侯新華

（新疆八一鋼鐵股份有限公司）

1 前言

八鋼1750mm為半連續(xù)式熱連軋生產(chǎn)線，工藝布局為1+6布置，1架帶立輥四輥可逆式粗軋機(jī)1架（E1/R1）、1座熱卷箱、1個(gè)飛剪、6機(jī)架精軋機(jī)組(F1～F6)、整條軋線結(jié)構(gòu)緊湊，在飛剪后至精軋機(jī)前設(shè)有高壓水除鱗箱1座。主要生產(chǎn)鋼種為碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼、汽車大梁鋼、管線鋼等。

在熱軋板帶鋼生產(chǎn)中，軋輥是一個(gè)重要的生產(chǎn)備件。在軋輥失效方式中，斷輥對(duì)生產(chǎn)的影響尤為嚴(yán)重。八鋼1750熱軋機(jī)生產(chǎn)過(guò)程中，發(fā)生過(guò)一起精軋F(tuán)1上、下工作輥輥頸同時(shí)斷裂的失效事故，由于此付軋輥僅上機(jī)使用3次，輥身直徑比較大，直接經(jīng)濟(jì)損失大，同時(shí)由于上、下軋輥扁方斷在傳動(dòng)接軸的套筒中，事故處理造成停機(jī)6.5小時(shí)。因此，對(duì)此付斷輥進(jìn)行失效分析，查找原因并制定對(duì)策措施，以指導(dǎo)軋制操作和軋輥使用。

2 失效工作輥的概況

此付工作輥材質(zhì)為高Cr鑄鐵，兩支軋輥?zhàn)畲笾睆溅?50mm，失效時(shí)直徑分別為φ747.311mm、φ747.211mm，配對(duì)在F1機(jī)架使用，上機(jī)2次，正常使用下機(jī)，磨削正常。第3次上機(jī)軋制396t鋼，發(fā)生輥頸斷裂。

軋輥鑄造工藝為兩次鑄造離心復(fù)合澆注成型，軋輥輥身外層部分為高鉻合金，軋輥輥芯部為球墨鑄鐵，軋輥在使用過(guò)程中，具有較好的耐磨性、抗冷熱疲勞性和綜合機(jī)械性能。事故輥履歷見(jiàn)表1。

表1 事故軋輥情況

檢測(cè)斷裂工作輥輥身溫度為52～56℃，在正常工藝使用溫度范圍內(nèi)。對(duì)上下工作輥軸承座拆卸后檢查，軸承座內(nèi)潤(rùn)滑脂充足，軸承完好，未見(jiàn)卡阻現(xiàn)象。

3 軋輥失效分析

3.1 工作輥斷口宏觀形貌分析

圖1 軋輥工作輥斷口宏觀形貌

從軋輥工作輥斷口宏觀形貌（見(jiàn)圖1），觀察到斷口形貌，未發(fā)現(xiàn)明顯的鑄造缺陷，斷口處也未觀察到舊傷及疲勞海灘紋，為瞬時(shí)斷裂；同時(shí)斷面和軋輥軸線約成45°角，呈螺旋狀（斷口形貌1、2）和斜劈狀（斷口形貌3、4）。這是扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)中，典型的正應(yīng)力作用的結(jié)果，脆性材料常為這種斷口，斷口為正斷斷口[1]，斷口從輥頭扁方處產(chǎn)生扭剪斷裂。

3.2 斷輥軋制過(guò)程分析

3.2.1 斷輥時(shí)軋制情況

斷輥時(shí)軋制鋼卷規(guī)格7.0×1330（mm），鋼種為汽車大梁鋼（B510L），粗軋返回溫度965℃。熱卷箱開(kāi)卷后，帶鋼頭部進(jìn)入F1側(cè)導(dǎo)板內(nèi)，但F1無(wú)法咬鋼，操作判斷帶鋼有卡阻，手動(dòng)往后倒鋼，由于熱卷箱回卷不掉，操作工將熱卷箱前后點(diǎn)動(dòng)試圖回卷，在前后點(diǎn)動(dòng)第四次時(shí)F1突然咬鋼而且聲音異常，隨即快?，F(xiàn)場(chǎng)檢查，發(fā)現(xiàn)F1上、下工作輥扁頭處斷裂。

3.2.2 軋制實(shí)績(jī)分析

查詢斷輥軋制過(guò)程iba記錄見(jiàn)圖2、圖3、圖4。圖2為斷輥前幾塊鋼軋制實(shí)績(jī)，圖3、4斷輥時(shí)軋制實(shí)績(jī)。

圖2 斷輥前幾塊鋼軋制實(shí)績(jī)

圖3 斷輥時(shí)軋制實(shí)績(jī)1

圖4 斷輥時(shí)軋制實(shí)績(jī)2

軋制過(guò)程分析：（1）圖2中Iba記錄中第二條豎線為斷輥位置，從圖中看出前面幾塊鋼軋制力、電流正常；（2）圖3和圖4中Iba記錄中看出，帶鋼在頭部咬入時(shí)，軋制力 24639.42kN，F(xiàn)1的電流達(dá)到49.17%，軋制力建立時(shí)間0.82秒，軋制力和電流正常；但精除磷箱出口到F1側(cè)導(dǎo)板處熱檢檢測(cè)到帶鋼上表面溫度為845.55～836.82℃，鋼溫明顯低于正常軋制溫度930℃；（3）由于此鋼種B510L為含有合金元素Nb的品種鋼，帶鋼溫降較碳素結(jié)構(gòu)鋼溫降大，由于帶鋼頭部在F1側(cè)導(dǎo)板內(nèi)停留53.7秒，溫降快，變形抗力增大；（4）根據(jù)F1工作輥直徑、中間坯厚度及F1輥縫，咬入角得出α=11.39°，由于帶鋼厚度為7mm，以及工作輥為大直徑，咬入角遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)18°，滿足咬入條件。

