CSP轧机工作辊剥落原因及改进措施
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Key words :CSP rolling mill ;roll ;fla铸连轧生产线属第二代紧 凑式 带 钢 生 产 线 ( Co mpact St rip Productio n) 。 该生产线有 7 架精轧机组 ,所用轧辊分为三种类 型 : F1～ F2 为高铬钢轧辊 ,辊径范围为 950 mm ～820 mm ; F3～ F4 为高铬铁轧辊 ,辊径范围为 750 mm～660 mm ; F5 ～ F7 为改进型高镍铬轧 辊 ,辊径范围为 620 mm～540 mm 。
关键词 :CSP 轧机 ;轧辊 ;剥落 中图分类号 : T G333. 7 + 2 文献标识码 :B
The Reaso n of t he Wo rk Roll Flaking in t he CSP Mill and It s Imp rovement
Li Hui
Abstract :The main reasons of CSP work roll flaking in Lianyuan Steel are t he uneven slab temperat ure , un2 even roll cooling temperat ure and t he rolling accident . By means of t he st rict normative operation and t he well maintenance and detecting of t he rolls ,as well as by selecting t he p roper rolling parameter and roll p rofile , t he roll flaking incident can be reduced to t he min. limitation.
4 改进措施
根据以上分析可知 ,涟钢 CSP 工作辊发生剥 落的主要原因是板坯温度不均 、轧辊冷却温度不 均和轧制事故 。针对这些问题应采取以下措施加 以改进 :
(1) 严格控制轧辊进货质量 。必须逐项检查 轧辊的几何尺寸和硬度 ,并对轧辊内部质量进行 探伤检测 。对不符合图纸及技术协议要求的轧辊 向厂家提出异议 。
另外 ,导致轧制力分布不均匀的还有板坯形 状及板坯温度等因素 。板坯形状只要不出现楔形 和鼓肚现象 ,则对轧制力的影响比较小 。而轧制 过程中板坯温度不均匀 ,尤其是轧制强度比较高 的钢种时 ,如果在某个区域冷却不均匀 ,则辊间受 力是不均匀的 ,会引起轧辊应力的不均 。当热应 力和组织应力的综合作用超过了材料的强度极限 时 ,就会产生热冲击裂纹 。
该工作辊的金相组织检测结果为贝氏体 + 25 %的碳化物 ,其化学成分检验结果见表 1 。
表 1 工作辊的金相组织和化学成分( 质量分数 , %) Table. 1 The metallurgical structure and
chemical composition of the
work roll ( mass fraction %)
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No . 4 November 2006
《大型铸锻件》 H EAV Y CASTIN G AND FOR GIN G
角和工作辊开压边部内浇口所致 。
3 涟钢 CSP 工作辊发生剥落的原因
涟钢薄板坯连铸连轧生产线在轧制钢卷时 , 其 F7 机架上的下工作辊发生了严重剥落 ,并造 成 F7 下支承辊有凹坑现象 。该轧辊进厂后共使 用 23 次 ,总轧制长度为 1 051 km ,总轧制量为 41 024 t ,总 生 产 时 间 为 190 h , 平 均 轧 制 量 为 1 784 t/ 46 km 。
