹非常明显，在严重情况下可能会导致辊颈热断裂，见图１３。
（２）原因：轧辊密封不当，使得水、氧化铁皮和其它异物进人轴承内圈和辊颈间的缝隙里，坚硬的碎片滞留在辊颈表面随其滚动摩擦，是造成刮痕的根本原因。有的还可引起辊颈与轴承问冷焊及粘结、摩擦负荷增大促使辊轴发热，发生爆
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裂及轴承滞塞。
（３）措施：确保轧辊与轴承充分润滑，间隙配合要合理，密封挡圈要严实；注意轧辊密封系统的维护与检查，防止冷却水及杂质进入轴承与辊颈间隙内。
２．３．５轧辊爆裂
（１）特征：辊身断裂成多节，连接辊轴部位辊身断口最为明显，呈“弹头”状。爆裂残骸中多数为工作层与芯层混合材料，如图１４所示。
（２）原因：此类型轧辊爆裂，多发生在高铬铸铁材质轧辊上。新辊使用时可能是由于轧辊制造
内应力过大，或芯部组织脆性过大引起的。若轧辊已使用多次再发生该问题，是由于轧辊冷却水
系统造成的。
（３）措施：轧辊出厂前要进行必要的消除内应力处理。轧辊每次轧制前要系统检查轧机冷却水量和水压，确保系统正常供水；检查轧机各个冷却喷嘴是否有堵塞现象发生，一旦发生堵塞要及时检修处理。
６２ｌ现代铸铁２００９／３２．３．６辊身断裂
（１）特征：辊身沿半径方向断裂。这种断裂垂直于辊轴，往往位于辊身的中心部位，通常被称作热断裂，如图１５所示。
（２）原因：这种热断裂，与辊身表面和轴线间的最大温度差有关。这种温度差是因轧机冷却条件不足甚至失效，或者开始轧制时生产节奏过快导致轧辊表面温度过高。轧辊内、外层温差产生的热应力与原有轧辊残余应力叠加共同作用，拉应力超过芯部材料的极限强度，引发突然断裂。
（３）措施：良好的轧辊冷却是预防轧辊热断裂的最好办法，轧辊使用末期表面温度应控制在６５℃以下；轧辊选用高强度芯部材料；轧辊要避免存在高残余应力和铸造内部组织缺陷；轧辊磨削与装配，要在室温下进行；轧辊在轧制服役之前要进行预热，在开始轧制阶段尽量控制轧制节奏与减少压下量，降低轧制通量。
３结束语
轧辊失效是由多种因素相互影响和相互作用引起，其损坏（失效）形式也多种多样。就典型的轧辊剥落、裂纹与断辊问题，针对具体的轧辊失效损坏形式采取相应纠正与预防措施，轧辊失效可以得到有效控制。
参考文献
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（编辑：杨杨，Ｅ—ｍａｉｌ：ｘ妇ｙｙ＠ｆａｗｆｃ．ｃｏｒｎ）万方数据
齿轮断裂原因分析
齿轮轴断齿原因分析 概况描述：生产上的齿轮轴在使用两个星期后，突然发生断齿，给生产造成了很大的损失。为了弄清楚产生断裂的原因， 1、化学成份分析 C Si Mn S P Cr Mo Al 大0.39 0.31 0.52 0.002 0.06 1.5 0.17 0.85 小0.15 0.25 0.55 0.016 0.013 0.75 0.15 从成份上看，大有材料为38CrMoAl，小的材料为20CrMnMo 2、宏观形貌 大：断口处晶粒粗大稍发亮，为脆性断裂。小：断口处晶粒细小，瓷性灰色断口，为韧性断裂。（如图示）
3、金相组织分析 （1）大的金相组织 100X 40X 0.30m m
200X 齿轮表面的渗氮层厚：0.30mm，渗层组织不均匀，渗层硬度801HV1，表面有数条垂直于表面的微裂纹，裂纹周围组织无脱碳，裂纹长度稍长于渗层。 200X 断裂处的显微组织形貌 200X 中心组织：回火索氏体加屈氏体加条状及半网状铁素体。
(2)小的金相组织 200X 40X 渗层深1.5mm 齿轮渗碳层厚1.5mm，有效硬化层厚0.8mm，表面有数条细小的裂纹沿晶向里延伸，渗层硬度637HV1。 200X 表面渗碳和过渡区组织，表面为高碳马氏体和细小的颗粒状碳化物，
往里为马氏体组织。500X 中心组织：低碳板条马氏体组织。 4、原因分析 （1）大的材料为氮化钢，小的材料为渗碳钢，符合材料的牌号。（2）从金相组织上分析 大的心部组织为回火索氏体加屈氏体加条状、半网状的铁素体，为非正常的调质组织，这是因为淬火时，由于加热温度太低或保温时间太短，使铁素体未能完全溶解，经过淬火、回火后，仍存在于基体中。调质后出现这种组织，属于不良的显微组织。齿轮表面有数条微小的细裂纹，这些裂纹的产生是氮化时，由于氮在铁素体中的扩散速度较大，氮化后铁素体中的氮浓度较高，易形成须状氮化物从而从使氮化层脆性较大。因此渗层组织不均匀（？），致使在使用过程中齿根部受到拉应力的作用而导致脆性断裂。 小的渗碳淬火后心部组织为粗大（？）的板条马氏体组织，综合性能比较好，（为热处理过程中温度失控？），渗碳后表面的碳含量很高，在淬火过程中由于应力过大（是有可能）产生裂纹或微裂纹。出现在粗针马氏体针叶上，与马氏体的惯析面成一定的角度，且相互平行。这种淬火后出现的小裂纹在没有及时回火的情况下，就没法弥补，使疲劳强度和使用寿命降低。表面的这些微小的细裂纹的缺陷的存在致使齿轮在使用的过程中受到拉应力的作用而导致断裂。 5、结论 大：预处理组织不合格导致后序的氮化处理过程中组织应力的作用而产生的裂纹是崩齿的主要原因。
