支撑辊辊面剥落原因分析

世界有色金属 2020年 7月上52机械加工与制造M achining and manufacturing冷轧轧机支承辊辊面剥落原因与应对策略龙再祥（西南铝业集团有限责任公司冷轧厂，重庆　４０００００）摘 要：本文对我厂１＃轧机支承辊剥落原因进行了分析，结果表明，疲劳是导致支承辊剥落的主要原因。

由于接触点应力集中导致辊面疲劳裂纹，疲劳裂纹持续发展最终导致剥落。

关键词：冷轧；支承辊剥落；疲劳裂纹中图分类号：ＴＧ３３３．１７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０２０）１３－００５２－２Spalling Failure Analysis and Countermeasure of Back-up Roll for Cold MillLONG Zai-xiang（Ｃｏｌｄ　ｒｏｌｌｉｎｇ　ｍｉｌｌ　ｏｆ　Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ　Ａｌｕｍｉｎｕｍ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏ．　ＬＴＤ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　４０００００，Ｃｈｉｎａ）Abstract:　Ｓｐａｌｌｉｎｇ　ｆａｉｌｕｒｅ　ｈａｄ　ｔａｋｅｎ　ｐｌａｃｅ　ｏｎ　ｂａｃｋ　ｕｐ　ｒｏｌｌ　ｆｏｒ　ｎｏ．１　ｍｉｌｌ　ｉｎ　ｏｕｒ　ｆａｃｔｏｒｙ．Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｓｐａｌｌｉｎｇ　ｆｒａｃｔｕｒｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ，ｉｔ　ｗａｓ　ｐｒｏｖｅｄ　ｔｈａｔ　ｍａｉｎ　ｃａｕｓｅｓ　ｆｏｒ　ｒｏｌｌ’ｓ　ｓｐａｌｌｉｎｇ　ｗｅｒｅ　ｃｏｎｔａｃｔ　ｆａｔｉｇｕｅ．Ｔｈｅ　ｓｐａｌｌｉｎｇ　ｆｒａｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂａｃｋ－ｕｐ　ｒｏｌｌ　ｉｓ　ｃａｕｓｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｆａｔｉｇｕｅ　ｃｒａｃｋ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｌａｙｅｒ　ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓｔｒｅｓｓ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ａｔ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔａｃｔ　ｐｏｉｎｔ．Keywords: Ｃｏｌｄ　ｍｉｌｌ；　Ｓｐａｌｌｉｎｇ　ｏｆ　ｂａｃｋ－ｕｐ　ｒｏｌｌ；　Ｆａｔｉｇｕｅ　ｃｒａｃｋ1 背景西南铝业集团高精板带事业部冷轧板带生产线，有两台1850mm 进口冷轧高速轧机，轧制过程中支承辊除了要承受巨大的轧制力，还要承受由于高速轧制下的转矩，AGC 辊缝调节，弯辊调节，厚差波动，断带挤料，辊型变化等因素均会造成支承辊辊面局部应力集中、与工作辊不同支承辊不具备频繁更换的条件，更换周期可长达一至两个月，易造成辊面疲劳和裂纹导致脱落，严重的情况下无法修复最终造成报废。