(2) 轧辊冷却的不均匀 轧辊冷却情况不但要影响轧制模型的计算精 度 ,还会影响轧辊的表面质量 。轧辊冷却分前后 和上下布置 。进口只有两排喷嘴 ,出口有三排喷 嘴 ,都是交叉布置 。喷嘴喷射的角度是固定的 ,但 是出口喷嘴型号每排不一样 。后机架的喷嘴比前 机架的小 ,堵塞的现象也较严重 。只要某部位喷 嘴堵塞 ,在这个部位的轧辊温度相对较高 ,在局部 就会产生相应的热裂 。同时 ,如果喷嘴没有完全 堵塞 ,就会出现喷射的角度交叉不到位 ,会在交叉 部位产生热裂 。冷却水的纯净度不高或者过滤器
总之 ,CVC 精轧机组轧辊磨损规律与一般轧 辊磨损基本相同 ,只是 CVC 辊型引起支承辊与 工作辊磨损的箱形底部有一端抬高现象 。这主要 是由于 CVC 辊型引起的辊间压力分布不均和各 点相对滑动量不同造成的 。这种压力分布的不均 匀会导致轧辊与轧件接触时 ,轧辊内部产生应力 不均 。
因此 ,随着轧制量的增加 ,轧辊磨损会越来越 严重 。在这种情况下 ,轧辊与所轧物表面的硬的 氧化物或轧辊本身的硬的碳化物产生摩擦都会使 轧辊表面发生更加严重的变化 ,如表面粗糙等 ,从 而导致表面氧化膜的破裂 。这样不但会影响产品 质量 ,还会在轧辊表面产生热疲劳 。轧辊疲劳后 , 辊身各处应力不均 ,在表面非常容易产生表面裂 纹 。随着轧辊的继续使用 ,表面裂纹会沿着轧辊 圆周向芯部扩散 ,最终导致轧辊剥落 。
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下支承辊磨损量大于相应上支承辊磨损量 。这主 要是因为带钢下表面氧化铁皮掉入下支承辊面以 及下支承辊恶劣的运行环境造成的 。另外 ,工作 辊和支承辊的磨损形状近似于箱形 ,且磨损曲线 的箱形底部基本平坦 。有时磨损曲线的箱形底部 会出现一端或两端的突起情况 ,这主要是由于辊 间压力分布不均和各点相对滑动量不同造成的 。 通过分析还知道 ,磨损量的大小与轧辊周期内所 轧带钢长度 、温度 、钢种以及金属前滑 、后滑 、横向 流动等因素有关 。
在生产过程中辊面产生裂纹的原因主要有以 下两种 :首先是因为冷却不均产生梯状热裂 ,并在 辊体的环状带内出现径向平面弥漫的纵向裂纹 。 根据金属的热传递 ,这种温度的不均蔓延至轧辊 内部 ,出现明显的热渗进 。如果这些裂纹在局部 区域内受到机械撞击 (诸如冲击碰痕 、带钢粘结 、 带钢边部或尾部重叠等) ,并且和热应力相结合超 过了轧辊辊身的屈服强度 ,就会在随后的冷却过 程中扩大并发生剥落 。
《大型铸锻件》 H EAV Y CASTIN G AND FOR GIN G
No . 4 November 2006
CSP 轧机工作辊剥落原因及改进措施
李 会
(湖南华菱涟钢热轧板厂 ,湖南 417009)
摘要 :涟钢 CSP 工作辊发生剥落的主要原因是板坯温度不均 、轧辊冷却温度不均和轧制事故 。通过严格 操作规范和加强对轧辊的检测与维护 ,并选择适当的轧制参数及辊形 ,可使轧辊剥落事故发生频率降至最低 。
另外 ,在轧机停机时 (比如堆钢) 产生裂纹的 可能性也非常大 。因为带钢可能会与工作辊有一 段时间的接触 ,接触区域的轧辊表面温度会快速 上升 。当带钢移开 ,轧辊提起时 ,轧辊表面迅速冷 却 ,此时极易产生裂纹 。裂纹的严重程度取决于 接触时间和冷却速度 。
轧辊剥落的类型有两种 ,一种是辊身剥落 ,另 一种是辊边剥落 。辊身剥落一般来说起因于表面 裂纹的扩散 ,而辊边剥落一般来说是由支承辊倒
《大型铸锻件》 H EAV Y CASTIN G AND FOR GIN G
No . 4 November 2006
没有及时清洗等 ,都会引起喷嘴堵塞 。 (3) 轧制事故的影响 轧机事故往往是产生热裂的主要祸根 ,不管