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轧辊破坏常见原因分析及对策 蔡秀丽李伟薛春福 (承钢集团燕山带钢有限公司,河北承德 067002) 摘要：轧辊破坏乃至断裂，会给企业生产造成极大的损失，本文结合我厂实际描述了几种常见的轧辊破坏形式，并给出了相应解决办法。 关键词：轧辊破坏现象描述解决办法 1前言 承钢热带厂1997年建成投产，生产至今已有10余年，在生产初期经常出现轧辊热裂纹、掉肉、局部破坏、外层剥落、甚至轧辊断裂等事故，轧辊发生故障后一般都需要做换辊处理，不仅增加了岗位作业人员的劳动量，而且降低日历作业率，造成废钢，影响成材率，影响轧机产量，同时更造成巨大的经济损失。通过几年的摸索，对轧辊常见破坏形式进行归纳总结，并给出相应的解决办法。 2轧辊常见破环形式及对策 2.1轧辊断裂 2.1.1热应力断裂 2.1.1.1现象描述 此类断裂多发生在粗轧机，一般在粗轧换辊后开轧10块钢以内，寒冷的冬季出现的几率更大一些。轧辊辊身断层呈径向，起源位于或接近轧辊轴线，断裂面与轧辊轴线垂直，一般发生在辊身中部，如图1所示。 图1：热应力断裂断面形状 2.1.1.2轧辊破坏原因 这种热应力断裂与轧辊表面和轴心处的最大温差有关。过高的温差通常是由于轧辊表面温度升高过快造成的，产生的原因有，轧制过程中轧辊冷却水不足甚至中断，或者轧制钢开始时轧制节奏太快，轧制量过大造成的。有资料表明，在辊役刚开始的临界轧制状态下，辊身表面与轴心之间70℃的温差就可沿轴向产生110Mpa的附加热应力。一旦辊芯中总的轴向拉伸应力超过了材质的极限强度，就会导致突然的热应力断裂破坏。以我厂为例，生产初
期，有一次正值寒冬腊月，室外温度-20℃，厂房内温度较低，备辊正处在风口上，轧辊上线前没有预热，仅烫辊4块，在烫辊效果不好的前提下，温度较低的冷却水很快浇凉辊面，在轧制中与红钢接触，轧辊处于冷热交替中，内外表面温差大。断辊后约10分钟，用手摸断辊边缘，触觉为凉辊，带钢轧制部位的轧辊表面微温，轧辊断口内触觉发凉。同时触摸辊道，则发热或微烫手。排除轧辊铸造缺陷、轧制负荷高等因素后，基本判定为热应力断裂。 2.1.1.3对应措施 ●烫辊要充分，特别是在外界温度较低的冬季，轧辊上线前转移到环境温度较高的位置停放，或者对轧辊做小范围的升温处理，延缓烫辊速度，增加烫辊时间和烫辊材数量，减小热应力的影响。凡是返回的板坯，都要运到粗轧进行烫辊，禁止直接返回。 ●在轧制启动阶段减少轧制量。换辊后开轧30分钟内严格控制轧制节奏，给轧辊充足的内外温度均衡时间。 ●加强轧辊冷却水喷射情况的检查，发现堵塞及时处理，避免轧辊冷却不足。 2.1.2冲击载荷断裂 2.1.2.1现象描述 轧制钢温偏低、有异物轧入、或者轧错规格（导致变形量偏大）等原因出现时，轧件所产生的轧制压力瞬间超过了轧辊本身所能承受的轧辊强度极限所造成的轧辊断裂，断口一般出现在最高应力界面区域，断口颜色为灰白色。一次，我厂在4小时停轧检修后，在轧到第46块钢时发生粗轧断辊，分析原因为轧制节奏太快，在66分钟内轧制了28块钢，超出我厂加热炉的能力，板坯在炉时间短，内部没有完全烧透。另外，虽然明细表上标明为热装料，但因为上午换粗轧辊检修，加热炉尾部和滑钢道上的板坯和随后装入的板坯实际上已经晾凉，成为冷料，这部分板坯需要更长的在炉时间（高的加热温度和更长的加热时间），如果仍按照正常的节奏出钢，这部分板坯在加热段停留时间过短，钢坯内外温度不均，势必造成生芯钢，在轧制过程中给粗轧辊造成损害甚至断裂。 2.1.2.2解决方法 ●岗位操作人员加强责任心，加强日常点检，发现异物及时清除。 ●严格按照作业标准操作，严禁轧制低温钢。 ●在长时间停轧后，上料辊道上热料按冷料设置加热制度，控制出钢节奏，以避免轧制生芯钢。 2.1.3疲劳断裂 2.1. 3.1现象描述 疲劳断裂始于初始裂纹并逐渐发展，产生了一个典型的断面，该裂纹相对光滑，并出现一条临界线，一旦疲劳裂纹达到一定尺寸，便会发生其它部分的自发断裂。此类断口为深褐色，在断面能发现旧痕迹。当出现轧制低温钢、轧线废钢事故、叠轧等情况时初始裂纹可能就生成了。 2.1. 3.2解决方法 ●每次换辊后定期检测（超声波法、涡流法、着色法），及时发现危险的裂纹，并对轧辊进行适度的磨削。 ●其他措施对防止可能出现的局部过载也是必要的，这些措施有:严禁轧低温钢,按辊役周期换辊，防止断带缠绕等轧机事故。 2.2轧辊热裂纹 2.2.1大目格裂纹 2.2.1.1现象描述 这种裂纹与带钢宽度及工作辊与带钢的接触弧度有关。这种裂纹以常见的马赛克形状出现，但与常见的细小热裂纹相比目格尺寸较大，如图2 所示。
齿轮断裂原因分析
概况描述：生产上的齿轮轴在使用两个星期后，突然发生断齿，给生产造成了很大的损失。为了弄清楚产生断裂的原因， 1、化学成份分析 从成份上看，大有材料为38 Cr Mo Al ，小的材料为20 Cr MnMo 2、宏观形貌 大：断口处晶粒粗大稍发亮，为脆性断裂。小：断口处晶粒细小，瓷性灰色断口，为韧性断裂。（如图示） 3、金相组织分析 （1）大的金相组织 100X 40X 200X 齿轮表面的渗氮层厚：0.30mm ，渗层硬度801HV 1，表面有数条垂直于表面的微裂纹，裂纹周围组织无脱碳，裂纹长度稍长于渗层。 200X 断裂处的显微组织形貌
200X 中心组织：回火索氏体加屈氏体加条状及半网状铁素体。 (2)小的金相组织 200X 40X 齿轮渗碳层厚1.5 mm，有效硬化层厚0.8 mm，表面有数条细小的裂纹沿晶向里延伸，渗层硬度637HV1。 200X 表面渗碳和过渡区组织，表面为高碳马氏体和细小的颗粒状碳化物，往里为马氏体组织。500X 中心组织：低碳板条马氏体组织。 4、原因分析 （1）大的材料为氮化钢，小的材料为渗碳钢，符合材料的牌号。（2）从金相组织上分析 大的心部组织为回火索氏体加屈氏体加条状、半网状的铁素体，为非正常的调质组织，这是因为淬火时，由于加热温度太低或保温时间太短，使铁素体未能完全溶解，经过淬火、回火后，仍存在于基体中。调质后出现这种组织，属于不良的显微组织。齿轮表面有数条微小的细裂纹，这些裂纹的产生是氮化时，由于氮在铁素体中的扩散速度较大，氮化后铁素体中的氮浓度较高，易形成须状氮化物从而从使氮化层脆性较大。因此渗层组织不均匀（？），致使在使用过程中齿根部受到拉应力的作用而导致脆性断裂。
冷轧辊的失效分析上课讲义
冷轧辊的失效分析
