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关于轧机上断辊的原因分析

2015-8-12 10:46:48      点击:
断裂原因
一、脆性断裂,此类轧辊断口形状较为平整,断口周围辊身表面较为齐整;
二、韧性断裂,此类轧辊断口形状多呈"蘑菇头"状,断口附近的辊身均成粉碎状破碎。
将二者比对发现,此次断辊事故的断辊形式为韧性断裂。脆性断裂和韧性断裂都是因为轧辊应力超过芯部强度造成的。
其产生原因与轧辊本身残余应力,轧制时机械应力以及轧辊热应力有关,特别是当辊身的表面和芯部的温差大时更容易产生。这种温差可能由不良的辊冷却,冷却中断或在新的轧制周期开始时轧辊表面过热引起。轧辊的这种表面和芯部间的巨大温差引起较大的热应力,当较大的热应力,机械应力以及轧辊的残余应力超过轧辊的芯部强度时引起断辊。例如,轧辊表面和芯部间的温差在70℃时轧辊会增加100MPa的纵向热应力,温差越大,增加的热应力越大。与产生脆性断口的轧辊相比较,产生韧性断口的轧辊的芯部材料韧性更好,更不容易出现断裂。
导致轧辊失效的应力共有四种:
一、制造过程中的残余应力;
二、轧制过程中的机械应力;
三、轧制过程中轧辊的组织应力;
四、轧辊内外温差造成的热应力。
如果是因为制造残余应力过大产生断裂,断辊通常发生在轧辊初始上机使用的前几次,且为开轧的前几块轧材。此次断裂的轧辊已经上机轧制了四次,工作层消耗了14mm,因此不应是因制造残余应力形成的断裂。
如果是因为机械应力产生的断裂,需要很大的机械应力。经粗略计算,如此大截面的高铬铸钢轧辊若被机械应力拉断,则需要100MN以上的拉力,对于该轧辊工作的轧机来说这是不可能的。轧辊受力最大的部位是传动端辊颈,如果材料的力学性能指标不足,正常轧制情况下首先损坏的是传动端辊颈。从实际轧制和断辊情况来看,不是由于机械应力造成辊身断裂。
对组织应力影响最大的就是外层组织中残余奥氏体含量。残余奥氏体在轧制温度,轧制压力和水冷的交变作用下,发生奥氏体向马氏体或贝氏体的转变,由于奥氏体的比容小,而马氏体的比容大,因而在组织转变的过程中伴随着体积的膨胀,会致使轧辊的工作层产生更大的压应力,芯部产生更大的拉应力,芯部应力一旦超过材料的强度,必然造成轧辊断裂。考虑到残余奥氏体对组织应力的影响及热带连轧机轧辊的工作条件,一般轧辊的残余奥氏体含量控制在小于5%即可保证安全使用。该断裂轧辊的外层组织中残余奥氏体含量小于1%,故组织应力可以忽略不计。
轧辊断裂也可能与温度不均匀造成的热应力有关。轧辊在上机使用过程中,由于与轧材的紧密接触,轧辊表面温度迅速上升,而轧辊芯部的温度上升较慢,这时轧辊面和轧辊芯部之间的温差处于最大值,温差引起的轧辊热应力也处于最大值。如果轧辊的热应力和轧辊的残余应力相叠加,并且超过了轧辊芯部的强度极限时就可能发生轧辊断裂的事故。
防止断裂方法
防止断裂应该从减小制造残余应力,机械应力,组织应力和[1]热应力四方面进行。
一般情况下大部分制造残余应力会在热处理过程中消除,并且会随着轧辊的存放时间延长而逐渐消除,因此新轧辊存放一段时间再使用,能够降低断辊风险。避免较大机械应力的方法主要是避免过冷钢。降低组织应力的方法是通过热处理将辊身工作层残余奥氏体含量控制在小于5%以下。减小热应力的办法是在轧钢过程中对轧辊进行良好的冷却。
制造残余应力,机械应力,组织应力和热应力是造成高铬钢轧辊断裂的主要原因,良好的热处理,轧制条件和冷却可以有效防治高铬钢轧辊断裂。