高速轧钢机用轧辊早期失效原因分析
1420轧机弯辊缸失效分析与对策
1420轧机弯辊缸失效分析与对策
一、问题描述
二、失效原因分析
1.润滑不良：润滑不良会导致摩擦增大，加速零部件的磨损，从而导
致弯辊缸失效。
2.密封不严：密封不严会导致液压系统内部液压漏油，降低了液压系
统的工作效率，同时也会影响到了弯辊缸的正常运行。
3.缸体磨损：长时间使用或者操作不当会导致弯辊缸的缸体磨损，进
而导致其失效。
三、对策建议
1.加强润滑管理：定期检查加油润滑情况，确保润滑油的充足和质量。
严格按照润滑标准操作，确保润滑效果。
2.定期检查维护：定期检查弯辊缸的密封情况，及时更换密封件。
并
定期检查缸体磨损情况，根据情况进行修复或更换部件。
3.加强操作规范：员工在操作弯辊缸时，应按照操作规程进行操作，
避免操作不当导致的缸体磨损。
4.提高维护意识：定期对弯辊缸进行维护保养，确保设备长期稳定运行。
同时，员工应加强维护意识，发现问题及时报修，避免小问题演变成
大问题。
四、总结
1420轧机弯辊缸的失效会给生产带来不小的影响，因此对其进行定期维护和保养是非常重要的。
除了以上提到的对策建议外，还应加强员工培训，提高其维护技能和意识，确保设备的长期稳定运行。
只有全面加强对设备的维护管理，才能最大程度地减少设备失效带来的影响，提高生产效率和产品质量。
浅谈精轧工作辊失效形式及预防措施
浅谈精轧工作辊失效形式及预防措施（郑强）检修中心轧钢维护部摘要：通过对轧辊在生产中发生的各种失效形式进行分析，并作出相应的预防措施。
关键词：裂纹；剥落；断裂前言轧辊是热轧厂生产中最大的消耗性、关键性备件，不仅其消耗量大、价格昂贵，而且其性能和使用情况的好坏，直接影响生产的作业率和成本、产品的产量和质量、辊耗等。
轧辊消耗量是轧钢生产技术经济指标之一，是考核轧钢生产的主要内容。
因此，提高轧辊使用寿命，是轧钢生产提高生产效率、实现增产节约、降低消耗的有力措施。
使用中的轧辊，由于和轧件直接接触引起的接触应力、热应力、剪切应力、残余应力和轧辊本身的制造缺陷等原因，常常在正常使用周期内被迫提前下机，甚至非正常报废，这就需要我们通过各种失效形式做出相应的分析，并加以预防和解决。
1.裂纹裂纹是轧辊使用中最常见的一种失效形式，又分正常裂纹和非正常裂纹两种。
1.1正常裂纹正常裂纹又叫热裂纹，热裂纹属正常轧制下产生的裂纹，初期呈很细的网状均匀分布在轧辊的整个辊身上，深度较浅。
热裂纹是由于多次温度循环产生的热应力所造成的逐渐破裂，是发生于轧辊辊身上的一种微表面层现象。
此种裂纹是轧制过程中轧辊受接触应力、热应力、剪切应力、残余应力影响，当应力超过材料的疲劳极限时，轧辊表面产生严重应变，逐渐导致热疲劳裂纹的产生。
预防措施：1、合理控制冷却水量和冷却水的分布；2、合理分配各机架轧制负荷；3、合理控制换辊周期；4、合理控制磨削量；1.2非正常裂纹轧制中发生的打滑、粘钢、卡钢、堆钢、甩尾、甚至断水轧制等轧制事故，这些轧制事故会造成轧辊局部温度升高而产生热应力和组织应力，当轧辊应力值超过材料强度极限时便产生热冲击裂纹，形成轧辊辊身表面一条母线上或局部深度和开口度较大的裂纹。
通过修磨，轧辊表面裂纹消除后可以继续使用，但其使用寿命明显降低，并在以后的使用中易出现剥落事故。
预防措施：1、轧制条件应满足轧辊的使用技术要求；2、合理分配各机架轧制负荷；3、提高轧制操作技能，尽量减少打滑、粘钢、卡钢、堆钢、甩尾、甚至断水轧制等轧制事故的发生；4、轧线必须及时把事故原因的信息传递到磨辊间，以便于磨辊间针对事故原因制定有效的对事故轧辊进行严格的超声波、涡流探伤及磨削处理；2.剥落剥落是轧辊使用中比较严重的一种失效形式，是由于轧辊表面裂纹的扩展或轧辊本身内部缺陷造成的。