冷轧辊的失效分析 材料工程1306 封骥 2013153 冷轧辊的失效分析 冷轧辊是冷轧机的大宗消耗备品，其能否安全运行将直接影响着轧机的生产率、成材率以及成本控制。由于冷轧辊从材质、制造工艺、使用、维护及失
效等诸方面与热轧辊有着较大的差异，故对初次进行冷轧生产的单位、轧辊管理者及使用者来说，需要掌握冷轧辊的失效机理及预防措施，通过对冷轧辊失效机理的论述及案例的相关分析，提出降低轧辊消耗的预防措施。 失效：金属装备及其构件在使用过程中，由于压力、时间、温度和环境介质和操作失误等因素的作用，丧失其规定功能的现象。 失效分析：对装备及其构件在使用过程中发生各种形式失效现象的特征及规律进行分析研究，从中找出产生失效的主要原因及防止失效的措施，称为失效分析。 失效分析的一般过程 ①深入装备失效现场、广泛收集、调查失效信息，寻找失效构件及相关实物证据。 ②对失效构件进行全面深入的宏观分析，通过种类认定推理，初步确定失效件的失效类型。 ③对失效件及其相关证物展开必要的微观分析、理化检验，进一步查找失效的原因。 ④通过归纳、演绎、类比、假设、选择性推理，建立整个失效过程及其失效原因之间的联系，进行综合性分析。 ⑤在可能的情况下，对重大的失效事件进行模拟试验，验证因果分析的正确性。
一、冷轧辊失效机理 冷轧辊特性：目前冷轧厂常用的冷轧辊材质有高碳铬铝系及高碳铬铝钒系，一般生产工艺过程为电渣重熔或钢包精炼——铸锭——锻造——球化退火——粗加-——探伤——调质——精加工——探伤——工频感应淬火——低温回火——精加工成品。为确保优良的使用性能，其表层组织要求为细针马氏体、隐针马氏体+少量残余奥氏体+粒状碳化物。冷轧工作辊工作时要承受高的轧制压力、冲击载荷、疲劳及磨损，需要有足够的强度抵抗大的弯深而均匀的表面硬化层及耐磨层，以获得良好的耐磨性;三是要有优良的表层抗裂性及抗剥落性能。 冷轧辊的失效形式：冷轧工作辊工作时处于复杂的应力状态。受残余应力、接触应力、弯曲应力、扭转应力以及因温度分布不均引起的热应力等的影响，失效形式有早期磨损、粗糙化、略坑、勒痕、裂纹、剥落以及断裂，但工作层剥落是冷轧辊的主要失效形式，占到工作辊正常失效的50%以上，轧辊剥落往往造成轧辊彻底报废。其剥落按断口可分为疲劳剥落和脆性剥落:按剥落块形状分为贝壳状剥落、带状剥落、区域点状剥落、热冲击剥落:按剥落深浅分为表层剥落及次表层剥落等。 裂纹来源： (1)热裂纹。断带、重叠、卡钢及打滑时，轧辊局部剧烈受热温度可高达相变点以上直至800C，在辊身以接触点为中心会产生从外至内一定温差，从而在不同深度组织有所变化，当温升和组织变化引起的热膨胀和来自周围的压应力超过屈服极限时产生塑变，并伴有残余压应力释放和应力重新分布，并出现拉应力，随着拉应力的出现就产生微裂纹。
轧 辊 使 用 制 度
轧辊使用制度 轧辊是轧机的主要组成部件。轧辊的尺寸结构、材质、使用、维护在相当程度上决定了轧机的技术水平。轧辊既是轧机设计的重要内容，也是组织生产的主要管理对象，因此，建立合理的轧辊使用制度对提高轧机的使用寿命尤为重要。 一、轧辊材质的选择 轧机选用轧辊最主要的出发点是保证成品的表面质量，而保证成品的表面质量最主要的是槽孔的形状和粗糙度，轧辊的耐磨性和辊身的径向硬度的均匀性是选择轧辊的主要指标。 热轧带钢轧辊精轧机精轧工作辊在轧制过程中与高温钢板接触，热疲劳导致轧辊表面出现龟裂，为避免因热疲劳龟纹控制不当造成轧辊出现大面积剥落，建立科学的使用维护及磨削制度相当重要。在使用中要求： 1 、冷却水要连续、足量的对轧辊进行冷却。在正常工作轧制时工作辊表面温度应严格控制，如辊温过高, 需即刻更换轧辊, 预防使用轧辊过早出现热疲劳裂纹; 轧辊冷却水量最低应维持在400 -600m 3 /h ； 2 、每次轧辊上机前必须将轧辊表面的缺陷（主要是龟裂纹）去除掉。即使无龟裂纹，也要将辊面疲劳层去除，热轧带钢精轧工作辊常规正常磨削一般为0.15~ 0.30mm / 次；中板精轧工作辊常规正常磨削一般为0.25~ 0.50mm / 次( 有的厂家为减少换辊次数, 常常长周期换辊, 这样轧辊磨损大, 一次磨削也大, 约1.0-3.0mm , 不利于合理使用轧辊) 。 3 、轧辊在使用中极易出现龟裂纹，这对轧辊正常使用危害是最大的。由于轧辊龟裂纹在轧制初期形成较为缓慢，对轧辊不会产生太严重的危害。但当裂纹形成到一定程度，再继续使用，龟纹将迅速向深度和长度方向扩展。一是造成磨削量增大，减少轧辊的轧材量；二是如果再严重将造成轧辊剥落的发生，甚至出现大掉肉。因此，合理使用轧辊，建议每次轧辊上机服役轧材量1800~2400 吨为宜。热轧工作辊建议按轧制公里标定，每轧制40~60 公里换辊一次；中板轧辊，建议最多2-3 个作业班次换一次辊。过量轧制，将导致轧辊过度磨损和微裂纹加深，增大二次磨削量，轧辊消耗增高。板材质量（粗糙度、平整度、尺寸精度、厚度偏差）也将严重下降。 4 、当轧制过程中冷却水系统发生故障或出现轧制事故时，对轧辊的损伤是在所难免的。为避免形成深的龟裂纹的损坏，当发生轧制事故后，应尽快打开轧机，减少水流。轧辊要下机检查，将龟裂纹彻底磨削掉。否则再次上机轧制，残余裂纹会迅速扩展，造成大的剥落产生。
热轧带钢轧辊破坏原因分析
