1前言工作辊是冷轧机的关键部件之一，随着冷轧技术的不断发展，轧机对工作辊性能要求越来越高 。尤其冷轧辊是在金属对轧辊压力很高的条件下工作，加上因焊缝、夹杂、边裂等原板质量问题造 成的断带、粘辊、裂缝等轧制事故频繁，使得冷轧工作辊的工作状况极为恶劣。近几年来，为改善 冷轧辊表面的磨损和变形，对工作辊提出了更苛刻的性能要求，诸如辊面硬度、硬度均匀性、淬硬 层深度、金相组织、残余应力等，同时辊芯部和颈部必须具有足够的韧性。事实上，上述的部分性 能条件是既矛盾又关联的，最常见的情况是淬硬层较深时，控制不慎，一般组织就较粗大；硬度较 高的工作辊具有较好的耐磨性但轧辊韧性变差。因此，在增加耐磨性，追求较深的有效淬硬层和较 高的硬度，从而延长工作辊使用寿命的过程中，因轧辊辊身表层出现的粘辊、剥落和开裂就成为一 种最常见而严重的问题。其中，轧制事故的发生和残余应力的叠加转移萌生的破坏是其主要原因。 2冷轧辊失效的宏观分析2．l冷轧辊表层疲劳剥落表层疲劳剥落是冷轧辊主要的损坏形式，从剥 落的形貌特征来看，可大致分为深层大面积带状疲劳剥落（见图l、图2）和近表层小块掉肉（见 图3）。有时剥落层深度可达30nun以上，一下子使得冷轧辊的有效工作层报废，近表层掉肉 剥落层深度则在几毫米至十几毫米不等。图1深层大面积带状剥落图2带状剥落形貌图3近表层小 块掉肉2．l．l疲劳剥落的原因国内外对轧辊剥落的研究认为，剥落的发生和发展大致可分为四 个阶段：门）辊身表层的外表面出现数量不一的显微裂纹，产生因素主要为：①轧辊受热冲击。过 热后产生的网状微裂纹：②换辊周期过长引起辊身表面的冷作硬化；③辊身表面硬度过高；④重磨 时修磨量太小，不足以消除疲劳微裂纹层。（2）轧辊继续使用过程中，显微裂纹扩展，一条或若 干裂纹从表面领先向纵深发展到过渡组织带，（有时从断口可见连续的短距重复线，表明这种开裂 属于疲劳破坏）从而形成疲劳断裂中心；（3）在过渡组织中二次疲劳断裂中心沿与辊身圆弧几近 平行的层次继续发展成为断裂带，有的甚至于绕辊几周；（4）残余破裂和剥落，对于大面积带状 剥落的轧辊可以在各种因素的影响下一次性破裂和剥落，造成若干剥落块或尚未脱开的剥离块2小 块掉肉的轧辊可以直接从第（2）阶段导致残余破裂和剥落。2．1．2本厂使用情况我们曾经对 本厂辊号为6孤＃、672＃。680＃、682＃、831＃的五支发生剥落现象的五机架工作 辊进行事故原因分析，对带状和小块剥落后的剥落块表面用磁粉检查和双酸侵蚀显示后，发现均有 许多裂纹或微裂纹，部分裂纹长度可达l－Zmrn。对这些带裂纹的剥落块切开进行金相观察， 发现有一条裂纹优先向内发展到过渡带（即马氏体、贝氏体向屈氏体的过渡区）；然后形成疲劳破 坏中心，并且沿辊身圆弧相近的方向发展成带，有的绕辊几周，最后一次性残余破裂剥落。因此， 冷轧工作辊绝大多数的表层剥落都不是自然产生的，而是在一定时间内逐渐发展形成的。通常是以 辊身表面显微裂纹为起点，在轧制的持续负荷作用下，发展成为疲劳断裂，这就是残余破裂和剥落 的真正原因。2．1．3相应的预防改进措施上述的微裂纹或裂纹，应当采取措施经常注意检查， 譬如在线式涡流探伤或超声波检测，一经发觉，立即修磨或者送双频淬火热处理。在修磨时应该认 真按照有关规定来消除裂纹，防止裂纹的扩展。