轧辊轴承失效现象分析和改进策略
221管理及其他M anagement and other轧辊轴承失效现象分析和改进策略宁国燕（河钢集团邯钢公司邯宝热轧厂，河北 邯郸 056000）摘 要：随着轧制生产线产能的提升和用户对轧制产品质量要求的不断提高，轧辊轴承作为关系轧机设备良好稳定运行的重要零部件之一，它的使用与保养维护问题也日渐突出。
轧机轴承是轧机轴系中主要消耗件和易损件之一，在轧机生产中，轧辊轴承既承受着轧件传递给轧辊的巨大的轧制力，同时也承受着轧辊转动时带来的摩擦力，因此，研究轧辊轴承的磨损问题是非常必要的。
关键词：轧辊轴承；磨损失效；原因分析；日常维护中图分类号：TG333.17 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2020）12-0221-2 收稿日期：2020-06作者简介：宁国燕，女，生于1987年，汉族，河北邯郸人，研究生，中级工程师，研究方向：机械设计及理论。
1 本文简介轧机是钢材成型的重要生产设备，包括主要设备、辅助设备﹑起重运输设备和附属设备等部分。
一般所说的轧机往往仅指主要设备，轧机的主要设备有工作机座和传动装置，工作机座由轧辊﹑轧辊轴承﹑机架、轨座﹑轧辊调整装置以及上轧辊平衡装置和换辊装置等组成。
其中，轧辊轴承用来支撑轧辊并使轧辊保持在机架的固定位置，轧辊轴承工作负荷重且变化大，因此要求轴承摩擦系数小，具有足够的强度和刚度，要方便更换轧辊。
不同的轧机选用不同类型的轧辊轴承，滚动轴承的刚性大，摩擦系数较小，承压能力较小，且外形尺寸较大，多用于板带轧机工作辊。
滑动轴承有半干摩擦与液体摩擦两种，半干摩擦轧辊轴承主要有胶木﹑铜瓦﹑尼龙瓦等材质的轴承，价格便宜，多用于型材轧机和开坯机；液体摩擦轴承有动压﹑静压和静动压三种，优点是摩擦系数比较小，承压能力较大，工作速度高，刚性好，缺点是油膜厚度随速度而变化，液体摩擦轴承多用于板带轧机支承辊和其它高速轧机。
轧辊轴承是轧机的核心部件之一，文章首先阐述了轧辊轴承的工作原理，对其疲劳寿命的计算给出了依据，分析了影响轧辊寿命的内外因素，最后针对轧辊轴承的失效原因提出相应的解决策略。
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。
轧辊失效形式
铸轧辊失效的形式：①热龟裂；②裂纹扩展快；③表面局部塑形变形；④断裂。
在轧制中，裂纹扩展速度快，有时纵向裂纹长300mm，深2-4mm，是辊套过早的失效，原因是：辊套热处理工艺不合格，内部较大的残余应力为消除，在轧制过程中，受铝液热应力与辊芯内冷却水冷应力的交替作用，加速了裂纹的生成和扩展。
辊套的正常失效按下公式计算:有效厚度=（Dmax-Dmin）/2 Dmax为铸轧辊的最大的外径，Dmin为最小外径，每次车磨4mm左右，直至有效厚度接近于零，此辊套就认为失效为重新更换。
辊芯失效形式：①水槽阻塞；②水槽破裂，辊芯的材质：42CrMo 辊芯硬度HB在500左右。
调质硬度范围为2000MPa＜HB＜4000MPa辊套：需具有良好的导热性，线性膨胀系数及弹性模数小，较高的抗拉强度、屈服强度及硬度，较好的耐热性、抗热疲劳及热变形等。
辊套粗糙度Ra为0.8-1.2μm。
辊套硬度HB为370-400左右，目前国内使用的辊套材质为PCrNi3Mou和32Cr3Mo1V钢。