热轧带钢轧辊破坏原因分析 轧辊包括工作辊和支承辊，是轧机的关键零件之一，装在轧机牌坊窗口当中。在热轧带钢生产中，轧辊的消耗量很大，尤其是工作辊，它始终与红热钢坯直接接触。因此，找出轧辊的损坏原因并做出相应的解决措施，提高轧辊寿命，降低辊耗，是轧机制造商和用户都十分关注的问题。在实际生产过程中，轧辊的破坏形式主要有轧辊磨损、轧辊裂纹、轧辊剥落及轧辊断裂等。 轧辊磨损 轧辊磨损与其他磨损在形成机理上相同。从摩擦学角度来讲，可理解为轧辊宏观和微观尺寸的变化。一般讨论的轧辊磨损，包括宏观磨损和微观磨损，具体表现为轧辊直径的缩小。然而，轧辊磨损在几何和物理条件上与一般磨损又有差别，如轧辊上的某点与轧件周期性接触；轧件上的氧化铁皮作为磨粒进入辊缝；冷却液和润滑液的作用以及热的影响等。因此，在实际工作条件下轧辊磨损的因素很复杂，根据其产生的原因可分为以下几种： （1）机械磨损或摩擦磨损。工作辊与轧件及支撑辊表面相互作用引起的摩擦形成的磨损。 （2）化学磨损。辊面与周围其他介质相互作用，造成表面膜的形成与破坏的结果。 （3）热磨损。在工作状态下，轧辊因高温作用其表面层温度剧烈变化引起的磨损。 1 工作辊磨损 工作辊磨损主要是由工作辊与轧件及工作辊与支撑辊之间的相互摩擦引起的，这种摩擦包括滑动摩擦和滚动摩擦，其磨损主要发生在与轧件相接触的部位。 在生产过程中，由于带钢在轧机间形成活套，以致增大了带钢对上辊的包角，增加了接触面积的压力；带钢上表面再生氧化铁皮的滞留也增加了上辊的磨损，因此，上辊比下辊的磨损量大。由于传动端与电机连接，因振动之故，传动侧的磨损量比换辊侧的大。 2 支承辊磨损 支撑辊磨损主要是与工作辊的相对滑动和滚动造成的。工作辊表面的炭化物颗粒将支撑辊表面的金属微粒磨削下来，使支撑辊产生磨损。其磨损量的大小与轧辊的材质、表面硬度及光洁度、辊间压力横向分布、相对滑动量和滚动距离等因素有关。 实践证明，由于夹带大量氧化铁皮的冷却水作用在辊面，致使下支撑辊工况条件差，从而加速了轧辊的磨损。另外，支承辊的磨损也与上、下支撑辊的辊面硬度有关。 轧辊裂纹 由于多次温度循环产生的热应力造成轧辊逐渐破裂，即裂纹，它是发生在轧辊表面薄层的一种微表面现象。轧制时，轧辊受冷热交替变化剧烈，从而在轧辊表面产生严重应变，逐
冷热轧辊
轧辊热处理 轧辊按工作状态可分为热轧辊和冷轧辊，按所起的作用可分为工作辊、中间辊、支承辊，按材质可分为锻辊和铸辊（冷硬铸铁）。通常轧辊的服役条件极其苛刻，工作过程中承受高的交变应力、弯曲应力、接触应力、剪切应力和摩擦力。容易产生磨损和剥落等多种失效形式。不同的用途、不同类型的轧辊处在各自特定的工况条件，其大致的性能要求如下： 轧辊类型主要性能要求辊身硬度工作温度℃ 热轧工作辊抗热疲劳裂纹性能，抗表面粗糙性能 HB：196~302 室温~850 冷轧工作辊高硬度，耐磨性，抗疲劳剥落性能HS：90~105 室温~180 对热轧辊来说，辊面不允许出现裂纹，表面裂纹缺陷容易造成应力集中，加速扩展而使轧辊失效。热疲劳裂纹主要起因于周期性交变热应力，严重情况下，裂纹扩展可能造成辊面剥落，甚至断辊。 冷轧辊主要失效形式包括划伤、粘辊和剥落等。冷轧辊辊身表面应有高而均匀的硬度，其优劣表现在辊身工作层的耐磨性，即耐粗糙性。 大型热轧锻钢工作辊用钢的化学成分、临界点以及工艺参数如下。 热轧锻钢工作辊用钢化学成分（%） 钢号 C Si Mn P S Cr Ni Mo V Cu 55Cr 0.50~0.60 0.17~0.37 0.35~0.65 ≤0.025≤0.025 1.00~1.30 ≤0.30 - - ≤0.25 50CrMnMo 0.45~0.55 0.20~0.60 1.30~1.70 1.40~1.80 - 0.20~0.60 - 60CrMnMo 0.55~0.65 0.25~0.40 0.70~1.00 0.80~1.20 - 0.20~0.30 - 50CrNiMo 0.45~0.55 0.20~0.60 0.50~0.80 1.40~1.80 - 0.20~0.60 - 60CrNiMo 0.55~0.65 0.20~0.40 0.60~1.00 0.70~1.00 1.50~2.00 0.10~0.30 - 60SiMnMo 0.55~0.65 0.70~1.10 1.10~1.50 - - 0.30~0.40 - 60CrMo 0.55~0.65 0.17~0.30 0.50~0.80 0.50~0.80 ≤0.25 0.30~0.40 60CrMoV 0.55~0.65 0.17~0.37 0.50~0.80 0.90~1.20 - 0.30`0.40 0.15~0.35 70Cr3Mo 0.60~0.80 0.40~0.70 0.50~0.90 2.00~3.00 0.40~0.60 0.25~0.60 - 常用热轧锻钢工作辊的临界点及工艺参数 钢号临界点热处理 Ac1 Ac3 Ar1 Ms 正火温度（℃）淬火温度（℃）回火温度（℃） 55Cr 735 755 - - 840~850 820~840 590~630 60CrMo 676 805 685 - 840~860 860~870 600~660 60CrMoV 765 798 - 265 890~910 860~880 600~680
钢丝断裂原因分析
钢丝断裂原因分析
一、夹杂物引起断裂 线材中非金属夹杂物的存在，破坏了组织的连续性，起到了一个显微裂纹的作用。当受到外力作用时，在夹杂物的顶端首先产生附加的应力集中。尤其在原奥氏体晶粒交界处出现的大块状、条状或片状碳化物，这些异常碳化物在材料冷变形时，严重地阻塞了位错的移动，致使该处产生应力集中。当应力集中达到一定大小时便会使碳化物开裂，或在碳化物与基体交界处产生裂纹。当裂纹达到失稳状态尺寸，地瞬时产生断裂。 非金属夹杂物的多少是衡量帘线钢质量高低的一个重要因素。在用SEM对断口进行分析的过程中，经常发现非金属夹杂物。在典型的杯锥状断口上有时候就能发现夹杂物，SEM表明大多为三氧化二铝夹杂或其它高熔点脆性夹杂物。其避免主要是通过精炼，使夹杂物变为塑性低熔点夹杂物。 脆性夹杂物是引起钢丝断裂的重要原因之一，而夹杂物引起断裂分为以下几种形势： 1、夹杂物与钢基体之间界面脱开 拉伸过程中，在夹杂物周围的局部加剧了应力集中；裂纹优先在与拉应力垂直的夹杂物与基体的界面产生并沿着夹杂物与钢基体界面扩展，致使夹杂物与基体界面脱开。 2、夹杂物本身开裂
