HC可逆冷轧机轧辊失效分类及预防
- 格式:pdf
- 大小:472.85 KB
- 文档页数:6
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。
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。
冷轧生产企业轧辊缺陷产生原因及防范措施轧辊是轧钢生产中的一种大型工具,其性能与质量将直接影响轧机产量和产品质量,其消耗在轧钢生产中占很大比例。
因此,轧辊的使用与管理在冷轧的生产中至关重要。
本文所列舉的冷连轧机为四机架六辊UCM(Universal Crown Mill)轧机,设计产量为152.8万t,其技术从国外成套引进,是目前国内装备水平较高的冷轧机之一。
自投产以后,多次与国内外的轧辊专家进行了技术交流,以提高轧辊的使用和管理水平。
研究冷轧辊缺陷产生的原因,并采取相应的具体措施,以便降低轧辊消耗,对降低成本和稳定生产有着重要的意义。
1冷轧辊缺陷的主要形式当前我们所使用轧辊来自于日立金属、美国电钢、英国轧辊、中国一重、邢台轧辊和常冶轧辊等几家轧辊生产制造厂,其材质为3Cr,5Cr和4CrMo锻钢。
目前出现的轧辊缺陷按照所产生的形态可以分成软点、剥落(爆辊)和内部裂纹等三大类。
1·1 轧辊软点轧辊表面的某些地方会显示出比轧辊表面其它地方硬度值变化较大情况。
通常这些软点区域的硬度值要比基体材料的硬度低20HS。
一般情况下软点区域用肉眼是分辨不出来的,但是经过硝酸酒精腐蚀以后,就会显示出来,呈现一片暗色区域(见图1所示)。
在某些情况下,软点疵瑕也可以保持有硬化情况和回火色(兰色/棕色)。
1·2 轧辊剥落轧辊剥落就是指轧辊辊身的某个区域从辊身上分离出来的现象。
剥落按照产生的原因不同可分成下述几类。
1.2.1 轧辊表面剥落轧辊表面剥落可通过裂纹表面的“破损”轨迹来鉴别。
这种疲劳“破损”轨迹的显著特征是具有典型疲劳痕(海滩纹见图2所示)或在疲劳裂纹面上的“扇形”裂纹流线。
疲劳“破损”轨迹蔓延的方向与轧制时轧辊旋转的方向相反。
1.2.2 接触应力引发的剥落由于轧机的负荷以及轧辊在接触点上的局部挤压,造成的最大组合剪切应力(通常称作“赫兹应力”)位于轧辊表面之下的某个较小区域中。
多处的裂纹可以引发并在赫兹应力超过轧辊的抗拉强度时,在表面之下位置发生弥散,导致剥落的产生,这会通过两种模式发生。
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。
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。
冷轧机轧辊缺陷表现形式及预防措施!许崇山"常州宝菱重工机械有限公司#江苏常州$%&’%()摘要*介绍了轧辊表面缺陷的表现形式#提出了减少和预防轧辊缺陷的措施+关键词*轧辊,冷轧,预防措施中图分类号*-.%/$0/引言冷轧过程中#轧辊对带钢产量1板形质量1吨钢成本消耗三大指标的影响很大2%#$3+冷轧轧辊使用过程中的缺陷#会造成批量产品质量降级甚至报废#造成成材率降低#且可能导致相关设备损坏+因此#国内各冷轧生产厂家都非常注重对轧辊使用的研究#致力于有效降低冷轧轧辊的消耗2$4/3+本文从轧制工艺对轧辊的客观要求出发#从加强轧辊检测1完善轧辊磨削及装配工艺1改善轧制工艺条件1优化轧制工艺参数等多方面提出了轧辊缺陷的预防和消除措施+5轧辊缺陷表现形式及预防措施根据实际生产现场使用情况#轧辊缺