冷轧辊的失效分析
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。
70Cr3Mo锻钢冷轧支承辊的失效分析及热处理工艺研究论文
Classified Index: TG142.1 School code: 10213 U.D.C.:621.785.52 Secret-lever: disclosureDissertation for the Master Degree（Master of Engineering）FAILURE ANALYSIS AND STUDY OFHEAT TREATMENT PROCESS OFFORGED STEEL 70Cr3Mo COLD- ROLLED SURPPORT-ROLLCandidate: Yuan DonghuiSupervisor: Prof. Yan MufuAssociate Supervisor: Prof-engineer Lv Xinyu Academic Degree Applied for: Master of Engineering Speciality: Materials Engineering Affiliation: Northeast Light Alloy Co., Ltd. Date of Defence: March, 2009Degree-Conferring-institution: Harbin Institute of Technology摘要本文对东北轻合金有限责任公司1700四重不可逆式冷轧机的70Cr3Mo锻钢支承辊的表面印痕宏观形貌OM观察，分析掌握轧辊印痕分布统计及周向分布规律和轴向分布规律，并对典型印痕进行表面金相分析以及提取对印痕残留物及铝板边缘碎屑并对其进行SEM观察和EDS分析，明确了印痕残留物和铝板边缘碎屑的成分构成，通过建立四辊冷轧机工作辊和支承辊之间接触和弯曲耦合问题的一种非线性力学模型阐述印痕形成的动力学原因。
70Cr3Mo冷轧机支承辊表面出现的印痕是由于在轧制时由于板材边部铝屑飞溅到工作辊和支承辊之间，由于铝氧化物的硬度极高，在支承辊表面形成压入印痕。
分析冷轧轧辊的失效及维护
S}N E!COFF}件 CC.T lLVOT o o QOI M IN. EE A
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林 炳松
工业技、
分 析 冷 轧 轧 辊 的 失 效 及 维 护
‘ 福趁明光断型材料有: 通过对冷轧轧辊的失效的原因进行分析， 提出冷轧轧辊使用、 维护的预防措施以提高轧辐的利用率 ， 降低轧辊消耗. 关锐词 冷轧辊 裂纹 剥落 硬度 软点 淬硬层 中图分类号: TG33 文欲标识码: A 文班编号:1672- 3791(2007)08(b卜0016- 0 1 延伸会导致辊面剥落、严重者甚至断裂。 过度变形的地方先进行矫正， 在过焊缝时， 轧 2 .2 .2 热处理不当引 起的剥落 机要低速运转 ， 防止焊缝不平对轧辊表面的冲 冷轧辊辊面硬度是冷轧辊的一项重要技 击。 术指标一 方面冷轧辊辊身在用感应加热进行 (3)保证轧机的冷却和润滑系统正常工作. 连续淬火过程中， 由于操作不当 ， 有时会产生 轧机在轧制过程中会产生大t 的热I ， 而且轧 程度不同的螺旋软带.具有不均匀的组织和硬 辊和带钢之间也有很大的章擦力， 如果没有足 度、这种不均匀性， 在轧辊使用过程中， 将会 够的冷却和润滑能力 轧辊表面和带钢的温度 因局部应力集中而使辊面出现裂纹， 进而导致 就会迅速升高， 这样就很容易 产生热划伤和粘 辊面剥落. 