透析热轧窄带钢粗轧机轧辊的断裂及预防

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摘要：根据我厂热轧窄带钢粗轧机组轧辊的使用情况，分析了轧辊断裂的主要原因，并提出了相应的预防措施。

关键词：热轧窄带钢轧机；断裂；预防措施

1.前言

莱钢轧钢厂500mm热带是一条全连续热轧窄带钢生产线，具有轧机精度高、检测系统完善等特点。整条生产线共有十六架轧机，分粗轧机组和精轧粗轧两部分，粗轧部分由八架轧机组成，布置形式为立、平、立、平、平、立、平、平；精轧部分由八架轧机组成，布置形式为立、平、平、平、平、平、平、平。

粗轧机组轧机较多，因此轧辊消耗较大，同时为了提高轧机的生产率，已进行了大量的尝试来改善设备性能和轧制工艺，特别对粗轧机轧辊的断裂做了许多有益的研究，但是轧制条件变得愈加苛刻，并且随着产量的不断增加，轧辊断裂现象还时有发生，不但造成经济上的直接损失，还由于断辊停产，减少了产量，增加了热轧废品，增加了能源消耗，因而增加了总成本。据不完全统计，仅粗轧辊断裂年损失约40万元，停产时间约17万元，利润约30万元，综合经济损失年平均约87万元，约占总成本的0.54%。因此研究轧辊断裂的原因，并采取有效的预防措施，对降低成本，提高经济效益有非常重要的意义。本文根据实际综合情况做了具体研究并采取了相应的预防措施。

2.轧辊断裂的原因

轧辊是轧机的重要组成部分，热轧时轧辊承受各种载荷及在复杂的条件下工作，如果再加上操作不当往往会造成轧辊断裂。断辊的原因很多，下面从轧辊断裂的部位来具体分析。

2.1.在轧辊辊身处断裂

从断裂现象看断裂部位绝大多数在辊环处，断裂截面为不规则的斜面或垂直截面。断辊原因有以下几个方面：

2.1.1.轧辊质量(1)粗轧平辊机组为二辊轧机，工作辊与高温板坯直接接触，并承受各种载荷，因此要有良好的耐热性，如果轧辊辊身硬度随轧辊温度升高而降低的幅度较大时，说明轧辊的耐热性较差，将严重影响轧辊的整体性能。(2)从轧制条件看要求轧辊还应具有良好的耐磨性和适当的硬度和强度。轧辊周期承载引起的表面层机械疲劳，轧辊表面经受轧件的周期加热及冷却水的周期冷却而出现的热疲劳，都将引起轧辊的磨损并出现热裂纹。辊身硬度与辊身的抗热裂纹性成反比，辊身硬度越高，耐磨性越好，但其耐抗热裂纹性能越脆弱。一般来说轧辊的耐磨性及辊面硬度与辊身沿直径方向的硬度差有关，因此希望沿轧辊直径方向的硬度差越小越好，并且硬度适中。

2.1.2.轧制条件(1)轧辊承受各种载荷：A：液压装置加在两端的轧制压力。B：轧件变形时的反作用力。C：承受冷热作用下的交变载荷。轧辊转动一周的温度波动如图1-1所示。

D：轧件咬入轧机时的冲击载荷、机械转动产生的扭拒力及轧辊与轧件、轧辊之间的摩擦力。E：轧辊受冲击时弹跳所产生的力。2)轧辊局部过载或受不均匀载荷。A：较低的钢温。B：由于调整不当轧制中心线较大偏移而引起轧制力分布不均，或压下量分配不合理，有的机架负荷过大。C：由于轧件头部缺陷而导致缠辊。