由于脆性较矮杂物本身具有缺陷，在拉伸过程中，在缺陷处产生严重的应力集中，由于局部应力升高而导致夹杂物本身开裂。; 3、混合开裂 钢中非金属夹杂物的形状、分布是没有规律的，因此夹杂物在钢中引起裂纹也是随机性的，取决于夹杂物的性质、尺寸、形状及分布，对于同类型的夹杂物，由于形状、分布和受力方向不同，往往产生断裂的情况也不尽相同，有时两种断裂方式同时存在，有时两种断裂方式交替进行。4、沿两种不同类型夹杂物的相界开裂 钢中经常出现几种夹杂物相共生在一起的复合夹杂物，由于各类夹杂物之间的力学性能和物理性质不同，相界结合力较弱，在拉应力作用下容易从相界开裂。 二、偏析引起的钢丝断裂 在一定程度上，中心偏析对钢丝拉断的危害必脆性夹杂物。因为偏析在更大程度上影响了钢丝的延伸性，从而使塑性变形不能在存在偏析的地方产生。在钢丝最初的拉拔过程中偏析导致小的裂纹的出现，等进入了最终拉拔时就导致了人字形断口(chevroncracks) 在连铸过程中减少中心偏析的途径有以下几个： 1、中心偏析随着中包过热度的降低而降低，因此中包的钢液温度应该尽可能的低；
轧辊失效方式及其原因分析
轧辊失效方式及其原因分析 轧机在轧制生产过程中，轧辊处于复杂的应力状态。热轧机轧辊的工作环境更为恶劣：轧辊与轧件接触加热、轧辊水冷引起的周期性热应力，轧制负荷引起的接触应力、剪切应力以及残余应力等。如轧辊的选材、设计、制作工艺等不合理，或轧制时卡钢等造成局部发热引起热冲击等，都易使轧辊失效。 轧辊失效主要有剥落、断裂、裂纹等形式。任何一种失效形式都会直接导致轧辊使用寿命缩短。因此有必要结合轧辊的失效形式，探究其产生的原因，找出延长轧辊使用寿命的有效途径。 1 、轧辊剥落(掉肉) 轧辊剥落为首要的损坏形式，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。 1.1 支撑辊辊面剥落 支撑辊剥落大多位于轧辊两端，沿圆周方向扩展，在宽度上呈块状或大块片状剥落，剥落坑表面较平整。支撑辊和工作辊接触可看作两平行圆柱体的接触，在纯滚动情况下，接触处的接触应力为三向压应力。在离接触表面深度为 0.786b 处 ( b 为接触面宽度之半 ) 剪切应力最大，随着表层摩擦力的增大而移向表层。 疲劳裂纹并不是发生在剪应力最大处，而是更接近于表面，即在 Z 为 0.5b 的交变剪应力层处。该处剪应力平行于轧辊表面，据剪应力互等定理，与表面垂直的方向同样存在大小相等的剪应力。此力随轧辊的转动而发生大小和方向的改变，是造成接触疲劳的根源。周期交变的剪切应力是轧辊损坏最常见的致因。在交变剪切应力作用下，反复变形使材料局部弱化，达到疲劳极限时，出现裂纹。另外，轧辊制造工艺造成的材质不均匀和微型缺陷的存在，亦有助于裂纹的产生。若表面冷硬层厚度不均，芯部强度过低，过渡区组织性能变化太大，在接触应力的作用下，疲劳裂纹就可能在硬化过渡层起源并沿表面向平行方向扩展，而形成表层压碎剥落。 支撑辊剥落只是位于辊身边部两端，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。 轧制过程中，辊面下由接触疲劳引起的裂纹源，由于尖端存在应力集中现象，从而自尖端以与辊面垂直方向向辊面扩展，或与辊面成小角度以致呈平行的方向扩展。两者相互作用，随着裂纹扩展，最终造成剥落。支撑辊剥落主要出现在上游机架，为小块剥落，在轧辊表面产生麻坑或椭球状凹坑，分布于与轧件接触的辊身范围内。有时，在卡钢等情况下，则出现沿辊身中部轴向长达数百毫米的大块剥落。 1.2 工作辊辊面剥落 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，
轧辊使用说明1
轧辊使用说明书 1. 轧辊在搬运过程防止受到任何损伤。 2. 轧辊应贮存在干燥通风的室内，防止受潮，表面应涂防锈油。 3. 轧辊使用前，应擦去表面油污、灰尘和锈迹，然后进行常规检测，特别应仔细检查辊身和辊颈表面是否有划痕、压痕、锈斑、裂纹等缺陷，不允许把有表面缺陷的轧辊上机使用。 4. 轧辊投入使用前应建立轧辊质量卡，记录轧辊辊号、规格尺寸及相关检测结果，并将原始记录归档。 5. 安装轧辊应十分小心，防止擦伤或碰伤辊面。 6. 轧制前应仔细检查轧制坯料的质量，在轧制中严格按轧制工艺进行操作，防止超负荷轧制。 7. 下机热辊不可堆放在湿冷的地面上，并应避免轧辊之间相互碰撞。 8. 建立换辊磨削制度，配置合理的换辊周期，配以相应的无损检测手段（涡流、磁粉、超声波等），辅以硬度检测确定合理的修磨量和磨削工艺。 9. 在工作辊修磨时，每次最小的修磨量应能保证把疲劳层清除，此层深度一般为0.15-0.30mm。 支承辊工作一段时间后，应彻底清除毛面层和疲劳层（此层深度一般为2-5mm），以防剥落。 轧辊修磨中，还应注意配对辊辊径差要满足设计要求。 10.装机使用新辊（包括新磨削辊，停用一段时间的辊）、轧制速度大、轧带宽、压下量大时，轧辊应进行预热。 11. 修磨后的待上机轧辊应注意防锈，严禁着地搁置。 12. 轧辊每次修磨后均应记录修磨量，本次轧制钢号、规格、轧制量、修磨原因（如正常换辊、变规格换辊、划伤、剥落、粘钢、裂纹等）。 其它： 应根据轧制材料、使用道次、压下量、轧制速度等，合理选用辊身硬度、凸度及粗糙度相当的轧辊装机使用。使用轧辊的原则是：新（高硬度）辊适用于宽带、薄带的精轧；旧（低硬度）辊适用于窄带、厚带的初轧。轧辊必须实行分机使用的原则，避兔误用混用，不得精作粗用。 辊颈应有良好的润滑和冷却，防止过热损坏表面。检查机械部件，防止因设备事故而导致轧辊非正常早期失效。 轧制时轧辊应有充分的冷却与润滑，防止因轧辊局部过热，导致硬度下降，产生裂纹。 轧制要洁净，防止跑偏、叠轧或带入异物，防止腐蚀产物嵌入金属。 定期维修、检查和监控，避免带“病”设备运行、长期超期服役。注意防震，确保轧辊在良好的状态下工作。 冶金轧辊术语 terms of mill rolls 选自GB/T 15546-1995 一. 基础术语