关于辊皮剥落的原因分析辊皮剥落是一个常见的问题，尤其是在金属制造和加工行业中。

其主要原因是材料的疲劳、制造和使用过程中的缺陷以及环境因素的作用。

下面将详细介绍这些原因。

首先，辊皮剥落的一个主要原因是材料的疲劳。

辊皮经受着重复的负荷和应力，长期以来会导致材料的疲劳。

当疲劳达到临界点时，材料就会出现疲劳裂纹，进而导致剥落。

其次，制造和使用过程中的缺陷也会导致辊皮剥落。

当制造过程中存在缺陷，如结构设计不合理、焊接不牢固、材料质量不过关等，都会导致辊皮的剥落。

在使用过程中，辊皮可能会因为磨损、冲击和振动等原因出现故障，从而引起剥落现象。

第三，环境因素也是导致辊皮剥落的重要原因之一、高温和腐蚀性气体是导致辊皮剥落的主要环境因素。

高温会导致辊皮热胀冷缩，从而导致裂纹和剥离。

腐蚀性气体可以腐蚀辊皮的金属材料，降低其强度和粘结力，导致剥离。

为了避免辊皮剥落，可以采取以下措施。

首先，需要加强材料的质量控制，确保辊皮的材料符合相关标准和要求。

制造过程中要严格按照工艺规程进行操作，避免因为制造缺陷导致辊皮剥落。

其次，应该对辊皮进行定期检测和维护。

定期进行超声波或磁粉探伤，查找潜在的裂纹和缺陷，并及时修复和加固。

此外，定期清洗和涂保护涂层，防止腐蚀。

此外，要控制辊皮的工作温度和应力，避免超过其负荷承受能力。

如果工作温度较高，可以采取冷却措施，如水冷或风冷等，降低辊皮的温度。

对于应力过大的情况，可以通过修改结构设计或增加支撑等方式进行调整和优化。

此外，定期进行辊皮的平衡检验，避免因为不平衡而导致辊皮振动和冲击，从而引起剥离。

总之，辊皮剥落是一个常见且影响生产安全和效率的问题。

对于辊皮剥落的原因进行分析，并采取相应的措施进行预防和修复，可以有效地提高生产效率和设备的使用寿命。

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。

热轧支承辊剥落问题根本原因分析及使用建议热轧支承辊剥落问题根本原因分析及使用建议■王维宁，赵学文我公司为客户热轧生产线提供的一只支承辊，辊身直径1461.02mm，客户反馈在某次轧钢时有异响，拉出后该辊的辊身发现有剥落。

通过现场勘察、支撑辊使用情况调查，对支承辊剥落问题进行根本原因分析，并根据分析结果为客户提供现场使用建议。

1. 现场勘察情况根据现场仔细勘察、测量，剥落处位于辊身中部至非字端（传动侧）辊身边部（见图1），范围约900mm（轴向）×800mm（周向），剥落断面中部有两个平滑的带状裂纹通道区域，均约100mm 宽。

①通道距辊身端部约500mm，②通道距辊身端部约300mm。

两条通道区域两侧有一个分界线，分界线及外侧较为粗糙，距辊面深度在25～30mm，条带上可以看到部分不太明显的疲劳扩展条纹，分布着比较经典的一圈一圈的“贝状纹（海滩样）”疲劳扩展条纹，这是每一阶段裂纹前沿轮廓留下的痕迹，贝状纹指示的两条裂纹通道的扩展方向均朝上，与支承辊在机旋转方向相反。

②通道色泽相对发灰、发黑，表面有一薄层氧化腐蚀产物。

在剥落断面同侧的未剥落辊面上发现A、B两处表面裂纹区域，如图2、图3所示。

A区域位于剥落断面对面，距辊身端面385mm，范围100mm（轴向）×185mm（轴向），该区域内上方三处较小表面裂纹呈现“︿”形，“︿”形指向方向与裂纹通道扩展方向一致，下方有一条较长半弧形与轴向的竖直状组成的复合开口裂纹，根据裂纹交汇特点，竖直形裂纹为首先形成的主裂纹，该裂纹应为轧制事故造成的挤压裂纹。

B区域位于剥落断面上沿约400mm处，范围100mm （轴向）×185mm（轴向），距辊身端面100mm。

B区域有多处轴向小裂纹，裂纹密集处成带状，局部呈网状，此种裂纹为典型的热冲击裂纹。

根据着色显像，B区域下方较长的显像条带疑似为擦伤（硌痕），同时B区域下方有一小硌坑。

经超声波检测确定：外露①裂纹通道沿辊面下未剥离的裂纹通道与A区域相连，可确定A区域为①裂纹通道的起源，外露②裂纹通道沿辊面下未剥落暴露的裂纹通道与B区域相连，B区域为②裂纹通道的起源。