D：有异物带入轧辊。

在实际轧制过程中低温钢的轧制较常见，对轧辊的损坏也最大。由于轧件头部钢温偏低加上冷却水的作用，轧件头部在咬入轧辊时对轧辊的冲击相当大，如果轧件整体温度偏低，轧件塑性下降，变形抗力增加，将可能导致断辊。低温轧制的现象有五种：第一种是加热炉违反加热规程，大火急火加热，钢坯受热不均匀，烧透性差，致使表面和内部温差大，或在纵向上由于炉道产生的水印，钢温较低。第二种轧机能力比加热炉能力大，有时生产节奏过快，加热炉满足不了生产要求而轧制低温钢。第三种是在轧制过程中由于轧线上出现的各种故障影响了正常轧制，此时的加热炉处于保温状态，恢复生产时升温时间不足而开始轧制。第四种由于炉门的保温能力较差致使靠近炉门的钢坯温度较低，开轧时轧辊及轧线设备比正常轧制时的温度偏低因而轧辊的承载很大。第五种是加热炉装钢坯时冷热坯混装，热坯达到轧制温度开轧，而夹杂在其中的几支凉坯还没达到工艺所要求的温度，导致低温轧制。

2.2.轧辊在辊身与辊径处的断裂

这种断裂方式占轧辊断裂的百分之七十左右，这种断裂除含有上述原因外，一般属于疲劳断裂，轧辊辊身与辊径的交接处所受的弯曲应力最大，也是应力集中的区域，对裂纹和缺口非常敏感。这些裂纹和缺口包括轧制过程中轧辊磨损产生的热裂纹及车痕、铸造和冶金缺陷。轧制过程中产生的热裂纹及其车削后残留的裂纹是导致断裂的主要因素。

2.2.1.轧制过程中在变形区内轧辊跟轧件接触，由于单位轧制压力和钢温都很高，且辊面受到交变的弯曲应力和扭转应力的作用，在轧辊的工作层内产生了交变热应力，并且这种应力在冷热条件下交替变化。轧辊的屈服点随着轧辊温度的升高而迅速降低，当辊面的合成应力超过了降低后的屈服点时，辊面局部发生微塑性变形，经过一定时间后，辊面就会出现微裂纹。周期性的循环又促使轧辊内的裂纹持续发展。

2.2.2.裂纹不断延伸的一个主要原因是冷却水渗透到裂纹内，并受热变成蒸汽体积增大，对裂纹继续破坏加大。同时，在变形区内轧件与的轧辊接触摩擦力方向改变及各种外力的作用，所有这些因素多次反复变化，导致裂纹不断扩展，轧辊的承载能力逐渐下降，直至无法承载负荷而突然断裂。

2.2.3.裂纹产生以后，重新上机使用前，为了减少轧辊消耗，在车削时裂纹一般清除不彻底，但使用时的换辊周期同轧辊完好时周期一样，致使残余的裂纹继续扩展。

2.2.4.为了延长轧辊使用寿命，采用堆焊方式修补，由于补焊不良或多次补焊造成表面应力集中，产生内应力和裂纹。

3.减少或预防轧辊断裂的措施

3.1.根据轧制钢种、规格和设备的工艺参数选择合适的制造厂家，保证轧辊质量。轧辊要有合适的硬度、耐磨性、耐热裂纹性，并根据实际使用情况适当增大辊身与辊径结合处的强度，以防止轧辊大面积剥落甚至断裂。

3.2.实行轧辊入厂检验制度，对新进的轧辊仔细检查尺寸是否合理，硬度是否合适并检测径向硬度是否均匀，进一步作内部组织探伤，发现问题立即停止使用，并和制造单位磋商解决。

3.3.在生产中正确执行加热和轧制操作规程，严格遵守工艺纪律。轧制过程中根据轧机实际运行的情况选择合理的工艺参数，避免轧辊局部或个别轧机载荷过大。

3.4.根据实际情况执行合理的换辊周期，加强轧辊的整备工作，提高操作水平，尽量避免人为失误。

3.5.确定合理的冷却水系统，根据轧制要求选择合适的喷嘴形状和喷水部位，并保证冷却水的压力、流速、水量、水温、水质以及冷却水管的畅通，为轧辊创造一个良好的工作环境。

3.6.新材质轧辊的实验及应用：由于目前使用的球墨铸铁辊，承受弯曲应力的能力较差且强度较低，经过与轧辊厂家的探讨，高铬钢材质的轧辊具有良好的耐热性、耐磨性、咬入性能，且在中宽带使用效果较好，已与厂家联系定作准备试用，另外高铬钢轧辊还具有良好的堆焊性能可重复利用。

4.效果检验

通过以上措施的实施，取得了明显效果，断辊次数降低了60%，减少了停机时间，为带钢车间完成104万吨的产量目标作出了贡献。