提高冷轧辊的使用率
提高冷轧辊的使用效率 摘要：本文介绍了冷轧薄板厂使轧辊的主要失效形式，分析了轧辊的断裂和裂纹产生原因，提出了具体改进措施。 关键词：轧辊失效硬度 1 前言 随着市场的发展,客户对冷轧薄板的质量要求不断提高,生产厂家必须适应市场的需求，生产更高质量的产品以满足用户的需要。在轧机所有备件中,轧辊是非常重要的备件。轧辊在工作中要承受高的轧制力、冲击载荷、疲劳和磨损等,因此冷轧辊的消耗非常大。统计资料表明,在冷轧生产过程中冷轧辊的消耗在生产成本中所占的比例达25%左右。冷轧薄板厂要想取得更好的经济效益, 一方面要生产适销对路的高附加值产品,另一方面要降低生产成本。因此,提高轧辊的使用效率是取得良好经济效益的重要手段之一，也是本文阐述的主要内容。 2 轧辊磨削设备及轧制产品 2.1 磨削设备 鄂钢采用MK8463/5000-H数控轧辊磨床用于加工冷轧板带生产线中的工作辊、支承辊修磨加工。机床可磨削圆柱形、具有中凸（凹）要求的任意曲线的辊面以及圆锥形的辊面等。可磨削正弦及抛物面曲线辊面、辊面端部倒角。机床总体布局如图1： 图 1 2.1.1 机床主要技术规格参数见表1
表1 最大磨削直径Ф630 mm 最小磨削直径（在最大砂轮情况下）Ф100 mm 顶尖距5000 mm 工件最大重量6000kg 中凸（凹）量（半径方向） 1.5 mm 中心架支承直径范围根据工件要求定 头架顶尖移动量150 mm 尾架顶尖移动量500 mm Z轴—拖板纵向移动速度10～5000 mm/min X轴—砂轮架横向进给速度1～2000 mm/min X1轴—测量臂调整速度0～1000 mm/min 数控最小分辨率（U轴）0.00001mm 数控最小分辨率（U1轴）0.0001mm 数控最小分辨率（X1轴）0.0001mm 数控最小分辨率（X轴）0.0001mm 数控最小分辨率（Z轴）0.0005mm 工件转速(无级) 8～80 r/min 砂轮规格Ф750×100×Ф305 mm 砂轮最大线速度(恒线速) 50m/s 冷却液箱流量300L/min 电机总功率约120kW 头架电机（西门子）22kW 砂轮架电机（西门子）30kW 机床总重量55t 2.1.2机床工作精度标准 1.圆柱面磨削见表2 表2 圆度≤0.002mm 辊形误差≤0.002mm 表面粗糙度≤Ra0.32μm 圆度≤0.002mm 纵截面上直径一致性≤0.002/1000 mm 表面粗糙度≤Ra0.2μm 2.中凸(凹)面磨削（半径上的中凸(凹)量为0.1mm。磨削技术要求见表3。 表3
轧辊失效方式及其原因分析
轧辊失效方式及其原因分析 摘要：介绍了轧辊存在剥落、断裂、裂纹等几种失效方式，并重点分析了轧辊剥落和断裂产生的机理，为分析生产实践中轧辊失效原因和采取相应改进措施以提高轧辊使用寿命提供了依据。 关键词：轧辊；失效原因；剥落；断裂；裂纹 1 前言 轧机在轧制生产过程中，轧辊处于复杂的应力状态。热轧机轧辊的工作环境更为恶劣：轧辊与轧件接触加热、轧辊水冷引起的周期性热应力，轧制负荷引起的接触应力、剪切应力以及残余应力等。如轧辊的选材、设计、制作工艺等不合理，或轧制时卡钢等造成局部发热引起热冲击等，都易使轧辊失效。 轧辊失效主要有剥落、断裂、裂纹等形式。任何一种失效形式都会直接导致轧辊使用寿命缩短。因此有必要结合轧辊的失效形式，探究其产生的原因，找出延长轧辊使用寿命的有效途径。 2 轧辊的失效形式 2.1 轧辊剥落 轧辊剥落为首要的损坏形式，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。 2.1.1支撑辊辊面剥落支撑辊剥落大多位于轧辊两端，沿圆周方向扩展，在宽
度上呈块状或大块片状剥落，剥落坑表面较平整。支撑辊和工作辊接触可看作两平行圆柱体的接触，在纯滚动情况下，接触处的接触应力为三向压应力，如图1所示。在离接触表面深度（Z）为0.786b处(b为接触面宽度之半)剪切应力最大，随着表层摩擦力的增大而移向表层。 图1 滚动接触疲劳破坏应力状态 疲劳裂纹并不是发生在剪应力最大处，而是更接近于表面，即在Z为0.5b的交变剪应力层处。该处剪应力平行于轧辊表面，据剪应力互等定理，与表面垂直的方向同样存在大小相等的剪应力。此力随轧辊的转动而发生大小和方向的改变，是造成接触疲劳的根源。周期交变的剪切应力是轧辊损坏最常见的致因。在交变剪切应力作用下，反复变形使材料局部弱化，达到疲劳极限时，出现裂纹。另外，轧辊制造工艺造成的材质不均匀和微型缺陷的存在，亦有助于裂纹的产生。若表面冷硬层厚度不均，芯部强度过低，过渡区组织性能变化太大，在接触应力的作用下，疲劳裂纹就可能在硬化过渡层起源并沿表面向平行方向扩展，而形成表层压碎剥落。 支撑辊剥落只是位于辊身边部两端，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
轧辊种类