冷却说的要求：水硬度：硬度总和不大于7. PH值：6-8 水压：0.4-0.6MPa悬浮物：不大于50PPM 水温：一般控制在15-28℃辊芯辊套热装时温度的计算：t=I/αD内·C 式中：I=σ+Δminσ-过盈量；Δmin-热装的最小间隔；α材料线膨胀系数过盈量配合量的经验公式为：过盈量一般为铸轧辊辊径的0.09%-0.11%。
辊芯尺寸在φ500mm-φ700mm，过盈量（mm）=辊芯尺寸x1/650辊芯尺寸在φ700mm-φ850mm, 过盈量（mm）=辊芯尺寸x1/700 当传递的轧制力矩一定时，辊套越薄，需要的过盈配合量越大。
辊套越薄所能产生的过盈压力越小，传递的轧制力矩越小。
对新辊（包括重新研磨的辊）进行热处理，首先用无水乙醇擦掉七表面的油污，后用自行配制的腐蚀溶液（只要成分是硝酸）均匀涂抹与辊面，待接近干燥，用清水洗净，此时辊面呈亮黑色，在轧辊完全干燥后，用800″砂纸沿轧制方向用力将其面的黑色物质打磨去掉。
轧辊轴承失效的原因
轧辊轴承失效的原因轧辊轴承在轧制过程中会承受高强度的载荷和摩擦，因此容易出现失效。
轧辊轴承失效的原因可以归纳为以下几个方面：1.疲劳失效：轧辊轴承在轧制过程中要承受循环荷载，容易导致金属材料发生疲劳失效。
这种失效通常表现为轴承表面起初小裂纹，然后逐渐扩展成肉眼可见的大裂纹，并最终导致断裂。
2.磨损失效：在轧制过程中，轧辊轴承表面会受到较大的摩擦力和磨损，导致轴承表面磨损严重。
磨损失效会导致轴承表面粗糙度增加、尺寸减小，从而影响轴承的正常运转。
3.轴承负荷过大：若轧辊轴承受到的荷载超过了其承载能力，会导致轴承瞬时失效。
这种失效通常表现为轴承出现塑性变形或微裂纹，从而导致轴承无法正常工作。
4.润滑失效：轧辊轴承在运行过程中需要有足够的润滑，以减少摩擦和磨损。
但若润滑不到位，或润滑剂质量不好，会使轴承表面形成焦炭、热膜和凝粘物，进而导致轴承失效。
5.温度过高：轧辊轴承在运转过程中会产生热量，若轴承供应的润滑不到位，会导致摩擦产生的热量积聚在轴承内部，从而使轴承体温度升高。
当轴承温度超过其耐热极限时，会引发轴承失效。
6.安装不当：轧辊轴承的安装也是影响其寿命的重要因素。
若安装不当，例如安装时存在过度负载、不适当的配合间隙或轴向载荷过大，会导致轴承失效。
此外，如果轴承安装时没有按照规定的工艺进行操作，也会影响其使用寿命。
针对以上原因，可以采取以下措施来延长轧辊轴承的寿命：1.选择合适的轴承：根据轧辊轴承的工作条件和载荷大小，选择合适的轴承类型、规格和材料，使其能够承受工作环境中的载荷。
2.加强润滑管理：采用合适的润滑方式和润滑剂，确保轧辊轴承在工作过程中有足够的润滑。
同时，定期检查和更换润滑剂，清洗轴承表面，以避免润滑失效引发的问题。
3.控制负荷：通过改变轧辊间距、调整轧机参数等方式，减少轧辊轴承受到的负荷。
同时，注意控制轧机的工作温度，避免轴承过热。
4.正确安装轴承：遵循正确的安装工艺，确保轧辊轴承按照规定的预压力安装，并检查轴承的配合间隙和轴向负荷是否符合要求。
轧辊的失效及其修复技术
轧辊的失效及其修复技术摘要：轧辊生产率与生产成本都取决于轧制的生产质量，当轧辊不足供应，价格高时，整个轧辊都会磨损失效，这会导致大量的材料报废。
轧辊的修复是轧辊行业的主要问题。
过早磨损最常见轧辊失效的原因，轧辊的工作表面的硬度取决于耐磨性，正确的热处理符合辊的硬度要求。
轧机是轧辊变形的主要工具。
通过自己的材料和恶劣的工作条件，延长寿命需要修复技术，失效甚至报废。
概述了轧辊的工作条件、材料和失效，介绍了几种常见的修复技术。
关键词：冷轧辊热轧辊；失效修复；表面改性技术引言激光处理技术在钢铁工业中的应用越来越多。