陷主要划分为表面缺陷1剥落缺陷和断裂缺陷三大类263+575轧辊表面缺陷表现形式及预防措施轧制过程中#轧辊表面缺陷会明显地转移到带钢表面#直接影响到成品板带的表面质量+常见的轧辊表面缺陷原因分析及预防措施如下*%7%0%轧辊表面夹杂物在轧辊表面用肉眼或借助低倍放大镜可观察到的形状不规则的夹杂物2&3#长度一般在’7’84899范围内+预防措施*控制冶炼锻造加工及热处理等原始状态的关键参数#降低轧辊表面夹杂物的尺寸和数量+%7%7$轧辊表面桔皮轧辊超期服役1在工艺冷却润滑条件相对较差的环境下较长时间工作时#辊身表面会出现粗糙不均的:木纹;状结构#外观形状很像:桔子皮;2&3+有时轧辊过量磨削后也会出现这种特征+预防措施*改善轧制润滑条件#阻碍轧辊表面桔皮缺陷的发展#或适当增加锻造比1合理地缩短轧制周期+%7%7&轧辊表面印痕主要表现为辊面针孔1凹痕1压痕和孔洞#在轧辊表面不规则分布的凹痕#一般呈圆形2&3#最大直径可达&99#深度可达’7’<99#表面状态或轧辊的纹理通常保留在凹痕内#一般是由一些碎片"异物)进入咬入区或轧辊间相互接触摩擦造成的+预防措施*鉴别碎片异物来源1改善工艺润滑冷却条件1提高酸洗卷板的表面质量和剪边质量1增加工作辊表面硬度和淬硬深度1提高工作辊和中间辊和支撑辊之间的硬度差+%7%7=轧辊表面热损伤主要表现为软点和压痕#轧辊表面某个局部区域硬度比正常值低+特殊情况下#热损伤可引起轧辊表面局部的高硬度和回火色+轧辊工作期间#当局部温度超过轧辊制造时的回火温度#辊面便会发生热损伤#受损伤区域的硬度下降+预防措施*避免引发热损伤的一些潜在热源的发生#如磨床砂轮冲刀1轧制时的断带1打滑1轧制事故"缠钢1粘钢)1冷却不均匀1轧制产品规格变化1冷却液温度1轧制速度的变化等#有效降低轧辊表面产生热损伤的几率+对于存在引发热损伤问题几率较高的轧制环境#应当考虑使用硬度较低的轧辊+第&6卷第=期$’’(年<月现代冶金>?@A B C>A D E F F G B H IJ?F0&6K?0=L G H0$’’(!收稿日期*$’’(M’/M%8作者简介*许崇山"%(6%N)#男#工程师+电话*"’8%()<&$8<=//#%&6’%8’&&$6!"!"#轧辊表面热裂纹轧辊表面热裂纹又称应力裂纹$外观上看$热裂纹的形状有沿轧辊轴向的小裂纹%!&&’和龟裂纹两种$冷轧轧辊出现较多的是沿轧辊轴向的小裂纹(通常热裂纹发生在因断带或轧辊粘钢引起的轧辊热损伤最严重的区域内$有时候由于中间辊或支撑辊表面剥落也会引起轧辊表面裂纹(预防措施)避免热损伤和热冲击可以有效降低辊面形成热裂纹缺陷的几率(*"+轧辊剥落缺陷表现形式及预防措施轧辊剥落的起因不一定都来自热损伤和热裂纹区$辊面任何应力集中点都有可能产生疲劳裂纹$如轧辊印痕,清除不彻底的表面裂纹,擦伤等(轧辊剥落按照剥落发生的起始部位划分$可以分为表面起源诱发的轧辊剥落,轧辊材质缺陷引起的次表层剥落,接触应力引起的次表层剥落(!"-"!表面剥落表现为剥落断口有明显的疲劳带$可以通过断口上存留的像沙滩花纹样的延性疲劳纹和扇形断口流线的疲劳带来识别$一个疲劳带的长度范围小到几厘米,大到沿轧辊圆周方向数圈(预防措施)尽量避免轧辊产生应力集中和轧制过载.制定合理的轧辊磨削工艺$保证消除干净上一轧制周期产生缺陷.轧辊磨削后进行涡流探伤和超声波探伤(!"-"-轧辊材质缺陷引起的次表层剥落断口上存在同心疲劳花样%/鱼眼0形状’123$疲劳起自一个点,有疲劳纹,呈椭圆形传播$疲劳纹只与材料内在的缺陷有关(这种疲劳花样不能与表面起源的疲劳相混淆$表面起源的疲劳伴随有疲劳破坏带(预防措施)尽量减少钢锭中的参杂物(!"