冷軋軋輥爆裂原因分析與改進(jìn)

雷武軍

（四川省龍威金屬制品有限公司）

摘　要：本文對(duì)冷軋生產(chǎn)過(guò)程出現(xiàn)軋輥裂紋、爆輥等現(xiàn)象進(jìn)行分析，并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況，提出了避免軋輥裂紋和爆裂的措施。

龍威公司冷軋廠采用單機(jī)架、可逆、六輥軋機(jī)的軋制工藝，生產(chǎn)過(guò)程中因?yàn)檐堓伇砻婷撀湓蛟斐缮a(chǎn)線異常停機(jī)的情況時(shí)有發(fā)生。異常停機(jī)事故不僅增加了生產(chǎn)制造成本，也影響和打亂了正常的生產(chǎn)節(jié)奏，造成工序產(chǎn)能不能平衡和影響客戶(hù)的交貨。為了解決軋輥表面剝落的問(wèn)題，龍威公司通過(guò)對(duì)軋輥的受力分析，結(jié)合工廠的現(xiàn)場(chǎng)工藝工況、實(shí)際作業(yè)環(huán)境等進(jìn)行分析研究，找出了軋輥爆輥的原因，提出了有效的預(yù)防措施，取得了較好效果。

1、 軋輥爆輥現(xiàn)象

軋輥在生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)中、在換輥過(guò)程中、在換后置放過(guò)程中出現(xiàn)局部深度爆裂、表面大面積脫落以及不同程度的裂紋，如圖1~ 圖4。

（1）生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)爆輥。軋鋼車(chē)間在正常生產(chǎn)過(guò)程中，出現(xiàn)伴隨劇烈異響的斷帶事故，該事故出現(xiàn)時(shí)沒(méi)有明顯的規(guī)律可循，在生產(chǎn)不同的材料時(shí)、不同的厚度規(guī)格時(shí)，在不同的道次、不同的軋制階段出現(xiàn)無(wú)規(guī)律的突然停機(jī)事故，事故現(xiàn)場(chǎng)可見(jiàn)軋輥輥身嚴(yán)重開(kāi)裂、局部表面脫落等現(xiàn)象。其中，中間輥爆和表面脫落現(xiàn)象尤為明顯，因?yàn)橹虚g輥輥身大面積剝落，不僅造成中間輥直接報(bào)廢，同時(shí)事故還造成工作輥不同程度的損傷，造成在線軋制的產(chǎn)品被分切、分卷，產(chǎn)生大量的丟料損失。

（2）軋輥被換輥下機(jī)后爆輥。按照冷軋廠軋制工藝和換輥制度要求，軋輥軋制到一定數(shù)量（包括卷數(shù)、公里數(shù)、道次、噸位）后需下機(jī)進(jìn)行維修和磨削，以便配對(duì)、拆裝后再備使用。有時(shí)軋輥在換輥過(guò)程中，或是剛換下的軋輥會(huì)發(fā)生輥身爆裂，可聽(tīng)到或輕、或重的爆響聲音并開(kāi)裂、剝落，嚴(yán)重時(shí)輥身碎片爆飛可達(dá)數(shù)米之遠(yuǎn)，不僅造成軋輥直接報(bào)廢，同時(shí)存在飛片傷人的安全隱患。

2 、軋輥爆輥原因分析

（1）受力情況分析。

冷軋機(jī)組的軋輥在軋制過(guò)程中主要承受的應(yīng)力有彎曲應(yīng)力、疲勞應(yīng)力及熱沖擊疲勞應(yīng)力等。

①?gòu)澢鷳?yīng)力?？赡媸搅?HC 軋機(jī)軋制時(shí)，正彎輥力 ：最大300KN，負(fù)彎輥力 ：最大200KN，最大軋制力10MN，軋制速度為0m/s~10m/s，抽輥距離為200mm。由于工作輥、中間輥以及支撐輥緊緊壓靠在一起，軋制壓力沿軋件均勻分布，軋輥所受軋制力均勻分布，在安全軋制負(fù)荷內(nèi)不是造成軋輥剝落的主要原因。但是，如果中間輥抽輥量過(guò)大，或時(shí)帶負(fù)荷過(guò)大抽輥時(shí)，中間輥頭與工作輥及支撐輥接觸區(qū)會(huì)產(chǎn)生局部彎曲應(yīng)力集中，同時(shí)乳化液的邊緣效應(yīng)也會(huì)在此區(qū)域出現(xiàn)金屬渣、雜粉類(lèi)的堆積，形成應(yīng)力集中加劇，導(dǎo)致局部產(chǎn)生裂紋，隨著軋鋼量的增加，造成軋輥裂紋和表面爆裂，其裂紋擴(kuò)展多發(fā)生在支撐輥輥肩脫落、中間輥輥頭爆裂和脫落。

