1750mm 熱連軋支承輥斷輥失效原因淺析

侯新華 ,韓明高 ,魏華

（1.新疆八一鋼鐵股份有限公司；2.中鋼集團邢臺機械軋輥有限公司技術中心）

1 概況

熱連軋機軋制速度高，各機架軋輥均承受著較大的機械應力、摩擦應力、熱應力以及沖擊負荷，往往由于軋輥不適應這種繁重的工作條件而發生各種損壞。通過正確地分析軋輥損壞的原因，是有效地選擇軋輥材質和防范措施的前提[1]。由于支承輥主要承受軋制負荷，因此，支承輥既要有較高的韌性，還要具有綜合性能優良的冶金質量。

八鋼1750mm為半連續式熱連軋生產線，主要工藝布局為1+6布置，即帶立輥四輥可逆式粗軋機1架（E1/R1）、6機架精軋機組(F1～F6)，整條軋線結構緊湊，粗軋機將220mm厚板坯軋成30～50mm的中間帶坯送精軋，精軋機組F1～F3軋機最大軋制力42000kN，精軋機組具有彎、竄輥功能。八鋼1750mm熱軋精軋機組F3機架下支承輥在使用過程中，因操作側輥頸斷裂事故，損失達246萬元，處理事故時間長達5小時，損失較大。為此對熱軋支承輥斷輥進行失效分析，查找原因并采取措施。

2 失效原因分析

該支承輥為進口軋輥，材質為Cr3合金鍛鋼，入廠軋輥直徑為 Φ1500mm，失效時直徑為Φ1499.744mm，為第二次上機使用。在軋制鋼種Q235B（卷號20915222010，規格2.73mm×1500 mm）過程中，軋制到300m時，F3傳動側起浪，經過調整但無效，F3、F4軋機跳停，檢查軋機時發現F3下支承輥操作側沿輥頸根部斷裂。

2.1 軋制過程分析

精軋軋制力曲線記錄分析如圖1，從軋制曲線可以看出，F3的最大軋制力為31648kN，沒有超過最大限定軋制力（42000kN），同時也低于F1和F2機架的軋制力。

圖1 精軋F1-F6軋制力曲線

F3機架兩側軋制力如圖2，偏差小于1550 kN，未超過軋制力偏差上限。

圖2 F3機架兩側軋制力

以上分析看出，帶鋼在F3機架軋制前期過程平穩，在軋制后期突然失穩，軋制力消失，說明此時支承輥輥頸發生瞬時斷裂。

L2級對軋線帶鋼溫度、轉矩和電流記錄如圖3。

圖3 帶鋼溫度、力矩、電流實績

該塊鋼的粗軋（RM）中間坯溫度約在1060℃，在設定目標值1050℃要求的范圍內，終軋溫度最高為889℃，轉矩最大為719kN/m，額定最大轉矩為833 kN/m，未超限。電流最大為1203A正常，均未超過設計上限，輥溫在28～30℃，符合支承輥使用溫度范圍。

2.2 斷輥軋輥檢查分析

對斷輥支承輥輥系操作側、傳動側軸承座拆卸檢查，發現軸承座油膜軸承完好，雙列止推軸承完好，油脂充足，沒有燒軸承、卡阻問題，輥系正常。

2.2.1 宏觀斷口形貌分析

現場觀察發現，斷面上多處為撕裂，比較明顯的分為兩個區域，在兩個區域內存在多處裂紋擴展源如圖4，應與裂紋起始有關，并以其為中心向外擴展，有程度不一的撕裂痕，脆性斷裂特征明顯，在支承輥輥頸薄弱處發生斷裂。

2.2.2 軋輥材質檢測

在圖4標記部位取樣采用化學法進行成分檢測，結果為：C 0.88%、S 0.006%、Cr 2.5%，確認材質為高碳低合金工具鋼。

2.2.3 金相檢測及顯微硬度檢測

金相檢測結果見圖5～圖8。

圖5 金相檢測1

圖6 金相檢測2

（1）硫化物1.5級（圖5金相檢測1）。

（2）組織不均勻（圖6金相檢測2），部分區域明顯組織粗大，粗大部分為珠光體（圖7金相檢測3），碳化物少，較細部分為索氏體，基體上分布著大量的顆粒狀碳化物（圖8金相檢測4），對比可以看出，珠光體組織部分基本沒有顆粒狀碳化物存在。

（3）對兩種組織采用100g沖擊頭進行顯微硬度檢測，珠光體為HV292.0、301.5，索氏體部分為HV299.1、306.4，顯微硬度基本相同。

（4）對試驗采用掃描電鏡進行觀察，試樣上有裂紋存在見（圖9掃描電鏡1），裂紋上有明顯夾渣，對裂紋處夾渣進行能譜檢測見（圖9掃描電鏡2、能譜檢測1、能譜檢測2），結果顯示夾渣的主要成分為氧化鈣。

觀察發現，裂紋兩側存在明顯的碳化物較多區域，對圖9（掃描電鏡1）中箭頭所指部位，約放大照片見圖10（掃描電鏡3），其余部位無明顯的碳化物（掃描電鏡4）。兩種組織進行能譜檢測碳含量存在較大差別。基體能譜檢測3對應掃描電鏡3，基體能譜檢測4對應掃描電鏡4，碳化物較多的區域碳含量遠遠高于碳化物少的區域。

通過對軋制過程和斷口分析，導致軋輥斷裂的主要原因在軋輥本身，軋制過程中雖然存在一定的參數波動，但不是導致軋輥斷裂的原因。

（1）軋輥材質中含有較高的碳元素，一方面可能存在嚴重的偏析，另一方面不排除材質本身不合理。

（2）組織檢測可以看出存在明顯的組織不均勻，導致組織不均勻的原因是成分不均勻。

（3）電鏡檢測存在明顯夾渣而且夾渣位于裂紋上，可見軋輥的冶金質量較差。從電鏡檢測存在明顯的碳化物較多區域也可以看出，碳化物較多區域沿裂紋分布，可以判斷應該是裂紋產生的主要原因。

3 建議及措施

3.1 支承輥的材質選擇

該支承輥材質檢測顯示為高碳低合金工具鋼，含碳量較高，在20世紀70、80年代應用較多，軋輥的冶金質量較差，不建議再使用。建議使用20世紀80年代開發出的低碳高合金熱作模具鋼，其具有高的抗疲勞性能和強韌性，滿足熱連軋板帶生產的要求。

3.2 支承輥的維護

（1）支承輥入廠檢測項目中增加軸向超聲波檢測，檢測不合格不得上機使用。

（2）對下機支承輥每減少10mm增加一次軸向超聲波檢測，檢測不合格不得上機使用。

（3）遇到生產和設備出現異常情況必須進行軸向超聲波檢測，檢測不合格不得上機使用。

3.3 支承輥在機的檢測

在軋制時發生堆鋼事故、工作輥剝落、軋制力傾斜超標以及鎖緊板螺栓切斷等事故時，應立即在機檢查支承輥，及時通知磨輥間做好支承輥下機后的探傷檢測工作，避免在機發生支承輥斷輥事故。

[1]黃慶學，申光憲，梁愛生，陳占福.軋機軸承與軋輥壽命研究及應用.北京:冶金工業出版社，2003