-"2接触应力引起的次表层剥落由于轧制载荷的作用$在变形区内轧辊会发生弹性压扁$最大剪应力位于辊面下的次表层位置(当剪应力超过轧辊的抗剪切强度时$裂纹在次表层萌生并扩展(预防措施)避免因杂质通过辊缝引起最大综合剪应力超过轧辊本身抗剪切强度.保证轧辊足够的磨削量.缩短轧制周期$减少轧辊应力循环次数.降低轧制力以降低最大综合剪切应力.改进辊身肩部倒角及半径$以减少辊身边缘的应力集中.避免轧制事故如带钢与轧辊间打滑,高速轧制时断带粘钢等(*"4轧辊断裂缺陷表现形式及预防措施!"2"!辊颈断裂辊颈断裂一般表现为疲劳断裂和脆性断裂两种形式(%!’疲劳断裂疲劳断裂按照诱因可分为表面起源,次表面起源和辊颈修复三种形式(表面起源诱发的辊颈疲劳断裂(轧辊有多个起源于表面的棘轮状标记$当采用工作辊传动方式轧制时$工作辊辊颈承受较大的扭转力矩$同时受轧制压力和弯辊力的合力作用$承受一定的弯曲应力$如果施加在辊颈上的合力超过材料的抗拉疲劳强度$周向表面裂纹就会形成$严重时导致辊颈疲劳断裂(次表面起源引起的辊颈疲劳断裂(次表面诱发的辊颈疲劳断裂是从一个材料质量缺陷点%深层固有缺陷’上萌生$或从轧辊结构的某一部分萌生$以椭圆形式从源点开始扩散$可以通过断口上次表层存在的椭圆形疲劳花纹%/鱼眼0形状’来识别(辊颈修复引起的辊颈疲劳断裂(断口上有多个从表面萌生的疲劳/棘轮0标记(轧制过程中会出现工作辊的轴承故障$严重时甚至出现工作辊的轴承抱死$对轧辊辊颈造成一定的修复损伤(前期修复的区域有很大的疲劳倾向(通常修复包括焊接和去掉轧制隐患的挖槽$如果焊缝,母材界面和挖槽的区域接近或处于辊颈上应力高的部位%如辊身5辊颈的圆弧’$集中应力容易超过材料的拉伸疲劳强度(预防措施)避免轧制过程中出现轧辊轴承抱死故障.设计辊型$避免应力集中.提高轧辊材料强度以阻止裂纹的萌生和扩展.设计辊颈时$考虑辊颈所承受的弯曲和扭转载荷$以避免裂纹萌生和扩展.提高轧辊材料强度以阻止裂纹的萌生和扩展.局部修复如焊接界面,凹槽要远离圆弧或辊颈上的应力集中区.使用过程中适当控制道次压下量$降低工作辊承受的扭转力矩(%-’脆性断裂与疲劳断裂产生原因不同$脆性断裂大多是由材质缺陷和轧制过载引起的(轧辊材质缺陷引起的辊颈脆性断裂起源于内部单独一点$断裂不呈现任何疲劳痕迹%疲劳辉纹’(在结晶凝固时$夹杂物%耐火材料,熔渣,局部偏析,疏松等’有可能残存于钢锭中$造成轧辊工作时产生应力集中(轧制过载引起的辊颈断裂一般发生在横向剪切面%呈6#7角’$由表面一点萌生$流线从源点出发$覆#第6期许崇山)冷轧机轧辊缺陷表现形式及预防措施盖整个断口!内部断口在外观上是典型的韧性断裂!断裂源不显现任何疲劳特征"疲劳辉纹#$预防措施%严格控制冶炼过程&减少残存夹杂物&改进热处理工艺&增加辊颈材料强度$’()(*辊身断裂"’#次疲劳断裂疲劳从一个单一点萌生!形成一个伴有疲劳辉纹的椭圆形花纹$深层固有缺陷导致的辊身断裂的危害极大!在轧制状态下!轧辊可能沿轴向完全爆裂或者断裂成几大段$次表层应力集中使局部应力超过疲劳强度!疲劳裂纹萌生并扩展!周围材料的强度逐渐降低到发生疲劳的强度!断裂的最后阶段是瞬时的$预防措施%轧辊磨削后进行超声波探伤!进行检测并跟踪使用情况!及时防止该类缺陷造成的严重事故的发生$"*#脆性断裂辊身脆断是由轧制过载引起的瞬间辊身断裂!一般发生在横向剪切面上"与轴向成+,-角#!断裂裂纹在表面应力最高的一点萌生!