另一方面， 提身的硬化层应有一定 连。因此要保证冷却液的压力，浓度和流t . 的深度， 硬化层和次层之间的硬度下降应平 (4)预热冷轧辊,消除应力。新冷轧辊投人 缓。若辊身的硬化层较浅. 当次层较深， 即硬 使用前和每次磨削后使用时 先在60℃的乳化 度下降平缓时， 还有一个足够强度的次层支持 液中预热4 一6 小时(在110 - 110℃ 的机油中 证 生产 需 要. 硬化层工作. 如果次层较浅. 即硬度下降过 预热 4 - 6 h ) 。 可以消除大部分的表面应力. 快， 由于这时次层强度低， 轧辊在工作发生弹 轧辊上机后， 轧制速度要缓慢增加以对轧银预 2 轧辊的失效原因分析 性有曲变形时会发生塑性变形而导致硬化层 热。 2. 1 裂纹的原因 凹陷和凸起， 从而产生裂纹而导致剥落。 (5)正确磨削。每次磨削要保证轧辊表面 由子冷轧辊具有很高的耐磨性和极小的 2 . 2. 3 使用不当引起的剥落 的加工硬化层完全去除 ， 同时要保证所需要的 塑性变形， 因此， 要求冷轧辊表面有较高硬度 轧辊在使用过程中， 由于不可避免的轧钢 光洁度， 刚换下的轧辊要在应力消除后再进行 和较深的硬化层。明光冷轧厂采用冷轧辊的 特别是由于轧材断带、甩尾，重盛等而 工。 材 质是9Cr,Mo, 经表 火和回 后得到 事故， 面淬 火 将使辊面接触带受到局部 (6)要确保所有的轧辊有适度的工作最， 新 HS96 的表面硬度， 轧辊表面非常硬而脆， 同时 发生的卡钢或打滑 ， 滑动磨擦的同时作用， 使 旧轧辊要交替使用. 尽量给轧辊较长的时效 热德定性差， 具有很高的开裂敏感性。轧辊的 过载热冲击，温升 、 辊面产生不同程度的烧伤 如同磨削烧伤造 时间. 以保证轧辊有足够的时间使应力自 然消 热冲击强度、抗拉强度和接触疲劳强度等性 烧伤特别严 除。 能直按影响轧辊的使用质且。轧辊使用过程 成的破坏一样. 会导致辊面剥落。 重时， 造成烧伤深度不能磨净， 导致轧辊报废。 (， )加强对事故辊的探伤检测. 目 前所用 中， 遇到断带和异物进人等事故时， 轧辊表面 的裸伤手段有涡流 磁粉和超声波探伤， 前两 就受到热冲击， 而且此类故陈目前无法完全遴 2 .3 断辊的原因 断辊是轧辊的致命破坏形式 ， 主要产生部 种主要检测表面缺陷， 超声波探伤可以发现内 免， 所以耐热冲击性能成为冷轧辊的最重要特 位是辊颈和辊面。产生断辊的主要原因是: 性之一 。 部的缺陷。根据实际情况， 采取不同的探伤方 (1)使用不当。在一般情况下， 断辊的原因 法或几种探伤方法相结合进行检测， 确保轧辊 断带或粘辊是由于钢带在工作辊之间产 是机械过载或操作不当， 如压下力过大、冷却 的 质t . 生大I 堆积， 严重时会使轧辊局邹受较大压 力， 导致带钢和辊面产生焊合， 这就使轧辊表 掖 中断等操作失误。 (2)制造缺陷。 浇铸时有大量的夹杂物、 缩 4 结语 面经受了热冲击， 轧粗的损伤程度决定于事故 孔存在， 热处理时工艺不对 ， 造成残余应力控 的严重程度. 产生裂纹的因泰取决于轧辊的性 冷轧辊的消耗分正常和异常两种情况， 轧 当工作应力和残余应力综合作用超过 辊的管理工作主要是合理配置辊 ， 降低异常损 能和使用条件， 轧辊本身制造缺陷引起的裂纹 制不均， 耗.加强日 常管理， 对卒故辊要重点服踪检测. 出现在轧辊内部， 而操作不当在表面和次表层 抗拉极限时 则可能引起轧辊断裂。 (3)设计和加工不当。在冷轧辊的设计和 产生 裂纹 。 