是堆钢还是甩尾 ,都会使轧辊产生致命的冲击或 热烫伤 。每次堆钢后都会在轧机内留下氧化铁 皮 ,氧化铁皮会在事故后进入机架 ,给轧辊造成一 定的影响 。同时堆钢后 ,在轧辊局部产生大量热 流 ,这种热流一直渗入到轧辊内部 ,在轧机恢复轧 制时 ,因轧辊散热的不均 ,同样会在轧辊表面产生 热裂纹 。甩尾会对轧辊局部产生很大的冲击 ,给 轧辊造成大的损伤 。
(1) 轧辊表面的变化 在轧制过程中 ,轧辊出现不同程度的磨损 。 通过对现场大量的磨损数据进行定性分析 ,得到 如下结论 :首先 ,上工作辊磨损量大于下工作辊磨 损量 。这主要是因各轧机间活套造成带材对上辊 面包角增大 ,增加了接触面积和压力 。另外 ,带钢 氧化铁皮的滞留也增加了工作辊的磨损 。其次 ,
C Mn Si
S
P
Cr Ni Mo
3. 32 0. 86 1. 03 0. 011 0. 025 1. 81 4. 38 0. 5
由检测结果可知 ,工作辊的化学成分和金相 组织均符合轧辊材质的技术要求 ,不是导致发生 剥落的主要原因 。对剥落的断口形状及剥落部位 进行仔细观察 ,发现有裂纹扩散的纹路 。裂纹行 走的路线是围绕轧辊辊身蔓延 ,并向内扩散 。这 种剥落的开始阶段 ,通常是在接近轧辊辊身的表 面处 ,有一个或多个压裂在局部超载处形成 。这 种裂纹总是与轧辊轴向平行 ,但以非径向方向弥 漫 。接下来 ,这种带状疲劳裂纹逐渐沿着大致平 行于轧辊表面的方向呈环形方向发展 ,弥漫方向 对应于轧辊的旋转方向 。弥漫向轧辊工作层内部 发展 ,逐渐加深 、加宽 ,随后是覆盖辊身表面的大 面积剥落 。此剥落的起因是在轧制强度比较高的 SPA2H 钢种时 ,长期高负荷运转加速了轧辊工作 层材料的剪力强度 。同时工作辊和支承辊经过较 长的断面磨损 ,把高负荷限定在某一区域 ,产生了 不正确的 CVC 曲线 。轧机事故和轧制异体会导 致形成初始裂纹 ,随后的轧制使材料疲劳 ,裂纹开 始弥漫直到大块自然剥落发生 。因此找出初始裂 纹产生的原因就可能避免轧辊剥落的发生 。我们 从以下几方面进行了分析研究 。
2 轧辊剥落的产生机理
剥落是轧辊常见缺陷之一 ,是指工作层或芯 部结合层在热轧过程中脱落的现象 。剥落会给轧
收稿日期 :2006 —06 —12
辊造成较大的损失 ,程度严重时还会导致轧辊的 损坏 。
根据工作辊剥落断口的形式可以判断剥落是 由接触疲劳和热裂纹造成的 ,它同样存在裂纹产 生和发展的过程 。生产中出现的工作辊剥落多数 由辊面裂纹所致 ,其剥落机理大致为 :内部应力集 中 →产生热裂纹 →热裂纹扩散 →粗糙的表面 →剥 落。
关键词 :CSP 轧机 ;轧辊 ;剥落 中图分类号 : T G333. 7 + 2 文献标识码 :B
The Reaso n of t he Wo rk Roll Flaking in t he CSP Mill and It s Imp rovement
Li Hui
Abstract :The main reasons of CSP work roll flaking in Lianyuan Steel are t he uneven slab temperat ure , un2 even roll cooling temperat ure and t he rolling accident . By means of t he st rict normative operation and t he well maintenance and detecting of t he rolls ,as well as by selecting t he p roper rolling parameter and roll p rofile , t he roll flaking incident can be reduced to t he min. limitation.