初步判定：由于帶鋼頭部在F1側(cè)導(dǎo)板內(nèi)卡阻，停留時(shí)間長(zhǎng)造成帶鋼頭部溫度低，是導(dǎo)致斷輥的原因之一。

3.3 軋輥材質(zhì)分析

軋輥芯部化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)以及廠家提供的質(zhì)保成分見(jiàn)表2。

表2 軋輥芯部化學(xué)成分 %

化學(xué)成分檢測(cè)：對(duì)輥頸斷口處，采用電鉆取粉末，檢測(cè)化學(xué)成分，其成分符合芯部要求。

3.4 金相組織檢驗(yàn)

對(duì)軋輥輥頸斷口部位取試樣，做金相組織檢驗(yàn)，檢測(cè)照片見(jiàn)圖5、圖6。

圖5 石墨球化照片 50x

圖6 碳化物、鐵素體數(shù)量

（1）依據(jù)《鑄鐵軋輥》GB/T 1504-2008中檢驗(yàn)和評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，其中，B.4.2石墨球化率評(píng)級(jí)（分為4級(jí)）和B.4.3輥頸碳化物與鐵素體數(shù)量評(píng)級(jí)（分為6級(jí)），試樣判定為石墨球化級(jí)別為3級(jí)（見(jiàn)圖5）。石墨球化率為60%～80%；碳化物，鐵素體數(shù)量為6級(jí)。無(wú)牛眼狀鐵素體，碳化物含量＞10%（見(jiàn)圖6），為第6級(jí)。

（2）從金相組織檢測(cè)上看，依據(jù)《鑄鐵軋輥》GB/T 1504～2008中對(duì)高Cr軋輥的技術(shù)要求，即球墨鑄鐵軋輥及球芯復(fù)合軋輥輥頸金相組織檢驗(yàn)按附錄B規(guī)定執(zhí)行，輥頸球化率應(yīng)不低于3級(jí)，輥頸碳化物及鐵素體量1～5級(jí)為合格。

從分析結(jié)果看，輥頸石墨球化級(jí)別合格，碳化物，鐵素體級(jí)別不合格，碳化物超標(biāo)，此項(xiàng)會(huì)造成球墨鑄鐵的脆性相增加，強(qiáng)度降低，而未見(jiàn)牛眼狀鐵素體（韌性相），造成該輥的脆性大，韌性差，易產(chǎn)生脆性斷裂。

4 分析結(jié)果

分析認(rèn)為，此次發(fā)生F1上下工作輥同時(shí)斷輥失效事故主要原因?yàn)椋海?）帶鋼在F1機(jī)前側(cè)導(dǎo)板內(nèi)卡阻停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，造成帶鋼頭部鋼溫低，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)未確認(rèn)送卷，使帶鋼頭部咬入F1軋機(jī)，是此次斷輥事故的直接原因；（2）本身軋輥缺陷，其碳化物，鐵素體級(jí)別不合格，碳化物超標(biāo)，而且無(wú)牛眼狀鐵素體造成強(qiáng)度偏低，易發(fā)生脆性斷輥。

5 改進(jìn)措施

為預(yù)防精軋工作輥斷輥失效，制定了相關(guān)措施：（1）當(dāng)F1軋機(jī)發(fā)現(xiàn)無(wú)法咬鋼時(shí)，生產(chǎn)班必須快停精軋然后進(jìn)行后續(xù)回卷作業(yè)；（2）生產(chǎn)班在頭部進(jìn)入精除磷箱后產(chǎn)生停留的帶鋼不允許軋制；（3）處理軋機(jī)帶鋼卡鋼等異常作業(yè)時(shí)必須要在現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)的前提下進(jìn)行操作；（4）設(shè)備專業(yè)盡快恢復(fù)熱卷箱到F1之間所有地輥正常，保證帶鋼能夠回卷；（5）要求軋輥供貨廠家嚴(yán)把金相檢測(cè)結(jié)果。入廠對(duì)軋輥質(zhì)保書(shū)中的金相檢測(cè)復(fù)核后方可上機(jī)使用；（6）對(duì)輥頸部位增加超聲波探傷的力度，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)無(wú)底波，禁止使用。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)此次軋輥斷輥失效的分析，實(shí)施改進(jìn)后，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)再未發(fā)生F1工作輥斷輥失效事故，制定的相關(guān)措施對(duì)軋輥在機(jī)安全使用起到指導(dǎo)作用，降低了軋輥損失，提高了產(chǎn)線的作業(yè)率。

[1] 王從曾主編.材料性能學(xué).北京：工業(yè)大學(xué)出版社，2001年6月第一版.

[2] 黃慶學(xué)等著.軋機(jī)軸承與軋輥壽命研究及應(yīng)用.北京：冶金工業(yè)出版社，2003.7.

[3]《鑄鐵軋輥》GB/T1504--2008中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).