热轧工作辊失效原因分析

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1、热轧工作辊失效原因分析1.绪论近年来，我国钢铁工业以每年递增超过20-30%的速度发展，钢铁产量已经连续十多年排名世界第一[1]。钢铁产量也从2003年的3亿吨增加至2012年的9亿多吨。这些钢铁产能大多都是经过轧制完成的，因此，对轧辊的需求非常巨大并与钢铁产能同步增长。1.1轧辊的介绍及分类轧辊作为轧钢工业的重要工具，是轧钢设备的最主要的消耗部件，也伴随着钢铁行业的发展而发展。这表现在产量和质量两个方面。其一是随产钢量的增加，轧辊消耗量迅速增加。粗略计算，如果按吨钢消耗轧辊1kg估算，目前年轧辊消耗在80万吨以上。其二是自2008年全球范围经济危机的爆发

2、，钢铁行业已经连续几年出现了产量降低，钢材下游企业对钢材质量的要求越来越高，钢材生产线对轧辊质量的要求也越来越高[2]。...........1.2热带轧机及轧辊介绍R1机架轧制坯料厚、温度高，轧辊与板材接触弧区温度高，要求轧辊具有良好的热疲劳性。两辊轧机无支承辊，承受轧制力较大，要求具有良好的强度。可选择材质：合金铸钢、高铬钢、工具钢等。四辊轧机为可逆轧机，用于R1+R2机架或唯一粗轧机架。与热连轧可逆相比，轧制道次偏多、板材长、末道次轧制板坯厚度薄，对轧辊的热疲劳性、耐磨性要求更高。可选用材质：半钢、高Cr铸铁、高铬钢、半高速钢。大立辊轧温高、轧速低、

3、轧制力不大，主要考虑热疲劳性能。采用合金铸钢、石墨钢、球铁、锻钢等材质。对于大侧压控制板宽、孔型较深，考虑热疲劳性同时需考虑强度，宜选用强度、韧性较好的合金铸钢轧辊或锻钢轧辊。侧向压下很小，主要作用是板材的侧边平整，换辊周期长，需考虑耐磨性、热疲劳性。国内外轧线使用半钢(Adamite)较普遍。.........2．轧辊的常用检测方法与其他常用的小零件不同，轧辊属于典型的大型铸锻件产品，其检测有一套非常有针对性的检测方法和手段。同时国家也针对轧辊制订了相应的国家标准，如GB/T1503-2008《铸钢轧辊》、GB/T1504-2008《铸铁轧辊》以及《热轧

4、带钢轧辊国家标准》等，这些国家标准对轧辊的生产、检测方法等提出了严格的要求。本章将重点介绍一些轧辊的常用检测方法，这些检测方法对轧辊失效原因的分析提供了非常有用的数据支持。2.1硬度检测为了更准确的了解零件的性能，通常质量管理人员会从同批次产品中抽检部分零件的各项性能，但是这一常规的操作方法对于轧辊显然是不合适的。首先轧辊作为大型铸锻件产品，其本身就采取的是单件生产的模式，其抽检结果的代表性较差；其次作为动辄几吨、几十吨甚至上百吨的产品来说，进行破坏性的检测在经济上是不合适的。基于以上原因，轧辊制造者和使用者选择了硬度检测作为一个检测的硬性指标。通常我们认

5、为，在轧辊材质相同的情况下，硬度的高低可以间接反映出轧辊的强度、耐磨性以及应力水平等各项性能参数。即使不能做到硬度和其他指标的完全对应，但是硬度检测结果仍然具有很重要的借鉴作用。2.1.1肖氏硬度目前对于轧辊的硬度检测主要有肖氏和里氏两种，两者相比使用更多的是肖氏硬度。肖氏硬度又称回跳硬度，这一检测方法是美国人肖尔（A.F.Shore）在1906年发明的[7]。美国肖氏仪器公司（THESHOREINSTRUMENTMEG.CO.）最先制造了C型（HSC）和D型（HSD）肖氏硬度计[7]。之所以对轧辊采用肖氏硬度检测，主要是由于肖氏硬度计与洛氏硬度、布氏硬度

6、等硬度检测设备相比具有携带方便、操作简单、测试迅速等特点，特别是对于包括轧辊在内的不可分割、不可破坏检测的大型铸件、锻件更为适用[7]。尽管与静态检测方法相比其准确度较低，但至今仍是一种不可或缺的硬度检测方法。图2.1[8]为常用的D型肖氏硬度计。......2.2超声波探伤超声波检测被广泛的应用到铸锻件、焊接件等无损检测中来，从铁轨检测到管道检测，从锅炉检测到各类焊接件的检测，都离不开超声波探伤[11]。对于轧辊来说，超声波探伤检测更是不可或缺，其既可以检测轧辊内部质量又可以检查轧辊表面质量状况[12]。对于不同类型的轧辊超声波检测方法、项次、灵敏度以及

7、判定标准也是不同的，这些内容不仅和轧辊的材质有关也和轧辊的用途有关。图2.4为常用的国产CTS-1008探伤仪，图2.5为常用的进口USN60探伤仪。涡流探伤（EddyCurrentTesting），简称ET，是利用电磁感应原理，检测导电构件表面和近表面缺陷的一种探伤方法。其原理是用激磁线圈使导电构件内产生涡电流，借助探测线圈测定涡电流的变化量，从而获得构件缺陷的有关信息[16]。涡流检测是把导体接近通有交流电的线圈，由线圈建立交变磁场，该交变磁场通过导体，并与之发生电磁感应作用，在导体内建立涡流。导体中的涡流也会产生自己的磁场，涡流磁场的作用改变了原磁场

8、的强弱，进而导致线圈电压和阻抗的改变。当导体表面或近表面出现缺陷时