4 改进措施
根据以上分析可知 ,涟钢 CSP 工作辊发生剥 落的主要原因是板坯温度不均 、轧辊冷却温度不 均和轧制事故 。针对这些问题应采取以下措施加 以改进 :
(1) 严格控制轧辊进货质量 。必须逐项检查 轧辊的几何尺寸和硬度 ,并对轧辊内部质量进行 探伤检测 。对不符合图纸及技术协议要求的轧辊 向厂家提出异议 。
另外 ,导致轧制力分布不均匀的还有板坯形 状及板坯温度等因素 。板坯形状只要不出现楔形 和鼓肚现象 ,则对轧制力的影响比较小 。而轧制 过程中板坯温度不均匀 ,尤其是轧制强度比较高 的钢种时 ,如果在某个区域冷却不均匀 ,则辊间受 力是不均匀的 ,会引起轧辊应力的不均 。当热应 力和组织应力的综合作用超过了材料的强度极限 时 ,就会产生热冲击裂纹 。
该工作辊的金相组织检测结果为贝氏体 + 25 %的碳化物 ,其化学成分检验结果见表 1 。
表 1 工作辊的金相组织和化学成分( 质量分数 , %) Table. 1 The metallurgical structure and
chemical composition of the
work roll ( mass fraction %)
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No . 4 November 2006
《大型铸锻件》 H EAV Y CASTIN G AND FOR GIN G
角和工作辊开压边部内浇口所致 。
3 涟钢 CSP 工作辊发生剥落的原因
涟钢薄板坯连铸连轧生产线在轧制钢卷时 , 其 F7 机架上的下工作辊发生了严重剥落 ,并造 成 F7 下支承辊有凹坑现象 。该轧辊进厂后共使 用 23 次 ,总轧制长度为 1 051 km ,总轧制量为 41 024 t ,总 生 产 时 间 为 190 h , 平 均 轧 制 量 为 1 784 t/ 46 km 。
(2) 轧辊冷却的不均匀 轧辊冷却情况不但要影响轧制模型的计算精 度 ,还会影响轧辊的表面质量 。轧辊冷却分前后 和上下布置 。进口只有两排喷嘴 ,出口有三排喷 嘴 ,都是交叉布置 。喷嘴喷射的角度是固定的 ,但 是出口喷嘴型号每排不一样 。后机架的喷嘴比前 机架的小 ,堵塞的现象也较严重 。只要某部位喷 嘴堵塞 ,在这个部位的轧辊温度相对较高 ,在局部 就会产生相应的热裂 。同时 ,如果喷嘴没有完全 堵塞 ,就会出现喷射的角度交叉不到位 ,会在交叉 部位产生热裂 。冷却水的纯净度不高或者过滤器
总之 ,CVC 精轧机组轧辊磨损规律与一般轧 辊磨损基本相同 ,只是 CVC 辊型引起支承辊与 工作辊磨损的箱形底部有一端抬高现象 。这主要 是由于 CVC 辊型引起的辊间压力分布不均和各 点相对滑动量不同造成的 。这种压力分布的不均 匀会导致轧辊与轧件接触时 ,轧辊内部产生应力 不均 。
因此 ,随着轧制量的增加 ,轧辊磨损会越来越 严重 。在这种情况下 ,轧辊与所轧物表面的硬的 氧化物或轧辊本身的硬的碳化物产生摩擦都会使 轧辊表面发生更加严重的变化 ,如表面粗糙等 ,从 而导致表面氧化膜的破裂 。这样不但会影响产品 质量 ,还会在轧辊表面产生热疲劳 。轧辊疲劳后 , 辊身各处应力不均 ,在表面非常容易产生表面裂 纹 。随着轧辊的继续使用 ,表面裂纹会沿着轧辊 圆周向芯部扩散 ,最终导致轧辊剥落 。
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下支承辊磨损量大于相应上支承辊磨损量 。这主 要是因为带钢下表面氧化铁皮掉入下支承辊面以 及下支承辊恶劣的运行环境造成的 。另外 ,工作 辊和支承辊的磨损形状近似于箱形 ,且磨损曲线 的箱形底部基本平坦 。有时磨损曲线的箱形底部 会出现一端或两端的突起情况 ,这主要是由于辊 间压力分布不均和各点相对滑动量不同造成的 。 通过分析还知道 ,磨损量的大小与轧辊周期内所 轧带钢长度 、温度 、钢种以及金属前滑 、后滑 、横向 流动等因素有关 。