轧辊分类 1.合金铸钢轧辊Alloy Cast Steel Roll 合金铸钢轧辊是采用电弧炉冶炼优质钢水，采用先进的铸造、热处理工艺技术制造，具有很高的强度、优良的抗热裂性、韧性、耐磨性、适用于型钢粗、中轧机，热轧带钢粗轧机架用辊及热轧带钢支承辊。辊身金相组织为珠光体或回火索氏体。 2.半钢轧辊Adamite Rolls 半钢轧辊是性能介于钢辊和铁辊之间的一种轧辊材质，含有镍、铬、钼等合金元素，其基体组织中含有一定量的碳化物，采用特殊的热处理工艺，有高的耐磨性、强的韧性和好的热抗性，最大的特点是在工作层中几乎没有硬度降落。适合带钢热连轧机粗轧、精轧前段；棒线轧机粗轧、中轧、预精轧机架；万能轧机、悬臂轧机辊环、辊套。 3.石墨钢轧辊Graphite Steel Rolls 石墨钢轧辊的性能与半钢轧辊类似，其最大特征是组织中有少量细小石磨存在。它可以提高轧辊的热轧辊的抗热裂性能和抗氧化铁皮黏附性能，主要适用于粗轧或初轧机架。 4.高速钢轧辊High Speed Steel Rolls 高速钢轧辊在高温下具有很高的硬度和耐磨性。它是用离心方法生产的，芯部材质为球墨铸铁。通过成分和热处理工艺控制，工作层硬度可达80-85HSC，马氏体基体上分布有钒、钨、铌、钼复合碳化物，保证了工作层硬度均一，孔型磨损均匀。这种辊用于精轧机架，增加作业时间，改善轧材表面质量。 5.GNV轧辊GNV Rolls 粗轧机架用轧辊需要一些特性相互结合，其中某些特性会相互抵消对方的作用，这些特性包括耐磨性、耐热裂性、耐冲击性、热硬度和热强度等。过多的网状碳化物能提高耐磨性、耐冲击性，但它严重降低了断裂韧性，这在粗轧情况下，会促使热裂纹形成发展。要减小过多碳化物的影响，又能保持耐磨性，就要加入镍、钼等合金元素，使基体形态为贝氏体/马氏体（针状），比通常的珠光体基体更耐磨。钼元素还有助于提高轧辊高温硬度。 GNV轧辊就是采用高合金材质加上特殊热处理制造出来的，基体组织中碳化物的含量小于5%，满足粗轧机架要求。 6.合金无限冷硬铸铁轧辊Alloy Indefinite Chilled Cast Iron Rolls 合金无限冷硬轧辊，其工作层中有细小晶间石墨。石墨和碳化物的大小、形状、分布可通过激冷作用和合金含量来控制。由于添加了锰、铬、镍、钼等合金元素，基体组织可以从珠光体、贝氏体变为马氏体。加上有少量细小石墨存在，不仅提高了轧辊抗剥落性、抗热裂性和耐磨性能，而且辊身工作层硬度落差很小。适用于棒、线材、型钢轧机中轧、精轧机架。 7.合金冷硬铸铁轧辊Alloy Chilled Cast Iron Rolls 合金冷硬铸铁轧辊辊身工作层基体组织内基本上没有游离石墨，其硬度高，具有优良的耐磨性能。用于小型棒、线材轧机及窄带钢精轧机架。金相组织是细珠光体和碳化物。 8.珠光体球墨铸铁轧辊（离心）Pearlitic Nodular Cast Iron Rolls(Centrifugal) 球墨铸铁中加入镍、铬、钼合金元素，经过特殊热处理得到珠光体球铁轧辊。珠光体球墨铸铁轧辊具有良好的强度、高温性能和抗事故性能，工作层硬度落差小。 9.针状贝氏体球墨铸铁轧辊（离心）Spiculate Bainitic Nodular Cast Iron Rolls(Centrifugal) 针状贝氏体球铁轧辊加入镍、锰、铬、钼等合金元素，它是具有针状组织（贝氏体+少量马氏体）基体，比珠光体球铁轧辊强度更高，韧性更好，耐磨性也明显提高。可采用静态铸造可离心铸造生产。 10.合金球墨铸铁轧辊（离心）Alloy Nodular Cast Iron Rolls(Centrifugal) 这种轧辊的特征是石墨呈球状，它的性质与合金无限冷硬轧辊相似，其强度高与无限冷硬辊。一般采用静态或动态的铸造。
断裂分析报告
M10-45H 内六角紧定螺钉 断裂分析 据客户反映，由本公司供应的M10-45H 紧定螺钉，安装过程中发生故障。 现状：M10-45H 内六角紧定螺钉，在密封锁紧螺母安装过程中发生断裂； 安装过程：在部件上指定部位使用43~48N.m 扭矩旋入紧定螺钉（作为限位螺钉使用），然后，在紧定螺钉露出端使用43~48N.m 的终拧扭矩旋入密封锁紧螺母并拧紧，防止螺钉与基体之间的间隙造成介质渗漏。 一，失效件检测分析： 1，断口形貌宏观观察： 断面基本与轴线垂直，颜色灰色，颗粒细小均匀；放大10倍进行观测，未见目测可见原始裂纹。 2，机械性能检测： 3，金相检测分析： 沿轴线使用线切割方式制样，检测了纵向剖面的金相组织。如下图图1和图2。 图1 芯部金相x500 芯部金相组织：回火马氏体+回火屈氏体 图2 螺纹金相x200 螺纹部位金相：无脱碳层或渗碳层 4，化学成分分析： 合金钢SCM435: 0.35%C, 0.21%Si, 0.70%Mn, 0.013%P, 0.007%S, 1.04%Cr, 0.185%Mo 符合GB3098.3对45H 级螺钉的材质要求。 失效件检测分析表明，该产品机械性能和使用材料完全符合GB3098.3标准要求 二，断裂原因分析： 对失效件的机械性能检测、金相组织检测、化学成分检测结果表明，产品完全符合标准规范。 对照标准GB/T 3098.3-2000，在标准条文内第一章，标准范围，对该产品的描述，第一段有明确：本标 准 规 定了由碳钢或合金钢制造的、在环境温度为10-35℃条件下进行试验时，螺纹公称直径为1.6- 24m m 的紧定螺钉及类似的不受拉应力的紧固件机械性能。如下截图：
轧辊基础知识
轧辊基础知识 1-什么是轧辊，轧辊的种类有哪些？ 轧辊是使（轧材）金属产生塑性变形的工具，是决定轧机效率和轧材质量的重要消耗部件。轧辊种类按成型方法可分为铸造轧辊和锻造轧辊；按工艺方法分为整体轧辊、冶金复合轧辊和组合轧辊。整体轧辊分为整体铸造和整体锻造轧辊两种。 冶金复合铸造轧辊主要有半冲洗复合铸造、溢流（全冲洗法）复合铸造、离心复合铸造三种，此外还有连续浇铸包覆（CPC－Continuous PouringProcess for Cladding）、喷射沉积法、热等静压（HIP－Hot Isostatically Pressed）、电渣熔焊等特殊复合方法制造的复合轧辊种类。组合轧辊主要是镶套组合轧辊。 2-什么是整体轧辊？ 整体轧辊是相对于复合轧辊而言的，整体轧辊的辊身外层与心部以及辊颈采用单一材质铸造或锻造而成，辊身外层和辊颈不同的组织、性能通过铸造或锻造工艺以及热处理工艺过程来控制和调整。 锻造轧辊和静态铸造的轧辊均属于整体轧辊。 3-轧辊按材质主要分为哪几种类别？ 轧辊按制造材料主要划分为铸钢系列轧辊、铸铁系列轧辊和锻造系列轧辊三大类别。 4-什么是铸造轧辊，铸造轧辊主要有哪些种类？ 