透析熱軋窄帶鋼粗軋機軋輥的斷裂及預防

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摘要：根據我廠熱軋窄帶鋼粗軋機組軋輥的使用情況，分析了軋輥斷裂的主要原因，并提出了相應的預防措施。

關鍵詞：熱軋窄帶鋼軋機；斷裂；預防措施

1.前言

萊鋼軋鋼廠500mm熱帶是一條全連續熱軋窄帶鋼生產線，具有軋機精度高、檢測系統完善等特點。整條生產線共有十六架軋機，分粗軋機組和精軋粗軋兩部分，粗軋部分由八架軋機組成，布置形式為立、平、立、平、平、立、平、平；精軋部分由八架軋機組成，布置形式為立、平、平、平、平、平、平、平。

粗軋機組軋機較多，因此軋輥消耗較大，同時為了提高軋機的生產率，已進行了大量的嘗試來改善設備性能和軋制工藝，特別對粗軋機軋輥的斷裂做了許多有益的研究，但是軋制條件變得愈加苛刻，并且隨著產量的不斷增加，軋輥斷裂現象還時有發生，不但造成經濟上的直接損失，還由于斷輥停產，減少了產量，增加了熱軋廢品，增加了能源消耗，因而增加了總成本。據不完全統計，僅粗軋輥斷裂年損失約40萬元，停產時間約17萬元，利潤約30萬元，綜合經濟損失年平均約87萬元，約占總成本的0.54%。因此研究軋輥斷裂的原因，并采取有效的預防措施，對降低成本，提高經濟效益有非常重要的意義。本文根據實際綜合情況做了具體研究并采取了相應的預防措施。

2.軋輥斷裂的原因

軋輥是軋機的重要組成部分，熱軋時軋輥承受各種載荷及在復雜的條件下工作，如果再加上操作不當往往會造成軋輥斷裂。斷輥的原因很多，下面從軋輥斷裂的部位來具體分析。

2.1.在軋輥輥身處斷裂

從斷裂現象看斷裂部位絕大多數在輥環處，斷裂截面為不規則的斜面或垂直截面。斷輥原因有以下幾個方面：

2.1.1.軋輥質量(1)粗軋平輥機組為二輥軋機，工作輥與高溫板坯直接接觸，并承受各種載荷，因此要有良好的耐熱性，如果軋輥輥身硬度隨軋輥溫度升高而降低的幅度較大時，說明軋輥的耐熱性較差，將嚴重影響軋輥的整體性能。(2)從軋制條件看要求軋輥還應具有良好的耐磨性和適當的硬度和強度。軋輥周期承載引起的表面層機械疲勞，軋輥表面經受軋件的周期加熱及冷卻水的周期冷卻而出現的熱疲勞，都將引起軋輥的磨損并出現熱裂紋。輥身硬度與輥身的抗熱裂紋性成反比，輥身硬度越高，耐磨性越好，但其耐抗熱裂紋性能越脆弱。一般來說軋輥的耐磨性及輥面硬度與輥身沿直徑方向的硬度差有關，因此希望沿軋輥直徑方向的硬度差越小越好，并且硬度適中。

2.1.2.軋制條件(1)軋輥承受各種載荷：A：液壓裝置加在兩端的軋制壓力。B：軋件變形時的反作用力。C：承受冷熱作用下的交變載荷。軋輥轉動一周的溫度波動如圖1-1所示。

D：軋件咬入軋機時的沖擊載荷、機械轉動產生的扭拒力及軋輥與軋件、軋輥之間的摩擦力。E：軋輥受沖擊時彈跳所產生的力。2)軋輥局部過載或受不均勻載荷。A：較低的鋼溫。B：由于調整不當軋制中心線較大偏移而引起軋制力分布不均，或壓下量分配不合理，有的機架負荷過大。C：由于軋件頭部缺陷而導致纏輥。