同时 ， 要结合原材料和设备状况合理选择轧制 加工中， 截面尺寸发生变化的部位， 必须有足 2.2 侧落的原因分析 工艺和参数， 尽垦减少轧机事故、 以减少因事 够的圆角， 防止应力集中。 故造成的轧辊损伤 ， 有利于减少异常辊耗。 2. 2. 1 由原材料缺陷引起的剥落 (4)辊面和辊颈的硬度相差过大。 由于冷轧辊工作条件所限， 高表面硬度， (5)辊颈的直径太小 .强度不够。 良好的杭热冲击 ， 性 抗剥落性和耐磨性是冷轧 参考文献 辊选材的主要标准， 我国高硬度冷轧辊一般均 川 刘永全.钢的热处理， 北京:冶金工业出版 3 预 防措施 社. 选 铬 金 碳 钢 料 如 Cr 2 ， 用 合 高 锻 材 ， :9 Mo 根据以上分析， 为了防止因缺陷而造成轧 [2」王廷薄.金属塑性加工学， 北京:冶金工业 9Cr2 MoV, 9Cr,W等 铬 金 碳 在 . 合高钢淬 辊报废， 减少非正常辊耗应采取以下预防措 火发生相变 ， 由合金奥氏体转变成合金马氏体 出版社 . 时， 由于马氏体比容大， 淬硬部位体积增大， 轧 施: [3] 赵家骏， 魏立群.冷轧带钢生产问答.北京: (1)冷轧辊不能在有表面裂纹的状态下使 辊辊面受内层拉力影响， 处于压应力的控制之 冶金工业 出版社. 下， 表面淬火后， 表层已形成马氏体， 体积膨 用。当轧恨轧制一定数I 的带钢后， 表面有可 [4〕任喜来.冷轧辊的失效形式及分析.轧钥， 胀， 而内层心部无此变化， 所以， 表层对辊身有 能出现轻微的裂纹 ， 如不及时发现和修磨， 就 2002. 119(3) . 会导致轧辊的表面剥落.影响产品质t . 这就 一个使体积扩大的拉力、这个拉力在金属强 度薄弱区(如:皮下杂质、皮下气泡. 碌化物带 要求轧机操作工人要及时检查， 按规定进行换 状、 碳化物网状、夹杂缩孔、 大块碳化物. 中 辊。 (2)采用合理的轧祠工艺. 要合理选择轧 心硫松、白点、过高的S, P , Cu 等杂质元素 含f 等等缺陷， 都会使材料的性能下降， 强度 制力、张力和压下f . 尽1 7 免轧机事故， A 如 降低。 )很容易产生裂纹， 随着这些裂纹的发展 带钢打滑和断带等。轧机操作工人应将带钥 ，前言 福建省明光新型材料有限公司年产20 万 吨冷轧钢带项 目 是三钢劳动服务公司金属深 加工的重点项 目， 也是2005年福建省孟点建设 项目， 该项目于2005 年8 月29 日一期工程竣 工投产。在轧机所有部件中轧辊是非常重要 的部件， 轧辊在工作中承受高的轧制压力、冲 击载荷、疲劳和磨损等， 因此冷轧辊的消耗非 常大. 本文旨在对冷轧辍的失效的原因进行 分析， 提出预防措施， 以加强轧辊的维护管理， 提高轧辊利用率， 降低辊耗， 提高产品质I , 保 L 16 科 技资讯 S CIEN & TECHN CE OLOGY IN O ATION F RM
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。
轧钢论文_论文-论文指导设计
冷轧工作辊的失效分析与维护摘要通过对轧制过程中轧辊的损耗原因分析，提出了减少冷轧辊非正常辊耗的预防措施。
关键词：受力分析裂纹预防措施1 文献综述1.1 前言冷轧是在金属再结晶温度以下进行的轧制。
冷轧带钢和薄板均以热轧带钢或钢板为原料，在常温下经冷轧机轧制成材。
由于冷轧板带钢的产品规格繁多、尺寸精度高、表面质量好、机械性能和工艺性能均优于热轧板带钢，因而被广泛用于机械制造，汽车制造等多种行业部门。
随着市场的发展，客户对冷轧带钢的要求不断提高，对轧辊的使用也提出了更高的要求。