随着钢铁工业的复苏和世界钢需求量的增加，我国的钢铁产量目前地位领先。
轧辊消费量大幅增加，进一步提高了产量和质量。
与此同时，各种新角色正在应用于钢铁行业。
因此，轧辊的修复和化是钢铁工作者和激光设备的一个重要问题。
减少组件消耗会对企业的生产成本和经济性产生积极影响，并提供显着的成本节约机会。
目前，激光用于加固和修复辊面，引起了业界的关注。
1轧辊的损坏形式1.1正常磨损轧辊金属微粒在轧制和磨削过程中辊身分离，工作层变薄，直径较小，吨位随磨辊次数的增加而减小。
如果直径太小，以致于表面硬度降低到某个特定值，则即使没有其他缺陷(自然磨损或正常磨损)，辊也无法继续工作。
这种磨损是可预见的，也是有风险的，最危险的损害通常是非正常磨损。
1.2非正常损坏如果辊的直径和表面硬度仍处于连续运转状态，则由于另一个缺陷甚至断裂，无法使用，这称为“非正常”和“特殊损坏”，具体由：(1)表面裂纹。
冷轧辊的裂纹分别为60%和20%，且裂纹的区域通常位于辊的中心。
裂缝有所不同的概率大致相同。
轧辊的制造质量对裂缝的形成和扩大至关重要。
因此，减少裂纹是提高轧辊的制造质量的关键。
例如，碎裂是轧槽经轧制过程中的冷热影响以及钢坯的磨损较低，导致轧槽表面上出现网格裂纹，从而导致断裂。
冷却水压力不足可能导致裂内部的汽化扩张力大，有助于增加裂缝。
高速无扭精轧机组设备故障诊断分析
高速无扭精轧机组设备故障诊断分析高速无扭精轧机组是现代化轧钢设备的一种，广泛应用于钢铁、有色等行业。
在机组的使用过程中，难免会出现各种故障，需要及时进行诊断和排除。
本文将对高速无扭精轧机组的设备故障进行分析和诊断。
一、轧辊故障(1) 轧辊磨损严重高速无扭精轧机组的轧辊经常在高强度的作用下运转，长时间使用后轧辊表面会出现磨损现象。
磨损严重会导致轧辊几何形状发生变化，影响轧钢工艺和质量。
解决这个问题的方法是定期更换轧辊或在保养时进行轧辊磨平操作。
(2) 轧辊表面开裂在轧制过程中，由于轧辊表面有较强的压力和摩擦，轧辊表面容易出现裂纹。
轧辊表面开裂会影响轧制工艺和轧钢质量，严重时可能会导致轧辊断裂。
处理轧辊表面开裂问题的方法是定期进行轧辊表面检查，在发现裂纹时及时更换轧辊或进行焊接修复。
(3) 轧辊间隙不均匀高速无扭精轧机组的轧辊间隙对轧制质量具有重要影响。
轧辊间隙过大会导致轧钢成品尺寸变差，轧辊间隙过小则会加大动力负荷，影响机组稳定性。
轧辊间隙不均匀的原因可能是轧辊尺寸不一致、轧辊安装不当等多种因素，需要在日常运维中进行调整和检查。
二、冷却系统故障高速无扭精轧机组在轧制过程中需要进行冷却，以控制轧辊表面温度，避免轧辊表面损伤。
冷却系统故障可能会导致轧辊过热，影响轧制质量，严重时可能会导致轧辊损坏。
(1) 冷却液温度过高冷却液温度过高会导致冷却效果不佳，轧辊表面温度难以控制。
处理方法是检查冷却系统的管道和散热装置，保证冷却液循环畅通，并定期更换冷却液。
(2) 冷却液压力不足冷却液压力不足会导致液流不畅，冷却效果不佳。
处理方法是检查液压系统，保证液压系统工作正常。
高速无扭精轧机组的传动系统是机组的核心部分，直接决定了机组的运行效率和稳定性。
传动系统故障可能会导致机组出现振动、噪声、载荷不稳定等问题，甚至会影响机组的安全运行。
(1) 传动带松动传动带松动会导致机组动力传递不稳定，工作效率降低。
处理方法是及时检查传动带的张力，保持合适的张力。
轧辊轴承失效分析及处理措施
动装置，其 中工作机坐由轧辊 、轧辊轴承
、
机架 、轨 座 、轧辊调 整装 置 以及 上轧辊