在横向剪切面上径向&圆周方向扩展!内部断口在外观上是典型的韧性断口$发生轧制事故时!辊身突然承受很大额外应力!一旦超过辊身材料强度!很容易发生脆断$预防措施%在生产过程中应尽量避免事故的发生.在冶炼过程中要严格控制夹杂物的含量$/应用实例某厂01六辊可逆冷轧机组由于轧辊的使用方法不当!在试生产阶段!出现了大量的轧辊质量缺陷!严重影响了轧后带钢表面质量和板形质量$为此通过轧辊检测设施"包括磁粉探伤&便携式轧辊表面硬度检测仪&超声波控伤等#进行了轧辊缺陷检测!并采取了相应的预防措施$/(2减少轧辊表面缺陷轧辊表面缺陷产生后不断向辊身渗透是导致轧辊裂纹&轧辊剥落和轧辊断裂的主要原因$为此对表面软点&粘结&裂纹等表面缺陷的轧辊进行了深度磨削!把表面缺陷除净后再磨掉3(’344!然后放置*天左右!再进行探伤等轧辊表面检查合格后上机$图’为改进前后轧辊表面缺陷产生几率的对比!由图’可知!改进后轧辊的换辊周期有所延长$/(/预防轧辊剥落通过对正常轧辊疲劳程度变化规律的分析!确卷图!为换辊周期与各种轧辊缺陷发生几率的关系曲线"从左至右分别为换辊周期与表面缺陷#曲线$%&与表面裂纹#曲线’%&与轧辊剥落#曲线(%发生几率的关系曲线)当换辊周期达到带长*+,-以上"橘皮&印痕&热划伤等轧辊表面缺陷产生的几率开始升高"当换辊周期达到带长$.+,-以上"轧辊裂纹产生的几率迅速升高"当换辊周期超过’++,-"轧辊剥落产生的几率超过了带长’+/)为了降低轧辊裂纹&轧辊剥落等缺陷的发生几率"换辊周期应控制在$!+0$.+,-之内)为解决工作辊边部应力集中区剥落问题"对中间辊&支撑辊的两个肩部分别设计加工大圆弧类型复合倒角"降低了轧辊边部因应力集中导致的剥落)123预防轧辊断裂避免工作辊轴承抱死和瞬间过载是预防轧制状态下的工作辊辊身和辊颈断裂#除轧辊本身材质缺陷外%的主要方法"主要措施有以下几点4#$%轧辊轴承及轴承室应定期清洗"保证轴承室的清洁和润滑油路畅通5#’%轴承外套定期倒面"保证磨损均匀)正常情况下"一套四列短圆柱轴承的使用寿命为.06个月"轧制带钢总长度约为7+++0.+++万-"轴承外套倒面时间周期为’个月"每次沿周向旋转*+85 #(%选用进口密封件"保证轴承室密封良好"防止乳化液进入轴承室5#!%对轧机工作辊轴承润滑方式进行改进"改双轴承座并联油雾润滑为单独润滑"降低工作辊轴承故障发生频率和工作辊辊颈断裂事故5 #7%减少轧制状态下的瞬间过载对工作辊的冲击"充分利用轧机的断带保护功能#过负载卸荷和辊缝快速打开%"并以主电机额定电流为负荷上限"减少过负荷冲击造成的轧辊剥落和断辊事故)3结论预防轧辊缺陷的主要措施有4#$%在轧制过程中尽量避免和减少轧制事故5#’%轧辊磨削加工后进行超声波探伤"及时发现轧辊缺陷5#(%改进轧机的工艺润滑及冷却条件5#!%改善酸洗卷板的表面质量"可以有效控制轧辊表面缺陷的产生5#7%制定科学合理的轧辊使用周期&磨削工艺和辊型优化&减少辊面应力过分集中5#.%完善轧辊装配工艺&减少轧制过载"可以有效降低轧辊断裂)参考文献49$:刘以宽"汪光然"严家高;轧辊失效分析9<:;轧钢"$**("#$%4(+=(!;9’:刘德富"尹钟大;冷轧工作辊的早期失效及预防措施9<:;特殊钢"’++("’!#.%4((=(7;9(:陈联满;轧辊辊颈断裂分析9<:;理化检验物理分册"’++$"(>#>%4(+7=(+6;9!:任喜来;冷轧辊的失效分析及其修复9<:;轧钢"’++’"$*#(%4!7=!>;97:?