轧辊质量的好坏直接影响着生产过程，生产中能准确、有效、最大限度地合理使用维护并切实有效的保护轧辊，不仅可以提高生产效率，还可以稳定提高产品质量，从而降低生产成本，创造最佳效益！1.2 课题研究的意义在轧机所有部件中，轧辊是非常重要的部件。
轧辊在工作中承受高的轧制压力、冲击载荷、疲劳和磨损等，因此冷轧辊的消耗非常大。
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，因此降低冷轧辊的消耗是取得良好经济效益的重要手段之一。
2 冷轧辊损耗原因分析目前冷轧辊的损耗分为：正常磨削、异常磨削、剥落和断辊。
2.1 正常磨削磨削的目的有两个：一个是去除轧辊在轧制过程中的疲劳层（加工硬化层）；另一个是去除轧辊表面缺陷，如凹坑、拉毛印等。
磨削量太大会缩短轧辊的使用时间，而太小则会因轧辊表面质量欠佳而影响板材表面质量，因此，每次磨削量应等于扎辊表面缺陷深度和疲劳层深度二者中的较大者。
此外，对于平整机组磨削还要根据产品的要求保证轧辊的凸度和粗糙度。
2.2 异常磨削经过正常磨削后，在检查中发现轧辊仍有裂纹或软点，就要加大磨削量，直至轧辊符合使用要求，这样就造成了异常磨削，有时这种磨削的量很大，减少了轧辊的使用时间。
严重时即使磨削到轧辊的报废尺寸，缺陷仍然存在，直至导致轧辊报废。
软点其实是由于轧辊内部材料的组织发生了变化而使得硬度降低的一种现象。
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。
马钢冷轧轧辊缺陷的分析及防范措施
马钢冷轧轧辊缺陷的分析及防范措施今天，随着工业的发展，越来越多的重要工业用钢，如马钢板材，在冷轧过程中，轧辊是一个非常重要的部件，随着轧辊的日益快速的寿命，轧辊的缺陷也会带来不利影响。
本文将从分析原因和防范措施两方面来探讨马钢冷轧轧辊缺陷的问题，为提高冷轧轧辊的使用寿命和质量提供参考。
一、马钢冷轧轧辊缺陷的分析1、损坏原因由于轧辊会在马钢冷轧过程中长期受到扭矩、温度、压力等不均匀的外界考验，而轧辊中各种元素的问题也会导致轧辊疲劳损坏，从而出现缺陷，如表面裂纹、磨损和烧伤等。
2、实际表现轧辊缺陷以表面裂纹为主，由此可知表面失效正是轧辊缺陷产生的原因之一，根据不同的裂纹形态，可以推断出轧辊的损伤原因，如圆柱形裂纹、锥形裂纹、Y字型裂纹等。
二、马钢冷轧轧辊缺陷的防范措施1、优化轧辊设计优化轧辊设计，使得轧辊具有较大的强度，同时增加轧辊表面的耐磨性，减少轧辊表面的损坏，使轧辊的使用寿命更长。
2、降低轧辊温度应控制轧辊的表面温度，并在较低的温度范围内进行轧制，以减少轧辊表面的烧伤，提高轧辊的使用寿命。
3、均匀保护润滑剂应给轧辊表面均匀的润滑，以确保轧辊的表面，同时保持充足的润滑剂分布，以减少轧辊噪声，平滑运行，减少轧辊磨损损坏，提高轧辊的使用寿命。
4、改善马钢材质应均匀改善马钢坯料的碳素含量，改善马钢冷硬度，使冷轧材料更加均匀，减少冷轧过程中烧伤、磨损等，提高冷轧轧辊使用寿命。
综上所述，马钢冷轧轧辊缺陷的分析及防范措施应及早采取有效的措施，以提高冷轧轧辊的使用寿命和质量，促进行业的健康发展。
首先，应优化轧辊的设计，降低轧辊温度，提供良好的润滑剂保护，同时改善马钢材质，以改善冷轧工艺，减少轧辊缺陷产生的可能。
冷轧四辊轧机辊间接触应力与工作辊边裂失效分析
冷轧四辊轧机辊间接触应力与工作辊边裂失效分析谢晶① 王辉（宝钢轧辊科技有限责任公司 江苏常州２１３０００）摘 要 研究冷连轧机组辊系受力分布状态，揭示冷轧四辊ＣＶＣ连轧机工作辊边部环裂产生原因。
以某厂轧辊边部剥落案例为基础，通过对轧辊剥落形貌观察，硬度检测分析，并借助有限元仿真计算对工作辊在服役中的受力分布状态进行了计算。