②疲勞應(yīng)力。軋輥在軋制過(guò)程中，每轉(zhuǎn)一周，在應(yīng)力高度集中的輥身中部受到拉應(yīng)力和壓應(yīng)力作用，它們不斷的反復(fù)循環(huán)變化，輥身應(yīng)力集中的地方就產(chǎn)生較大的疲勞應(yīng)力。經(jīng)過(guò)一定的循環(huán)之后，在夾雜物的尖角處產(chǎn)生裂紋，并沿夾雜物和應(yīng)力的方向擴(kuò)展，可導(dǎo)致軋輥表層剝落，是造成冷軋爆裂的影響因素。

③熱沖擊疲勞應(yīng)力。在軋制過(guò)程中，軋輥?zhàn)冃螀^(qū)和冷卻區(qū)不斷交替變化，即軋輥在承受不斷進(jìn)行加熱和冷卻，在這種作業(yè)環(huán)境下，軋輥在冷卻區(qū)和變形受熱區(qū)受到長(zhǎng)時(shí)間的交替熱應(yīng)力，容易在軋輥表層出現(xiàn)初始微裂紋，這種微裂紋會(huì)不斷加劇，是造成軋輥表面剝落的因素。

（2）實(shí)際工藝工況情況。

①冷卻不足。事故軋輥的溫度高，且溫度不均勻，局部達(dá)到300℃，檢查發(fā)現(xiàn)軋機(jī)的乳化液噴嘴均噴射流量、噴射壓力不均勻，不少?lài)娮齑嬖诓煌潭鹊亩氯F(xiàn)象。因?yàn)檐垯C(jī)乳化液對(duì)軋輥的冷軋不均勻、不充分，會(huì)造成軋制時(shí)軋材變形的熱量無(wú)法完全釋放，使軋輥溫度升高，產(chǎn)生軸向的開(kāi)口裂紋。另外，軋機(jī)乳化液的溫度過(guò)低、濃度過(guò)低，以及乳化液的清潔度不達(dá)標(biāo)也是軋輥產(chǎn)生裂紋的影響因素。

②工藝性打滑。在軋輥發(fā)生爆輥事故時(shí)，軋機(jī)偶爾出現(xiàn)工藝性打滑現(xiàn)象。由于軋制工藝的不合理，前后張力的失調(diào)，造成工作輥面與軋材之間產(chǎn)生滑動(dòng)現(xiàn)象。工藝打滑造成的劇烈震動(dòng)和摩擦熱會(huì)傳遞到工作輥和中間輥，使得輥面溫度快速增加，從而造成輥面裂紋的產(chǎn)生。

（3）實(shí)際生產(chǎn)情況。

生產(chǎn)事故引起的軋輥受損。軋輥爆裂時(shí)90%伴隨軋制斷帶事故，雖然不能準(zhǔn)確地判斷產(chǎn)品斷帶和軋輥爆輥的前后關(guān)系，但軋制時(shí)軋件的斷帶事故一定會(huì)造成軋輥受傷。斷帶時(shí)軋輥溫度劇變，產(chǎn)生裂紋在所難免，且深度較深，具有局部性，深度和開(kāi)口度較大 ；斷帶時(shí)會(huì)發(fā) 生人口堆鋼、疊軋，由于軋輥高速運(yùn)轉(zhuǎn)的慣性，瞬間的沖擊力和能力聚集足以使軋輥受到嚴(yán)重的破壞。斷帶并發(fā)生粘鋼時(shí)，對(duì)工作輥和中間輥的影響是致命的。粘鋼造成軋輥輥面形成壓痕，會(huì)直接傳遞到所有輥面，如未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和全面更換工作輥、中間輥、支撐輥，經(jīng)過(guò)一定的軋制循環(huán)后，壓痕會(huì)在各個(gè)軋輥間不斷轉(zhuǎn)移、復(fù)印，而壓痕處形成輕微裂紋也會(huì)擴(kuò)展、加劇，最后造成軋輥輥身工作層掉肉、殘層剝落。

（4）軋輥問(wèn)題。

①硬度超標(biāo)。軋輥工作表面的硬度是軋輥的主要質(zhì)量指標(biāo)，硬度指標(biāo)雖然決定軋輥的使用壽命，但如果軋輥?zhàn)陨碛捕炔荒芎凸ぷ鬏仭⒅虚g輥、支撐輥的指標(biāo)配合仍然會(huì)造成軋輥受傷。龍威公司軋機(jī)軋輥硬度匹配為 ：工作硬度90~95HSD，中間輻硬度75~80HSD，支撐硬度60~65HSD，新輥在輥徑配對(duì)、硬度配對(duì)后，使用過(guò)程中軋輥局部出現(xiàn)硬度值的變化會(huì)造成軋輥?zhàn)陨砭植苛鸭y和剝落，同時(shí)該軋輥也會(huì)對(duì)相鄰軋輥的局部爆裂產(chǎn)生誘。