@AB C"DE F G H@CC"I@F J;K L@M;N E O K P O H P M M F E Q@ R P M S H P M M E Q T-E M ME Q@F L K K MU M@Q L V P U K H@L E P Q W K H F X F -@Q X O@R L X H K9<:;Y Q T E Q K K H E Q TZ@E M X H K B Q@M A F E F"’+++">#$%477=.>;9.:B[K W K S P\?Z"]K M P L L E^K L P<;Z@E M X H K@Q@M A F E FP OO P H T K S@Q SE Q S X R L E P QG@H S K Q K SF L K K M R P M S_P H,H P M M F 9<:;Y Q T E Q K K H E Q T Z@E M X H KB Q@M A F E F"’++!"$$#!%4!>7=!6!;9>:杨利坡"周涛"彭艳"等;‘\可逆冷轧机轧辊失效分类及预防9<:;冶金设备"’++7"$7!#.%4$=.;>第!期许崇山4冷轧机轧辊缺陷表现形式及预防措施。
浅析冷轧机轧辊缺陷表现形式及预防措施摘要:在冷轧轧辊使用的过程中,如果轧辊本身存在缺陷,会导致质量降级,甚至产品直接报废,严重时将导致轧机断带、堆钢,此类事故处理时间长,严重影响轧机生产效率。
目前我国很多的生产厂家对轧辊出现的缺陷问题非常的重视,他们通过对轧辊的研究,力图有效的降低轧辊的消耗,保证轧机产能和成材率。
本文就冷轧机轧辊常见的缺陷问题进行分析,提出了具体的问题的预防措施。
关键词:冷轧机;轧辊缺陷;表现形式;预防措施某钢冷轧厂在轧机投产初期,如果轧辊表面出现缺陷,会给整个生产带来很大的困扰,对产品的生产节奏和质量都有一定的影响。
一般来说轧辊的表面缺陷包括很多种,包括振纹、螺旋纹、刀花、裂纹等,以上缺陷对产品的表面都有一定的影响。
一、振纹进行带钢轧制的过程中,在带钢的表面,经常有一种与带钢运动方向垂直、明暗相间的条纹出现,这种现象就叫做带钢振纹。
通过多次的实践我们发现,产生的振纹多数原因是由于轧辊的原因,轧辊的振纹复制在了带钢的表面。
1.轧辊振纹的产生原因一般来说,轧辊的振纹产生是有其自身的原因的,进行生产的过程中,砂轮主轴的不断振动会导致轧辊振纹的产生,此时产生的振纹呈螺旋状,在轧辊的表面分布;砂轮脱粒不良、砂轮形状不良也可能导致轧辊振纹的出现,呈螺旋状,分布在其表面;通常情况下,我们可以通过对砂轮和轧辊的转速对振纹的间距进行测算,然后与实际存在的进行相互比较,这样对砂轮振纹就可以进行准确的判断,由于轧辊托架(托瓦)的接触不良引发的轧辊振纹,振纹以平行于轧辊母线的形式分布在轧辊表面;由于尾座顶尖形状不良而引发的轧辊振纹,振纹的分布是平行于轧辊母线的;因头架转动不良引发的轧辊振纹,振纹的分布是平行于轧辊母线的;砂轮头架的振动和床头箱的振动之间产生共振引起的轧辊振纹,以平行于母线的形式分布在轧辊表面。
2.轧辊振纹的消除方法对轧辊振纹进行消除,首先对不正常的振源要进行消除,对振纹的明显形式进行分析,选择合适的磨削方式,对明显的振纹要从粗磨开始,不明显的则从半粗磨开始。
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。
万方数据总第154期冶金设备2005年12月第6期性特征的差别细分为若干小类,并对各种轧辊缺陷的表观特征作了详细分析。