此外，如果辊身硬度过高，也容易产生裂纹。在对 不同硬度的两种五机架修复辊进行使用性能考核时发现，当辊身硬度从原来的HSD93－96降 低到现在的HSDgl－94后，影响轧辊使用寿命最严重的大面积带状剥落大大减少，这表明辊 身硬度的降低有助于提高轧辊韧性，从而避免或减少微裂纹或裂纹的发生与扩展。2．2粘辊与裂 纹2．2．l失效形式粘辊裂纹和掏沟是导致冷轧辊失效次数最多的原因之一（见图4）。按照其 形貌大致可以分为因断带粘辊而出现掏沟和辊身表面裂纹而导致掏沟两种。一旦掏沟深度大于轧辊 有效淬硬层，则冷轧辊就失效了。通常轧机一出现断带情况，就会使得轧辊轻重不同地粘钢。同时 ，轧辊也经受了一次热冲击，这种热冲击常常导致辊身局部温度高达m皿℃以上。据不完全统计， 因为酸洗、焊缝等因素而导致轧机断带，常使得冷轧辊辊面的热冲击次数达到高峰。因此，避免断 带是减少冷轧辊热冲击的有效措施。图4粘辊形貌2．2．2检测分析与相应措施北京科技大学金 相室曾用断带粘辊后的剥落块进行试验与研究，发现将粘辊的轧材去除以后，轧辊表面是一层厚度 约0．03－0．06mm的白亮层，经过各种检测手段分析得出，此白亮层系二次淬火马氏体组 织，在白亮层的下面是不同程度的热影响区。这是由于热冲击所造成的局部温升是从表向里逐渐降 低的，导致某一定深度范围内，轧辊温升超过了临界点，马氏体组织回火得到回人屈氏体组织，其 厚度约为0．lmm，再往里去则是轧辊的原始组织。因此，修磨轧辊时必须消除轧辊表层的二次 淬火马氏体和回火屈氏体组织，按照规定再磨0．smm后才能送轧机使用。否则，未磨尽的二次 淬火马氏体和回火屈氏体组织与辊身的正常金相组织不一致而产生拉应力，导致裂纹的产生，并且 发展成为大面积剥落。至于发生裂纹后导致掏沟，大多是修磨时未将裂纹磨尽，使用过程当中发展 成为肉眼可见大裂纹。另外，也可能是由于轧辊表面非金属夹杂物导致使用过程裂纹的发生与扩展 。2．3环状裂纹与断辊环状裂纹大多发生在辊身边部约15－50mm位置（见图5）。据19 94年二IWe年对15支发生环裂轧辊的统计，有12支在轧制时发生过压下偏斜事故，对其中 幼2＃修复辊在失效后进行检测，发现辊身长度由原来的177mm增加到1709mm，显然是 由于压下偏斜，轧辊一端受力过大导致局部长度变大。有些冷轧辊（如我们新投用的轧辊636＃ ）在压力偏斜后，造成辊面端部发生环状剥落；有时甚至在辊面端部和辊颈交界处发生断髦图5环 状裂纹及环状剥落（如新辊623＃发生断裂，见图6所示）。因此，应该尽量减少轧机压下偏斜 事故，避免环状裂纹或断辊的发生。图6断辊形貌2．4轴承粘结（抱辊）与断辊2．4．1失效 形式辊颈与轴承粘结是冷轧辊的另一种失效形式，有些新辊仅使用几次就因为轴承粘结（抱辊）而 不能够继续使用。目前，还没有较好的办法来取下抱辊的轴承。我们曾试对辊颈与轴承粘结的轧辊 采用氧枪切割轴承而试图保全轴承和轧辊的方法，结果是轴套虽然被切割下来，轴承仍然无法保全 ，而且辊颈在氧枪切割轴套时被过烧，出现网状龟裂纹或局部被烧熔成许多四坑，导致了轧辊与轴 承同时报废，损失十分巨大。2．4．