②軋輥的維修磨削。軋輥下線后，其軋輥輥面疲勞層、表面裂紋層由于磨削不徹底會(huì)形成缺陷殘留，當(dāng)有缺陷的軋輥再次上機(jī)使用時(shí)，在周期性疲勞應(yīng)力作用下，微裂紋會(huì)快速顯現(xiàn)并不斷擴(kuò)展，直到一定的臨界深度或過(guò)渡層中，為軋輥表面剝落埋下隱患。

3、 避免軋輥爆裂的改進(jìn)措施

3.1、 保證軋輥的磨削工藝和維修制度

建立嚴(yán)格的軋輥使用周期、軋輥維修磨削等制度保障。根據(jù)軋輥材質(zhì)及性能特點(diǎn)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況和工藝情況建立合理的軋輥維護(hù)制度，保障軋輥上線使用的工藝要求。一般情況下，工作輥、中間輥、支撐輥可參照（表 1）維護(hù)。

為了避免軋輥對(duì)自身缺陷清理不徹底，帶病上機(jī)，對(duì)于受傷的軋輥的維修磨削量可適度提高到0.40mm~0.55mm，并且加強(qiáng)磨削后的探傷檢查，保證軋輥消除內(nèi)應(yīng)力、徹底清除微裂紋。

3.2、 嚴(yán)格對(duì)軋輥進(jìn)行配對(duì)使用

支撐輥的配對(duì)要保證使用周期和表面質(zhì)量，包括對(duì)支撐輥軸承的配對(duì)使用，保證支撐輥的穩(wěn)定運(yùn)行。工作輥和中間輥?zhàn)陨淼钠ヅ?、工作輥和中間軋輥之間的匹配尤為重要，軋輥配對(duì)一定要滿(mǎn)足軋輥直徑、軋輥輥面硬度、軋輥使用周期等指標(biāo)，特別是受傷軋輥、初期軋輥、尾期軋輥的配對(duì)使用。

3.3 、保證乳化液工藝運(yùn)行

兼顧軋機(jī)乳化液的冷卻功能和潤(rùn)滑功能，由于環(huán)保要求，全周期、免排放的乳化液制度逐漸推廣，乳化液的使用周期被大大加長(zhǎng)，要保證乳化液的清潔度，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)乳化液的濃度、清潔度等理化指標(biāo)。確保乳化液對(duì)軋機(jī)、軋輥的清潔、潤(rùn)滑、冷軋等作用的實(shí)現(xiàn)，避免軋機(jī)AGC液壓油、油氣潤(rùn)滑油、檢修用油對(duì)乳化液的污染。

3.4 、落實(shí)換輥制度

根據(jù)軋制產(chǎn)品的材質(zhì)、厚度不同，實(shí)施的軋制工藝不同，制定對(duì)應(yīng)的換輥制度，一般情況下參照（表 2）執(zhí)行

3.5、 堅(jiān)持軋輥預(yù)熱制度

換輥后，保證軋輥預(yù)熱時(shí)間、預(yù)熱溫度、預(yù)熱壓力。軋制前給予充足的熱輥時(shí)間，一般為30MIN~40MIN，保證一定的熱輥壓力，一般為4MN~5MN，滿(mǎn)足一定的熱輥溫度，乳化液的溫度要求一般為 ：夏季，45℃~50℃ ；冬季，50℃~55℃。

3.6、 優(yōu)化軋制工藝

單機(jī)架軋機(jī)軋制的產(chǎn)品越來(lái)越薄，而且同一規(guī)格生產(chǎn)批量較小，甚至按卷為批量組織生產(chǎn)，造成前后產(chǎn)品的用途和質(zhì)量差異較大，軋鋼工藝需要及時(shí)調(diào)整。針對(duì)下工序和最終用戶(hù)的質(zhì)量要求組織生產(chǎn)，根據(jù)用戶(hù)對(duì)板形、對(duì)尺寸、對(duì)力學(xué)性能、對(duì)化學(xué)成分等要求的側(cè)重點(diǎn)不同，通過(guò)高速軋制、大壓下軋制、大張力軋制等軋制工藝的優(yōu)化調(diào)整。

3.7、 建立縱橫結(jié)合的聯(lián)動(dòng)機(jī)制

軋鋼工序要對(duì)上游的原料變化進(jìn)行及時(shí)響應(yīng)，對(duì)下工序的技術(shù)要求需及時(shí)傳遞 ；對(duì)軋輥使用情況和在線指標(biāo)信息要和軋輥維修車(chē)間實(shí)時(shí)共享，對(duì)運(yùn)營(yíng)維修、事故處理要和檢修車(chē)間互通，通過(guò)縱橫聯(lián)動(dòng)機(jī)制保障軋機(jī)的高效順行。

來(lái)源： 《世界有色金屬》 2020年第12期

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