平衡装置和换辊装置等组成 ． 轧辊轴承支 承 轧辊 并 保持 轧辊 在 机架 中的 固定位 置 。 轧 辊轴 承工作 负荷重而 变化 大 ，因此要求 轴 承摩 擦 系数小 ，具有 足够 的强度 和刚度 而且要便于更换轧辊。不同的轧机选用 不同类型的轧辊轴承。滚动轴承的刚性大 摩擦 系数 较小 ，但承 压能力 较小 ，且外 形 尺寸较 大 ，多用 于板 带轧机 工作辊 。滑 动 轴承有半 干 摩擦与液 体摩擦 两种 。半干 摩 擦轧辊轴 承 主要是胶 木 、铜 瓦 、尼龙瓦 轴 承 ，比较 便宜 ，多用 于型材 轧机 和开坯 机 。液体摩 擦轴 承有动 压 、静 压和静 一 动 压 三种 。优 点是 摩擦 系数 比较 小 ，承压能 力 较大 ，使 用工 作速度 高 ，刚性好 ，缺点 是 油膜厚度 随 速度而变 化 。液体摩 擦轴 承 多 用于板 带轧机 支承辊 和其 它高速 轧机 。
成轧 机 中的轧 辊轴 承的 失效原 因进 行分 析介 绍并提 出 了一 些应 对措 施 。 关键 词 ：轧辊 轴承 ；失 效 ；应 对措 施 中圈分类 号 ：Ｔ Ｈ １ ３ 文献标 识码 ：Ａ （ ２） ｝ 闰 滑 管路 布设不 当造 成的油 路不 畅 ，
我 国 是 一个 新 兴 的发 展 中 国家 ，在 柱滚子 轴承 和单列 向心 球轴 承等组 成 ，在
Hale Waihona Puke 国家的建设过程 中对于钢材的需求量巨 大 ，轧 机 是 实 现 金 属 轧 制 过 程 的 设 备 ， 在 钢材 的成 型方 面 起 着非 常重 要 的作 用 ， 轧辊 轴承作 为轧机 中的重要组 件 ，在 使用 过程 中会 由于各 种原 因造成失 效 ，从 而影 响轧机的正常使用 ，本文将对轧机轧辊轴 承 的失效原 因 以及 应对 措施等 进行介 绍 。 １ 轧 机的轧辊 轴 承简介 轧 机 是 实 现金 属 轧 制 过 程 的设 备 。 泛指 完成轧 材生 产全过 程 的装 备 ，包 括有 主要 设备 、辅 助设 备 、起 重运 输设 备和附
热轧轧辊失效分析及预防措施
联 系人 ： 占福， ３ 岁 ， 马 男， ７ 博士生 ， 轧钢工程师， 乌鲁木齐（ ３ ｏ ２ 新疆八一钢铁股份有限公司 ８０２ ）
Ｅ－ｍａｉ ｍａｆ ｙ ｔ Ｏ １１ ｌ ｚ＠ｂ ｇ． Ｂ．１ ： Ｃ ３
～
３６ 按 制 造工 艺 分 为 铸 造 、 造 、 末 冶 金 、 ．％； 锻 粉 喷
射成型 、 堆焊热喷涂等 ； 按结构分为整体辊 、 复合辊 、
镶 装辊 等 ；按 功 能分 为 连铸 辊 、热 轧辊 、冷轧 辊 、
Ｓ ｎｍ ｒ 、 艺辊 、 道 等 ｅ ｚ ｉ辊 工 辊 。
３ 轧 辊 的 失 效 形 式
１ 前 言
轧辊是使金属产生塑性变形的一种生产工具， 其在 实 际生产使 用 中 ， 于一种 复杂 的应力 状态 ， 处 如
轧 辊与 轧件 接 触加 热 、 辊水 冷 却 引起 的周期 性 热 轧 应力 、 轧制 负荷 引起 的接触 应力 、 剪切 应力 以及残 余 应力 等川 。如果轧 辊 的材质 、 加工 、 生产 、 操作 等工 艺
３ １ 断 裂 ．
不合理 ， 就会使轧辊失效 ， 出现剥落、 断裂、 辊面损伤 等情况， 任何一种失效形式都会直接导致轧辊寿命
缩短 ， 至造 成轧 辊报废 ， 甚 因此分 析轧辊 的失 效形 式
轧辊在 生产 中往 往会 发生 突然 断辊事 故 ，其 断
裂部位 主要 为工 作辊 的辊 身 、 颈及 轴头部 位 。 辊 断辊 因轧 制 不 同钢种 、 同品种 、 同 的生 产 工艺 条件 ， 不 不 其断裂 部位 有所 不 同。 断裂形 式来 看 ， 可能是 一 从 有 次性 的脆断 ，也 可能是 由于疲劳 裂纹 而导致 断辊 ｌ ３ ＿ ，