结果表明接触应力最大位置应为与支承辊端部倒角根部，最大应力达到１０００ＭＰａ。
工作辊边部环裂或局部剥落主要与工作辊横向移动在辊身端部受到较大接触挤压应力有关；在高周循环挤压应力作用下，轧辊次表面形成微裂纹，随裂纹扩展最终导致轧辊失效。
关键词 ＣＶＣ轧机；工作辊；接触应力；疲劳中图法分类号 ＴＧ１５５．４ 文献标识码 ＡＤｏｉ：１０ ３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００１－１２６９ ２０２４ ０１ ０１４ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＣｏｎｔａｃｔＳｔｒｅｓｓｂｅｔｗｅｅｎＲｏｌｌｓａｎｄＦａｉｌｕｒｅｏｆＷｏｒｋＲｏｌｌＥｄｇｅＣｒａｃｋｓｉｎＦｏｕｒＨｉｇｈＣｏｌｄＲｏｌｌｉｎｇＭｉｌｌＸｉｅＪｉｎｇ ＷａｎｇＨｕｉ（ＢａｏｓｔｅｅｌＲｏｌｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ２１３０００）ＡＢＳＴＲＡＣＴ ＳｔｕｄｙｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｆｏｒｃｅｏｎｔｈｅｒｏｌｌｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅｃｏｌｄｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｒｏｌｌｉｎｇｍｉｌｌａｎｄｒｅｖｅａｌｔｈｅｃａｕｓｅｓｏｆｅｄｇｅｒｉｎｇｃｒａｃｋｓｏｎｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｒｏｌｌｓｏｆｔｈｅｃｏｌｄｒｏｌｌｉｎｇｆｏｕｒｈｉｇｈＣＶＣｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｒｏｌｌｉｎｇｍｉｌｌ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃａｓｅｏｆｅｄｇｅｐｅｅｌｉｎｇｏｆａｃｅｒｔａｉｎｆａｃｔｏｒｙ＇ｓｒｏｌｌｉｎｇｍｉｌｌ，ｔｈｅｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｔａｔｕｓｏｆｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｒｏｌｌｅｒｄｕｒｉｎｇｓｅｒｖｉｃｅｗａｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄｔｈｒｏｕｇｈｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｅｅｌｉｎｇｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ，ｈａｒｄｎｅｓｓｔｅｓｔｉｎｇａｎａｌｙｓｉｓ，ａｎｄｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｃｏｎｔａｃｔｓｔｒｅｓｓｓｈｏｕｌｄｂｅｌｏｃａｔｅｄａｔｔｈｅｒｏｏｔｏｆｔｈｅｃｈａｍｆｅｒａｔｔｈｅｅｎｄｏｆｔｈｅｓｕｐｐｏｒｔｒｏｌｌｅｒａｎｄｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｐｅａｋ，ｗｉｔｈａｍａｘｉｍｕｍｓｔｒｅｓｓｏｆ１０００ＭＰａ．Ｔｈｅｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌｃｒａｃｋｉｎｇｏｒｌｏｃａｌｐｅｅｌｉｎｇａｔｔｈｅｅｄｇｅｏｆｔｈｅｗｏｒｋｒｏｌｌｉｓｍａｉｎｌｙｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅｌａｒｇｅｃｏｎｔａｃｔａｎｄｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｓｔｒｅｓｓａｔｔｈｅｅｎｄｏｆｔｈｅｒｏｌｌｂｏｄｙｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｌａｔｅｒａｌｍｏｖｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｗｏｒｋｒｏｌｌ．Ｕｎｄｅｒｔｈｅａｃｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈｃｙｃｌｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔｒｅｓｓ，ｍｉｃｒｏｃｒａｃｋｓｆｏｒｍｏｎｔｈｅｓｅｃｏｎｄａｒｙｓｕｒｆａｃｅｏｆｔｈｅｒｏｌｌｅｒ，ｗｈｉｃｈｅｖｅｎｔｕａｌｌｙｌｅａｄｔｏｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｏｆｔｈｅｒｏｌｌｅｒａｓｔｈｅｃｒａｃｋｓｐｒｏｐａｇａｔｅ．ＫＥＹＷＯＲＤＳ ＣＶＣｍｉｌｌ；Ｗｏｒｋｒｏｌｌ；Ｃｏｎｔａｃｔｓｔｒｅｓｓ；Ｆａｔｉｇｕｅ１ 前言ＣＶＣ轧机的基本工作原理是通过反对称形状的工作辊轴向移动时轧辊的凸度值在最大和最小之间连续无极可调，从而改变辊缝形状达到改善板形的目标。
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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。
(2)磨削裂纹。
轧辊修磨时，会因砂轮太硬，钝化未及时修整，砂轮粒度过大，进刀量大，走刀速度快，或冷却不充分等原因，导致辊面烧伤，出现裂纹，这些裂纹在轧辊使用前必须全部消除，否则轧制时继续扩展。
(3)残留裂纹。
换磨的轧辊表面裂纹为微裂纹，通常磨削时可全部消除，但肉眼观察难以确保完全磨削掉，残留的微裂纹在随后的使用过程中将成为疲劳核心，可用表面腐蚀、磁粉探伤等进行判断。
(4)乳化液的影响。
主要用来对轧辊进行润滑和降温，设计浓度一般为2%~3%，随着使用频率增加，浓度会有所下降;磁性过滤器和撇污装置损坏会造成浓度下降，导致磨擦系数增大，造成轧辊负荷加大;乳化液脏引起冷却性能变差，同时乳化液流量要随轧制速度提高而增大，避免轧制时乳化液喷嘴堵塞和喷射角度变化，使乳化液不能最大限度地喷到轧辊上和进入变形区。
润滑不好，一是加大轧机负荷，二是使最大综合切应力移向表层，三是易使轧辊表面粗糙，降低疲劳强度，促使表面裂纹生成。
(5)咬入挫伤。
轧辊咬入时受冲击，空载时要用平衡装置避免工作辊紧靠在下工作辊上产生热冲击挫伤轧辊。
工作辊与支撑辊接触应力是三向压应力，其切应力最大值离接触表面深度为0.786b ( b为接触面宽度1/2)处，但随表面磨擦力的增大而移向表层，表面磨擦力和切应力迭加，构成了接触磨擦条件下的最大综合切应力，综合切应力大于剪切强度的部位将产生塑变而形成裂纹。