在生产过程中辊面产生裂纹的原因主要有以 下两种 :首先是因为冷却不均产生梯状热裂 ,并在 辊体的环状带内出现径向平面弥漫的纵向裂纹 。 根据金属的热传递 ,这种温度的不均蔓延至轧辊 内部 ,出现明显的热渗进 。如果这些裂纹在局部 区域内受到机械撞击 (诸如冲击碰痕 、带钢粘结 、 带钢边部或尾部重叠等) ,并且和热应力相结合超 过了轧辊辊身的屈服强度 ,就会在随后的冷却过 程中扩大并发生剥落 。
《大型铸锻件》 H EAV Y CASTIN G AND FOR GIN G
No . 4 November 2006
CSP 轧机工作辊剥落原因及改进措施
李 会
(湖南华菱涟钢热轧板厂 ,湖南 417009)
摘要 :涟钢 CSP 工作辊发生剥落的主要原因是板坯温度不均 、轧辊冷却温度不均和轧制事故 。通过严格 操作规范和加强对轧辊的检测与维护 ,并选择适当的轧制参数及辊形 ,可使轧辊剥落事故发生频率降至最低 。
另外 ,在轧机停机时 (比如堆钢) 产生裂纹的 可能性也非常大 。因为带钢可能会与工作辊有一 段时间的接触 ,接触区域的轧辊表面温度会快速 上升 。当带钢移开 ,轧辊提起时 ,轧辊表面迅速冷 却 ,此时极易产生裂纹 。裂纹的严重程度取决于 接触时间和冷却速度 。
轧辊剥落的类型有两种 ,一种是辊身剥落 ,另 一种是辊边剥落 。辊身剥落一般来说起因于表面 裂纹的扩散 ,而辊边剥落一般来说是由支承辊倒
《大型铸锻件》 H EAV Y CASTIN G AND FOR GIN G
No . 4 November 2006
没有及时清洗等 ,都会引起喷嘴堵塞 。 (3) 轧制事故的影响 轧机事故往往是产生热裂的主要祸根 ,不管
是堆钢还是甩尾 ,都会使轧辊产生致命的冲击或 热烫伤 。每次堆钢后都会在轧机内留下氧化铁 皮 ,氧化铁皮会在事故后进入机架 ,给轧辊造成一 定的影响 。同时堆钢后 ,在轧辊局部产生大量热 流 ,这种热流一直渗入到轧辊内部 ,在轧机恢复轧 制时 ,因轧辊散热的不均 ,同样会在轧辊表面产生 热裂纹 。甩尾会对轧辊局部产生很大的冲击 ,给 轧辊造成大的损伤 。
(1) 轧辊表面的变化 在轧制过程中 ,轧辊出现不同程度的磨损 。 通过对现场大量的磨损数据进行定性分析 ,得到 如下结论 :首先 ,上工作辊磨损量大于下工作辊磨 损量 。这主要是因各轧机间活套造成带材对上辊 面包角增大 ,增加了接触面积和压力 。另外 ,带钢 氧化铁皮的滞留也增加了工作辊的磨损 。其次 ,
C Mn Si
S
P
Cr Ni Mo
3. 32 0. 86 1. 03 0. 011 0. 025 1. 81 4. 38 0. 5
由检测结果可知 ,工作辊的化学成分和金相 组织均符合轧辊材质的技术要求 ,不是导致发生 剥落的主要原因 。对剥落的断口形状及剥落部位 进行仔细观察 ,发现有裂纹扩散的纹路 。裂纹行 走的路线是围绕轧辊辊身蔓延 ,并向内扩散 。这 种剥落的开始阶段 ,通常是在接近轧辊辊身的表 面处 ,有一个或多个压裂在局部超载处形成 。这 种裂纹总是与轧辊轴向平行 ,但以非径向方向弥 漫 。接下来 ,这种带状疲劳裂纹逐渐沿着大致平 行于轧辊表面的方向呈环形方向发展 ,弥漫方向 对应于轧辊的旋转方向 。弥漫向轧辊工作层内部 发展 ,逐渐加深 、加宽 ,随后是覆盖辊身表面的大 面积剥落 。此剥落的起因是在轧制强度比较高的 SPA2H 钢种时 ,长期高负荷运转加速了轧辊工作 层材料的剪力强度 。同时工作辊和支承辊经过较 长的断面磨损 ,把高负荷限定在某一区域 ,产生了 不正确的 CVC 曲线 。轧机事故和轧制异体会导 致形成初始裂纹 ,随后的轧制使材料疲劳 ,裂纹开 始弥漫直到大块自然剥落发生 。因此找出初始裂 纹产生的原因就可能避免轧辊剥落的发生 。我们 从以下几方面进行了分析研究 。
2 轧辊剥落的产生机理
剥落是轧辊常见缺陷之一 ,是指工作层或芯 部结合层在热轧过程中脱落的现象 。剥落会给轧
收稿日期 :2006 —06 —12
辊造成较大的损失 ,程度严重时还会导致轧辊的 损坏 。
根据工作辊剥落断口的形式可以判断剥落是 由接触疲劳和热裂纹造成的 ,它同样存在裂纹产 生和发展的过程 。生产中出现的工作辊剥落多数 由辊面裂纹所致 ,其剥落机理大致为 :内部应力集 中 →产生热裂纹 →热裂纹扩散 →粗糙的表面 →剥 落。