可从 内因 、 因两 方面来 分 析 （ 图 １ 。 外 如 ）
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第36卷 第3期2011年3月H EAT TRE AT MENT OF METALSV o l 36N o 3M arch 2011高速轧钢机用轧辊早期失效原因分析杨 川,高国庆,崔国栋(西南交通大学材料科学与工程学院,四川成都 610031)摘要:采用光学显微镜、扫描电镜及能谱分析等测试方法,对高速轧钢机用轧辊早期失效原因进行分析。
结果表明,轧辊失效的原因是材料离心铸造过程中钒铁未能完全溶解,使热处理后材料的组织与硬度没有达到要求,并提出改进措施。
关键词:高速钢轧辊;早期失效;离心铸造;改进措施中图分类号:TG162.6;TG 142.45 文献标志码:A 文章编号:0254 6051(2011)03 0106 03E arl y fail ure analysis of roller used i n high speed steel rolli ng m illYANG Chuan ,GAO Guo qing ,CU I G uo dong(Schoo l o fM ater i a ls Science and T echno logy ,SouthW est J i aotong U n i versity ,Chengdu S i chuan 610031,Ch i na)Abstrac t :The ear l y fa il ure reason of t he ro ller used i n h i gh speed rolling m ill w as stud i ed by OM,SE M and EDS .The resu lt sho w t hat the fa il ure reason o f t he roll e rs is i nco m plete d isso l ution of vanadi um i ron dur i ng rota ry costing process wh ich then leads to the m icrostruct ure and hardness o f the m ater ials heat trea ted faili ng t o m eet t he requ ire m ent .The i m prov i ng m ethod was a l so put f o r w ard .K ey word s :h i gh speed stee l roller ;early fail ure ;rota ry casti ng ;i m prov i ng m ethod收稿日期:2010 09 03作者简介:杨 川(1954 ),男,江苏淮安人,教授,博士,主要从事材料表面技术与失效分析方面研究。
联系电话:028 ********,E ma i :l chyang @h o m e .s w j tu 轧辊种类繁多,常用材料有镍铬无限冷铸铁、贝氏体球铁等。
但由于耐磨性偏低,在20世纪80年代又开发出高速钢材料的轧辊,由于性价比高受到轧钢业欢迎,在我国这类轧辊基本依赖进口[1]。
目前国内一些企业也在积极研制,但经常出现寿命偏低的问题[2 3]。
如某材料公司一直从事研制高速轧钢机上高速钢材料轧辊,采用离心铸造的方法成型然后进行热处理。