当表面磨擦较小时，最大综合切应力不在表层而在次表层，裂纹也就在次表层产生，导致次表层剥落;当润滑不良，或轧辊硬度低，表面粗糙、辊面有缺陷，裂纹发生在表层，导致表层剥落。
辊面剥落及原因：辊面剥落常以辊身表面裂纹为起点，在接触应力的反复长期作用下发展成疲劳剥落，为确保辊面不发生接触疲劳破坏，接触应力应小于轧
辊材料的硬度所决定的许用值。
归纳产生剥落的原因，分为①原材料缺陷造成剥落；②热处理不当引起剥落；③冷加工不当引起剥落；④使用不当引起的剥落。
二、案例分析
1、宏观断口分析
如图1，轧辊损伤于辊身一端约1/3处，出现大面积的剥落，从断口形貌上看，有明显的疲劳辉纹，见图2，这些条纹是疲劳裂纹前沿线间隙扩展的痕迹，每一条条纹是疲劳裂纹在一个给定时间的推进位置，由于裂纹扩展时受到障碍，时而扩展，时而停止，或由于轧机开车停车，加速减速，加载卸载导致负荷周期性突变而产生的，疲劳扩展区是在交变负荷作用下裂纹扩展的结果。
现从断口附近(图1中新剥落块处)取样对该轧辊的材质、夹杂及组织进行分析。
2、化学成分及硬度测试
从上表1可以看出：碳为9CrzMo材质碳含量的上线，硅含量超9Cr2Mo材质技术要求；硬度相对较高。
3、金相分析
试样抛光后观察，裂纹形貌如图3，裂纹尖端较尖、形态平直，并伴有二次小裂纹形成，说明是一种穿晶冷裂纹;在裂纹附近发现有两种形态的夹杂，分别如图4a、图4b，裂纹与夹杂呈同向分布，说明夹杂与裂纹的产生存在一定的关系。
组织如图5，为细针状马氏体+少量残余奥氏体+粒状渗碳体，图中可见明显的夹杂分布于裂纹一侧，裂纹处组织未发生氧化脱碳现象，这一点充分证实了裂纹为冷裂纹。
4、分析结果
该轧辊为次表层接触疲劳断裂。
从断口明显的疲劳辉纹可以断定是一种疲劳断裂，疲劳断裂与一次负荷断裂不同，它是一种累进式断裂，当材料次表面存在夹杂第二相质点时，该处疲劳抗力下降，在循环应力反复作用下，于此处形成应力集中区，便引发疲劳源，并向表面扩展形成片状剥落。
从该支轧辊存在的夹杂与裂纹的位置来推测，疲劳起源与夹杂相关。
三、防止冷轧辊失效的预防措施
正确使用轧辊。
合理选择轧制力、张力衣压下量，避免打滑、过载、粘钢、断带等原因造咸轧辊表面裂纹及轧辊工作面烧伤。
带钢变形处轧前进行矫正，过焊缝时，轧机低速运转。
从现场轧转的损坏情况来看，因使用异常导致的失效数量较多，轧辊管理者和使用者要引起足够的重视。
做好轧辊管理。
建立轧辊履厉表，修订辊身修磨的检测规范，制定合理的换辊周期，建立事故轧辊处理程序。
不能在有表面裂纹时继续使用，应及时换磨，轧机操作者要及进对轧辊进行检查，出现异常轧制更要引起注意，并作好按规定换辊。
轧辊在运输及吊运时不能碰撞:做好新旧轧辊交替使用，便于轧辊的时效，使应力得到充分释放。
轧辊存放与使用时温度变化不要太突然。
新换轧辊上机启动时负荷不要太大，特别是冬季东北气温低，考虑轧辊上机前进行预热;刚换下的车l辊要放在放在轧辊台架上，便于轧辊辊温度的均匀释放。
轧辊磨削时防止磨削烧伤及产生磨削裂纹。
磨削裂纹通常细而浅，有时肉眼不易觉察，但借助磁粉探伤、酸洗极易显示，要确保不仅要磨掉裂纹层，还要把所有软化层彻底磨净，以保证轧辊表面材料的抗裂能力。
磨削速度不宜过快，进削量不宜过大，冷却液应充分供应，以便充分冷却，防止出现带状回火区。
制造质量对轧辊失效的影响。
轧辊制造质量包括冶金质量、热处理质量、机加工质量以及轧辊设计质量等，任何一种内在及外在的宏观质量对轧辊的失效影响都是非常巨大的。
轧辊的制造质量直接影响着轧辊的使用，起着至关重要的作用，因此在轧辊的选购时要格外关注，同时在使用过程中要将出现的问题及时与供货厂家进行沟通，求得技术方面支持，以便更适应我公司轧机的需要。