针对每一种失效形式,分析轧辊缺陷产生的机理,从加强轧辊检测、完善轧辊磨削及装配工艺、改善轧制工艺条件、优化轧制工艺参数等多方面、多角度提出确实可行的预防措施,为鉴别轧辊缺陷、分析缺陷产生的原因及预防和消除缺陷提供了详实的数据支持,为确定合理的轧辊加工及应用工艺提供理论依据。
图2轧辊表面的桔皮状花样2轧辊表面缺陷的机理分析及预防轧制时改善润滑条件,可以阻碍桔皮缺陷的2.1轧辊表面夹杂物发展。
适当增加锻造比、合理地缩短轧制周期都在轧辊表面用肉眼或借助低倍放大镜可观可以进一步预防轧辊表面桔皮缺陷的产生。
察到的形状不规则的夹杂物‘引,长度一般在2.3轧辊表面印痕o.05~5mm范围内,长度方向与轧辊主轴芳向是轧辊使用中经常出现的一种主要缺一致,根据夹杂物的来源,通常把夹杂物分为外陷n’53,主要表现为辊面针孔、凹痕、压痕和孔洞。
来的和内生的两大类。
经过磨削后,在轧辊表面在轧辊表面不规则分布的凹痕,一般呈圆形,最形成一个或多个轮廓不规则的‘‘孑L洞”,如图1所大直径可达3mm,深度可达o.08mm,表面状态示。
控制冶炼的关键参数,可以降低其尺寸和数或轧辊的纹理通常保留在凹痕内,如图3所示。
量,电弧炉真空除气改为电渣重熔冶炼工艺也可一般是由一些碎片(异物)进人工作辊咬入区或以减少材料中夹杂物的含量。
工作辊与中问辊的接触区造成的。
图l轧辊表面的外来夹杂物2.2轧辊表面桔皮轧辊超期服役后,或在工艺冷却润滑条件相对较差的环境下较长时间工作,辊身表面会出现粗糙不均的“木纹”状结构,外观形状很像“桔子皮”,有时在轧辊过量磨削之后也会出现这种特征,如图2所示。
轧辊表面“树枝晶”的程度既与锻造比有关,又与轧辊径向车削量过大有关,轧辊材料的树枝晶的显微结构可以描述成一个近乎纯铁的树枝结构,富铁的树枝晶比枝晶间的富合金区的硬度低。
轧制过程中,辊面产生摩擦,树枝晶的磨损比富合金区快,润滑不充分会加快“桔皮”的形成。
一2一图3典型的轧辊印痕局部细节可采取的措施主要有:鉴别碎片异物来源,采取相应措施,如改善工艺润滑冷却条件、提高酸洗卷板的表面质量和剪边质量等;增加工作辊表面硬度/淬硬深度;提高工作辊和中间辊、支撑辊之间的硬度差。
2.4轧辊表面热损伤主要表现为软点和压痕,轧辊表面某个局部区域硬度比正常值低。
特殊情况下,热损伤可引起轧辊表面局部的高硬度和回火色,如图4所示。
轧辊服役期间,当局部温度超过轧辊制造时的回火温度,辊面便会发生热损伤,受损伤区域的硬度下降。
万方数据杨利坡等:HC可逆冷轧机轧辊失效分类及预防2005年12月第6期图4磨削引起的轧辊表面热损伤引发热损伤的一些潜在热源是:磨床砂轮冲刀、轧制时的断带、打滑、轧制事故(缠钢、粘钢)、冷却不均匀、轧制产品规格变化、冷却液温度和轧制速度的变化。
避免这些潜在因素的发生,可以有效降低轧辊表面产生热损伤的几率。
对于存在上述引发热损伤问题几率较高的轧制环境,应当考虑使用硬度较低的轧辊。
2.5轧辊表面热裂纹又称应力裂纹,外观上看,热裂纹的形状有沿轧辊轴向的小裂纹(1mm)和龟裂纹两种,冷轧工作辊出现较多的是沿轧辊轴向的小裂纹,如图5。
通常热裂纹发生在因断带或轧辊粘钢引起的轧辊热损伤最严重的区域内,有时候由于中间辊或支撑辊表面剥落也会引起工作辊表面裂纹,如图6所示。
热损伤是热裂纹的第一阶段,当回火马氏体体积收缩[6],热损伤区内就产生不均匀应力,应力释放时便萌生了热裂纹,热裂纹沿径向和圆周方向扩展,直到发生剥落。