具体工艺路线如下:配置合金 熔炼 离心铸造 退火 机加工 热处理(淬火与回火) 精加工(采用立方氮化硼刀具),主要化学成分(质量分数,%):2.2C 、4.0V 、17W 、4.5Cr 、2.3M o 、9.0Nb ,Fe 余量。
投产以来用这种材料生产的轧棍质量一直较好,可以稳定轧制1500t 左右的钢材。
但是最近生产的一批轧辊仅轧制300t 后表面即出现块状剥落现象,导致轧辊早期失效。
通过宏观观察,发现这批轧辊的外表面存在一些肉眼可见的白色区域,而块状剥落现象均发生在这些白色区域。
本文对这批轧辊寿命偏低的原因进行分析,希望对高速钢轧辊国产化起到一定的促进作用。
1 试验方法1)对失效轧辊的表面进行观察,从轧辊的剥落区域与未剥落的区域分别用线切割机截取尺寸为10mm 10mm 30mm 的样品进行金相组织分析,金相显微镜型号OLYM P U SGX51。
2)对不同区域的组织进行显微硬度测试。
硬度计型号HXD 1000T M,载荷100g 。
3)用扫描电镜观察不同区域的微观组织,并测定不同区域的成分。
2 结果与分析2.1 宏观和微观组织观察与显微硬度测试经过腐蚀后肉眼观察发现,这批轧辊表面颜色与正常生产的轧辊颜色有所不同。
正常轧辊表面一般呈黑灰色,但是这批轧辊表面有些区域是黑灰色,另一些区域出现肉眼可见白色区域(见图1)。
而轧辊表面发生剥落的区域均在这些白色的区域,显然轧辊的早期失效与这些白色区域的出现密切相关。
分别在白色区域与正常区域截取样品进行显微组织观察,结果见图2。
图1 轧辊表面白色的区域F i g .1 W hite zone on the ro ller surface第3期杨 川,等:高速轧钢机用轧辊早期失效原因分析107图2 轧辊正常区域(a)与白色区域(b)显微组织 500F ig .2 M i crostructure o f the norma l zone (a)and wh ite zone (b)i n t he ro llers500由图2(a)可见,轧辊正常区域典型的微观组织是黑色区域加条状与点状的碳化物。
黑色区域是回火马氏体,该区域的显微硬度为620~650HV0.1。
白色区域中的典型组织是白色晶粒内存在碳化物见图2(b ),这些白色晶粒的显微硬度仅为300~350HV0.1,可见白色区域组织并非回火马氏体。
显然由于这些白色晶粒的硬度低,在轧制过程中受力变形,导致材料呈块状剥落。
因此找到白色区域形成的原因,是解决轧辊早期失效的关键问题。
2.2 扫描电镜观察与成分分析利用扫描电镜对轧辊的正常区域进行组织与成分分析,结果见图3。
从图3可以看到在黑色区域中存在点状与条状两种不同形貌的碳化物。
碳化物周围基体组织的成分见图3的能谱分析结果。
从图3(b)可以看到在黑色区域的基体中可以看到回火马氏体针的形貌,能谱分析表明在回火马氏体中V 元素含量达到2.04%,可见是一种含合金元素的回火马氏体组织。
利用扫描电镜观察和分析轧辊白色异常区域,其形貌及EDS 分析结果见图4。
对比图3与图4可知,白色区域(肉眼观察到的白斑区域见图1)与正常黑色区域相比成分主要差别是:白色区域中的条状碳化物中含V 、N b 的比例要比黑色区域中条状碳化物中含量要高,V 含量高达43.65%,同时碳含量也达到18.96%。
而基体中钒、碳含量非常低。
说明大量碳集中在碳化物中,使基体中的碳量减少。
白色区域与正常黑色区域相比金相组织上差别是:在黑色的区域中可以看到针状马氏体,而白色区域中看不到这样的形态,可以认为白色区域的基体组织不是回火马氏体组织,从硬度分析应该是合金铁素体组织。