2原因分析研究表明，轴承粘结的原因与下列三方面有关： 一是轧机生产过程中，偶然的轴向力导致轧辊在轧钢时向一侧蹿动，如不及时换辊就会使得这一侧 轴承温度过高而抱颈；二是轴承的清洗质量欠佳，在拆卸轴承清洗后，重新装辊时将喷砂砂粒或脏 物带人辊颈与轴套之间，经长时间粘磨而粘结抱辊；三是轴承的密封圈质量不好，未能有效地将外 界脏物封住，使之进人轴套与辊颈之间导致抱辊事故。因此，为了保证不发生抱辊事故，应该经常 检查轧机是否产生偏斜或轴向力，轴承密封性能是否良好，确保清洗质量。2．5龟裂龟裂纹发生 的频率不高，其常见形态有两种：一种呈带状，宽度约为60－80mrn；另一种呈团状分布（ 如图7、图8所示）。其中呈带状径向分布的龟裂纹可能与磨床修磨量有关，当一次修磨量过大时 ，极易形成过烧带，产生同砂轮厚度相当的龟裂纹，此类过烧微裂纹在双酸侵蚀下能显示出来。呈 团状分布的表面龟裂纹，大多是在严重粘辊热冲击后产生的热裂纹，在消除粘辊缺陷后，若不及时 进行认真的检查和磨削来消除显微裂纹，那么这种缺陷将残留在辊面，在使用过程当中就会逐步扩 展形成团状表面龟裂纹。图7带状龟裂纹图8困状龟裂纹2．6辊颈开裂的原因及预防措施轧辊在 使用过程中发生辊颈开裂现象较少，倘若发生则导致整个轧辊报废，造成较大的经济损失。对发生 辊颈开裂的轧辊，在其开裂部位取样分析（主要对辊颈强化部位裂纹处进行了由表及里的硬度测定 和侧面金相观察以及断口电镜扫描分析）表明：导致辊颈开裂的裂纹，大部分在辊颈强化热处理过 程中就已经开始萌生，并在轧机使用过程中得到扩展导致辊颈开裂。我们认为，在强化淬火冷却过 程中，由于激冷造成表层及内层的收缩不均匀，使得表层出现较大的拉应力，这个拉应力在车刀槽 的根部产生极大的应力集中（辊颈的表面光洁度约为ths，据查其应力集中系数可达5以上）， 甚至可能超过此时材料的断裂强度，从而萌生出显微裂纹。进一步的研究表明，车刀槽的机械切口 对于辊颈的开裂起了决定性的作用。因此为防止辊颈开裂，提出如下建议：（回）在辊颈强化处理 之前，对于强化部位进行精车或粗磨，以提高光洁度，减少应力集中；（2）在保证硬度的前提下 ，尽量降低淬火温度，以减少残余应力；（3）在辊颈强化之前，对于轧辊采取整体预热，以降低 淬火应力。已经发生辊颈开裂的轧辊，则可以采取辊颈焊补工艺对辊颈开裂部位进行焊补。3结束 语（l）本厂轧辊异常失效的主要形式是粘辊、裂纹和剥落；所以研究相应的方法和工艺来减少产 生此类失效的轧制事故，尤其是断带、压下偏斜等，从而延长冷轧辊的使用寿命，是极其必要的。 （2）根据冷轧辊的失效形式制订相应的控制措施以及合适的淬火工艺，使处理后的轧辊的质量水 平完全达到轧机的使用要求。冷轧工作辊失效分析及其控制@沈伟芳$武汉钢铁股份有限公司冷轧薄板厂!430083@陈光明$武汉钢铁股份有限公司冷轧薄板厂!430083冷轧;;工作辊;;失效分析就武钢冷轧厂九机架冷轧机的工作辊常见失效形式、原因及相应的控制措施进行了分析，探讨。<1>一机部机电所轧辊课题组.金属薄板冷轧工作辊的表 层疲劳剥落.金属热处理.1982,(4-5)
<2>北京科技大学学报.冶金部课题组.关于冷轧工作辊表 面剥落的失效分析.1978,(9)织不一致而产生拉应力，导致裂纹的产生
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