热冲击(辊身表面急冷、急热引起的剥落)是一种更严重的热裂纹形式,它引起的剥落在瞬间发生,热冲击通常与轧制生产事故(如辊面粘钢等)有关,辊面上粘钢的热量足以迅速引发裂纹和剥落。
避免热损伤和热冲击可以有效降低辊面形成热裂纹的几率。
图5冷轧工作辊热裂纹尺寸比较图6冷轧工作辊热裂纹粘钢剥落3轧辊剥落的机理分析及预防轧辊剥落的起因不一定都来自热损伤和热裂纹区,辊面任何应力集中点都有可能产生疲劳裂纹,如轧辊印痕、清除不彻底的表面裂纹、擦伤等。
轧辊剥落按照剥落发生的起始部位划分,可以分为表面剥落和次表面剥落两大类;按照剥落发生的诱因划分,可以分为材料质量诱因和接触应力诱因两大类。
3.1表面起源诱发的轧辊剥落表现为剥落断口有明显的疲劳带,可以通过断口上存留的像沙滩花纹样的延性疲劳辉纹和扇形断口流线的疲劳带来识别,一个疲劳带的长度范围小到几厘米、大到沿轧辊圆周方向几圈。
尽量避免轧辊产生应力集中和轧制过载;制定合理的轧辊磨削工艺,保证消除干净上一轧制周期产生缺陷;轧辊磨削后进行涡流探伤和超声波探伤,可有效降低表面起源诱发的轧辊剥落问题。
,3.2轧辊材质缺陷引起的次表层剥落断口上存在同心疲劳花样(“鱼眼”形状),疲劳起自一个点,有疲劳辉纹,呈椭圆形传播,疲劳辉纹只与材料内在的缺陷有关。
这种疲劳花样不能与表面起源的疲劳相混淆,表面起源的疲劳伴随有疲劳破坏带,如图7所示。
在冷轧工作辊用钢的熔炼结晶过程中,残留在钢锭中的耐火材料、熔渣、局部偏析、缩孑L等缺陷,都有可能成为轧辊投入使用时的轧辊应力集中点,都有可能引起次表层剥落。
因此,尽量减少钢锭中的参杂物是解决该类缺陷的主要手段。
——1—— 万方数据总第154期冶金设备2005年12月第6期图7轧辊剥洛断口裂纹腺圈3.3接触应力引起的次表层剥落图9辊身边缘疲劳剥落由于轧制载荷的作用,在变形区内,轧辊会作辊的应力集中;避免轧制事故如带钢与轧辊间发生弹性压扁Ⅲ。
最大剪应力位于辊面下的次打滑、高速轧制时断带粘钢等。
表层位置。
当剪应力超过轧辊的抗剪切强度时,4轧辊断裂的机理分析及预防裂纹在次表层萌生并扩展。
4.1轧辊辊颈断裂接触应力剥落分瞬时方式和高周疲劳剥落轧辊辊颈断裂分为疲劳断裂和脆断两大类。
方式。
瞬时方式可看作爆裂,如图8所示,不显疲劳断裂按照诱因可分为表面起源、次表面起源示任何明显的疲劳源,作用在辊身的应力大于材和辊颈修复三种形式。
料的抗压强度后,裂纹萌生、爆裂;高周疲劳剥落表面起源诱发的辊颈疲劳断裂如图10所多发生在工作辊与带钢边部接触区域,如图9所示。
轧辊有多个起源于表面的棘轮状标记,当采示,在支撑辊上发生的几率最高,通常呈小块断用工作辊传动方式轧制时,工作辊辊颈承受很大续剥落形式,一般不会伴随大的轧制事故,裂纹的扭转力矩,同时受轧制压力和弯辊力的合力作产生于次表层。
用,承受一定的弯曲应力,如果施加在辊颈上的可采用的预防措施有:避免因杂质通过辊缝合力超过材料的抗拉疲劳强度,周向表面裂纹就引起最大综合剪切应力超过轧辊本身抗剪切强会形成,严重时导致辊颈疲劳断裂。
度;保证轧辊足够的磨削量;缩短轧制周期,减少轧辊应力循环次数;降低轧制力以降低最大综合剪切应力;改进辊身肩部倒角及半径,以减少辊身边缘的应力集中;改进中间辊辊身边缘半径和梢度的设计,降低工作辊与中间辊边部接触区工——d——图8轧辊瞬时剥落图10表面起源诱发的辊颈疲劳断口次表面起源引起的辊颈疲劳断裂如图11所示。
次表面诱发的辊颈疲劳断裂是从一个材料质量缺陷点(深层固有缺陷)上萌生,也可以从轧辊结构的某一部分萌生,以椭圆形式从源点开始扩散,可以从断口上次表层存在的椭圆形疲劳花纹(“鱼眼”形状)来识别。