图3 黑色区域中碳化物与基体组织形貌、成分分析结果(a)条状碳化物;(b)基体组织形貌;(c)条状碳化物能谱图;(d)基体的能谱图F i g.3 M icrostructure and co m po siti on ana l ysis o f carb i d and m atri x i n the b lack zone(a)stri p carb i de ;(b )m atri x ;(c)EDS s pectr um of t he stri p carb i de;(d)EDS s pectr um of t he m atri x108第36卷图4 白色区域中碳化物与基体组织形貌、成分分析结果(a)条状碳化物;(b)基体组织形貌;(c)条状碳化物能谱图;(d)基体组织能谱图F i g.4 Pa ttern and co m positi on ana l ysis resu lt o f carb i de and m atr i x i n wh ite zone(a)stri p carb ide;(b)m atri x;(c)EDS s p ectru m of stri p carb i de;(d)EDS s pectr um ofm atri x3 分析讨论根据宏观现象分析可以知道,轧棍寿命偏低的主要原因是在轧辊表面存在肉眼(见图1)可以看到的白色区域。
金相分析表明,白色区域与非白色区域在金相组织的最大区别是:非白色区域经过腐蚀后,在整个区域中基本呈现黑色;而白色区域经过腐蚀后,整个区域除黑色外还出现白色晶粒见图2(b)。
金相组织中黑色区域中是回火马氏体+碳化物,碳化物分成条状、点状与颗粒状三种形态。
白色区域的基体组织是合金铁素体组织。
显然这种合金铁素体组织是不能够作为轧辊组织使用的。
这种非正常组织不可能在热处理过程中形成,只能是在离心铸造过程中形成的。
通过对产品铸造过程的详细考察与分析,认为:在轧辊离心铸造时合金元素是以铁合金的形式加入的。
考虑到合金元素的烧损问题,一般都是最后加入。
由于矾铁烧损最严重,所以按铸造工艺要求它是最后加入。
在这批轧辊冶炼过程中,技术人员为了避免烧损,将钒铁合金加到钢水中时间缩短,冶炼时规定当钒铁加入到钢液后,不超过7m i n就要浇注(过去一般在10~13m i n)由于钒铁的加入,使钢水的温度下降很严重,经过7m in的时间钒铁并没有充分溶解,钒铁的密度比钢液的密度轻,所以漂浮在钢水表面。
当钢水浇入钢包后进行铝脱氧,由于钒铁没有溶解且密度轻,使它们又漂浮在钢包的上部。
浇注到离心机中上部的钢水就流到轧辊的外表面,未溶解的钒铁就堆积轧辊的外表面形成白色的区域。
所以白色区域总是出现在轧辊的外表面,就是说白色区域中有些就是没有溶解的钒铁,即使钒铁溶解也存在冶炼时由于温度偏低或者时间过短原因,造成V在液体中没有充分均匀化,使高V区域附近的C被V大量吸收形成高碳的化合物,从而使附近基体中碳偏低,淬火时不能形成马氏体,造成硬度下降成为白斑区域。
4 结论及采取措施高速钢轧辊在铸造过程中由于钒铁没有充分溶解,使高V区域附近基体中碳被V大量吸收,造成此处基体中含碳量偏低,轧辊淬火后产生大量合金铁素体组织,硬度大幅度降低,导致轧辊早期失效。
根据分析结论提出解决的措施:将钒铁分两次加入到钢液中;适当提高温度让钢水沸腾,同时适当延长时间扩散均匀。
采用上述措施后取得良好效果,避免了轧辊外表面白色区域出现,使轧辊的使用寿命稳定在轧制钢材1500t以上。
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