D：有異物帶入軋輥。

在實際軋制過程中低溫鋼的軋制較常見，對軋輥的損壞也最大。由于軋件頭部鋼溫偏低加上冷卻水的作用，軋件頭部在咬入軋輥時對軋輥的沖擊相當大，如果軋件整體溫度偏低，軋件塑性下降，變形抗力增加，將可能導致斷輥。低溫軋制的現象有五種：第一種是加熱爐違反加熱規程，大火急火加熱，鋼坯受熱不均勻，燒透性差，致使表面和內部溫差大，或在縱向上由于爐道產生的水印，鋼溫較低。第二種軋機能力比加熱爐能力大，有時生產節奏過快，加熱爐滿足不了生產要求而軋制低溫鋼。第三種是在軋制過程中由于軋線上出現的各種故障影響了正常軋制，此時的加熱爐處于保溫狀態，恢復生產時升溫時間不足而開始軋制。第四種由于爐門的保溫能力較差致使靠近爐門的鋼坯溫度較低，開軋時軋輥及軋線設備比正常軋制時的溫度偏低因而軋輥的承載很大。第五種是加熱爐裝鋼坯時冷熱坯混裝，熱坯達到軋制溫度開軋，而夾雜在其中的幾支涼坯還沒達到工藝所要求的溫度，導致低溫軋制。

2.2.軋輥在輥身與輥徑處的斷裂

這種斷裂方式占軋輥斷裂的百分之七十左右，這種斷裂除含有上述原因外，一般屬于疲勞斷裂，軋輥輥身與輥徑的交接處所受的彎曲應力最大，也是應力集中的區域，對裂紋和缺口非常敏感。這些裂紋和缺口包括軋制過程中軋輥磨損產生的熱裂紋及車痕、鑄造和冶金缺陷。軋制過程中產生的熱裂紋及其車削后殘留的裂紋是導致斷裂的主要因素。

2.2.1.軋制過程中在變形區內軋輥跟軋件接觸，由于單位軋制壓力和鋼溫都很高，且輥面受到交變的彎曲應力和扭轉應力的作用，在軋輥的工作層內產生了交變熱應力，并且這種應力在冷熱條件下交替變化。軋輥的屈服點隨著軋輥溫度的升高而迅速降低，當輥面的合成應力超過了降低后的屈服點時，輥面局部發生微塑性變形，經過一定時間后，輥面就會出現微裂紋。周期性的循環又促使軋輥內的裂紋持續發展。

2.2.2.裂紋不斷延伸的一個主要原因是冷卻水滲透到裂紋內，并受熱變成蒸汽體積增大，對裂紋繼續破壞加大。同時，在變形區內軋件與的軋輥接觸摩擦力方向改變及各種外力的作用，所有這些因素多次反復變化，導致裂紋不斷擴展，軋輥的承載能力逐漸下降，直至無法承載負荷而突然斷裂。

2.2.3.裂紋產生以后，重新上機使用前，為了減少軋輥消耗，在車削時裂紋一般清除不徹底，但使用時的換輥周期同軋輥完好時周期一樣，致使殘余的裂紋繼續擴展。

2.2.4.為了延長軋輥使用壽命，采用堆焊方式修補，由于補焊不良或多次補焊造成表面應力集中，產生內應力和裂紋。

3.減少或預防軋輥斷裂的措施

3.1.根據軋制鋼種、規格和設備的工藝參數選擇合適的制造廠家，保證軋輥質量。軋輥要有合適的硬度、耐磨性、耐熱裂紋性，并根據實際使用情況適當增大輥身與輥徑結合處的強度，以防止軋輥大面積剝落甚至斷裂。

3.2.實行軋輥入廠檢驗制度，對新進的軋輥仔細檢查尺寸是否合理，硬度是否合適并檢測徑向硬度是否均勻，進一步作內部組織探傷，發現問題立即停止使用，并和制造單位磋商解決。

3.3.在生產中正確執行加熱和軋制操作規程，嚴格遵守工藝紀律。軋制過程中根據軋機實際運行的情況選擇合理的工藝參數，避免軋輥局部或個別軋機載荷過大。

3.4.根據實際情況執行合理的換輥周期，加強軋輥的整備工作，提高操作水平，盡量避免人為失誤。

3.5.確定合理的冷卻水系統，根據軋制要求選擇合適的噴嘴形狀和噴水部位，并保證冷卻水的壓力、流速、水量、水溫、水質以及冷卻水管的暢通，為軋輥創造一個良好的工作環境。

3.6.新材質軋輥的實驗及應用：由于目前使用的球墨鑄鐵輥，承受彎曲應力的能力較差且強度較低，經過與軋輥廠家的探討，高鉻鋼材質的軋輥具有良好的耐熱性、耐磨性、咬入性能，且在中寬帶使用效果較好，已與廠家聯系定作準備試用，另外高鉻鋼軋輥還具有良好的堆焊性能可重復利用。

4.效果檢驗

通過以上措施的實施，取得了明顯效果，斷輥次數降低了60%，減少了停機時間，為帶鋼車間完成104萬噸的產量目標作出了貢獻。