次表层疲劳不应与表面起源的疲劳相混淆。
万方数据杨利坡等:HC可逆冷轧机轧辊失效分类及预防2005年12月第6期所示。
断裂流线起源于内部单独一点,断裂不呈现任何疲劳痕迹(疲劳辉纹)。
在结晶凝固时,夹杂物(耐火材料、熔渣、局部偏析、疏松等)有可能残存于钢锭中,造成轧辊工作时产生应力集中。
豳11次表层缺陷诱友辊颁研裂辊颈修复引起的辊颈疲劳断裂如图12所示。
断口上有多个从表面萌生的疲劳“棘轮”标记。
轧制过程中,不可避免地会出现工作辊的轴承故障,严重时会出现工作辊的轴承抱死,在处图13轧辊辊颈断裂理上述故障的过程中,一般会对轧辊辊颈造成一轧制过载引起的辊颈断裂如图14所示。
一定的修复损伤。
前期修复的区域有很大的疲劳般发生在横向剪切面(呈45。
角),由表面一点萌倾向。
通常修复包括焊接和去掉轧制隐患的挖生,流线从源点出发,覆盖整个断口,内部断口在槽,如果焊缝/母材界面和挖槽的区域接近或处外观上是典型的韧性断裂,断裂源不显现任何疲于辊颈上应力高的部位(如辊身/辊颈的圆弧),劳特征(疲劳辉纹)。
通过严格控制冶炼过程,减集中应力容易超过材料的拉伸疲劳强度。
少残存夹杂物和改进预备热处理,增加辊颈材料强度。
可有效地预防瞧断的发牛。
图12辊颈修复引起的辊颈断口针对疲劳断裂采取的预防措施主要有:避免轧制过程中出现轧辊轴承抱死故障;优化轧辊设计,避免应力集中;降低轧制压力以降低弯曲应力的作用;提高轧辊材料强度以阻止裂纹的萌生和扩展;设计辊颈时,考虑辊颈所承受的弯曲和扭转载荷,以避免裂纹萌生和扩展;提高轧辊材料强度以阻止裂纹的萌生和扩展;局部修复如焊接界面、凹槽要远离圆弧或辊颈上的应力集中区;使用过程中适当控制道次压下量,降低工作辊承受的扭转力矩。
与疲劳断裂的产生原因不同,瞬间断裂(脆断)产生的主要原因主要是由材质缺陷和轧制过载引起的。
轧辊材质缺陷引起的辊颈瞬时断裂如图13图14断裂辊颈断口形状4.2轧辊辊身断裂分为疲劳断裂和脆断两种。
脆断按照产生源的不同又可分为轧制过载脆断和材质缺陷脆断。
次表层疲劳引起的辊身断裂如图15所示。
疲劳从一个单一点萌生,形成一个伴有疲劳辉纹的椭圆形花纹。
深层固有缺陷导致的辊身断裂的危害极大,在轧制状态下,轧辊可能沿轴向完全爆裂或者断裂成几大段。
次表层应力集中使局部应力超过疲劳强度,疲劳裂纹萌生并扩展,周围材料的强度逐渐降低到发生疲劳的强度,断裂的最后阶段是瞬时的。
轧辊磨削后进行超声波探伤,如果检测准确并跟踪使用情况,可及时防止该类缺陷造成的严重事故。
一5一 万方数据总第154期冶金设备2005年12月第6期图15轧辊辊身断裂疲劳源辊身脆断如图16所示。
由轧制过载引起的瞬间辊身断裂一般发生在横向剪切面上(与轴向成450角),断裂的裂纹在表面应力最高的一点萌生,在横向剪切面上径向、圆周方向扩展,内部断口在外观上是典型的韧性断口。
在发生轧制事故的时候,辊身突然承受很大额外应力,一旦额外应力超过辊身材料强度,很容易发生脆断。
图16轧辊辊身瞬时断裂由材质缺陷引起的辊身瞬间断裂一般发生在1800周向平面,如图17所示,断口的特征是断裂流线起源于内部一点,断裂源没有任何疲劳痕迹(疲劳辉纹)。
冶炼过程中的夹杂物在轧辊工作时产生应力集中,容易导致次表层疲劳和轧辊材质缺陷,引起脆断。
——6——图17轧辊辊身断裂辊身瞬间断裂一般会伴随轧制事故同时发生,如高速轧制状态下突然断带引发的轧辊粘钢和缠辊,造成轧辊局部压应力陡升,当施加的应力超过辊身材料的强度就会发生瞬间断裂。