铸造轧辊是指将冶炼钢水或熔炼铁水直接浇注成型这一生产方式制造的轧辊种类。铸造轧辊按材质又可分为铸钢轧辊和铸铁轧辊两类；按制造方法又可分为整体铸造轧辊和复合铸造轧辊两类。 5-哪些轧辊适合于整体铸造生产？ 初轧机、钢坯连轧机、大型型钢和轨梁轧机、热轧板带钢轧机破鳞和轧边机、型钢万能轧机的轧边机，还有小型型钢、线棒材轧机的粗轧机架等轧机使用的轧辊，大多采用整体铸造方法生产，这类轧辊使用层较厚，孔型较深。另外，热轧板带轧机的二辊粗轧辊也适合于整体铸造生产。 整体铸造轧辊的工艺方法相对简单，制造成本低。 6-什么是复合铸造轧辊？ 复合铸造轧辊指轧辊辊身外层与心部以及辊颈采用两种或两种以上材质复合铸造而成，辊身外层和辊颈分别通过不同材质的成分设计和热处理工艺获得要求的组织和性能。复合铸造方法有半冲洗复合铸造、离心复合与溢流复合三种，复合铸造轧辊需要特殊的工艺装备，工艺相对复杂，控制难度大，需要较高的制造成本。 7-复合铸造适合于哪些轧辊的生产？ 复合铸造适合于生产那些工作负荷大、轧材质量要求高的轧辊。这类轧辊辊身和辊颈性能要求相差悬殊，辊身表面硬度要求高，辊颈又要求较高的强度和韧性。例如热带连轧机的工作辊、支撑辊；中厚板、宽厚板轧机的工作辊；平整轧机的工作辊和支撑辊；型钢万能轧机的辊环；小型型钢、棒线材轧机的精轧辊及无缝钢管轧机连轧管轧辊和张减径辊环等。 近几年离心复合高铬铸铁小立辊在国内外热带连轧机上得到越来越多的采用，表现出优良的耐
螺栓断裂原因分析
螺栓断裂原因的分析 一般情况下，我们对于螺栓断裂从以下四个方面来分析： 第一、螺栓的质量 第二、螺栓的预紧力矩 第三、螺栓的强度 第四、螺栓的疲劳强度 实际上，螺栓断裂绝大多数情况都是因为松动而断裂的，是由于松动而被打坏的。因为螺栓松动打断的情况和疲劳断裂的情况大体相同，最后，我们总能从疲劳强度上找到原因，实际上，疲劳强度大得我们无法想象，螺栓在使用过程中根本用不到疲劳强度。 一、螺栓断裂不是由于螺栓的抗拉强度： 以一只M20×80的8.8级高强螺栓为例，它的重量只有0.2公斤，而它的最小拉力载荷是20吨，高达它自身重量的十万倍，一般情况下，我们只会用它紧固20公斤的部件，也只使用它最大能力的千分之一。即便是设备中其它力的作用，也不可能突破部件重量的千倍，因此螺纹紧固件的抗拉强度是足够的，不可能因为螺栓的强度不够而损坏。 二、螺栓的断裂不是由于螺栓的疲劳强度： 螺纹紧固件在横向振松实验中只需一百次即可松动，而在疲劳强度实验中需反复振动一百万次。换句话说，螺纹紧固件在使用其疲劳强度的万分之一时即松动了，我们只使用了它大能力的万分之一，所以说螺纹紧固件的松动也不是因为螺栓疲劳强度。 三、螺纹紧固件损坏的真正原因是松动： 螺纹紧固件松动后，产生巨大的动能mv2，这种巨大的动能直接作用于紧固件及设备，致使紧固件损坏，紧固件损坏后，设备无法在正常的状态下工作，进一步导致设备损坏。 受轴向力作用的紧固件，螺纹被破坏，螺栓被拉断。 受径向力作用的紧固件，螺栓被剪断，螺栓孔被打成橢圆。 四、选用防松效果优异的螺纹防松方式是解决问题的根本所在： 以液压锤为例。GT80液压锤的重量是1.663吨，其侧板螺栓为7套10.9级M42螺栓，每根螺栓的抗拉力为110吨，预紧力取抗拉力一半计算，预紧力高达三、四百吨。但是螺栓一样会断，现在准备改成M48的螺栓，根本原因是螺栓防松解决不了。 螺栓断裂，人们最容易得出的结论是强度不够，因而大都采用加大螺栓直径强度等级的办法。这种办法可以增加螺栓的预紧力，其摩擦力也得到了增加，当然防松效果也可以得到改善，但这种办法其实是一种非专业的办法，它的投入太大，收益太小。 总之，螺栓是：“不松不断，一松就断。”
轧辊失效分析
轧辊失效分析 轧辊失效分析 欧州轧辊制造商协会撰写 目录 第一章剥落 1.1 马鞍形剥落 6 1.2 挤压裂纹和带状疲劳剥落7 1.3 外层/芯部结合层处剥落9 1.4 外层/芯部接合层工作层厚度不够10 1.5 辊肩脱落11 第二章热裂纹 2.1 带状热裂纹 12 2.2 梯状热裂纹 13 2.3 局部热裂纹 13 第三章机械事故损伤 3.1 冲击过载造成轴承部位断裂14 3.2 弯矩引起的轴承部位断裂15 3.3 传动端扭矩引起辊颈折断16 3.4 辊承磨损及烧死引起的辊颈折断17 3.5 热（应力）折断18 第四章表面及次表面（皮下）缺陷 4.1 针孔和气孔 19 4.2 夹杂 20 4.3 硬点和软点 20 第五章轧制过程中辊面状态 5.1 表皮剥落 21 5.2 大块带状剥落22 5.3 粘钢 23 5.4 带边边缘磨损24 5.5 划伤/机械碰伤印痕25 前言 1．目前，对任何成熟的轧制过程、轧制工艺，都可有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的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．整支轧辊的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小时甚至更久，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。有些损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问题。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，轧辊在偱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，越容易导致这种现象的发生。其实这种现象通常可用超声波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