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        冷軋軋輥失效原因分析及改進(jìn)措施

        2020-06-05 05:13:42供稿羅興壯羅慶革楊劍洪潘禮雙錢學(xué)海
        金屬世界 2020年3期
        關(guān)鍵詞:不銹鋼裂紋質(zhì)量

        供稿|羅興壯,羅慶革,楊劍洪,潘禮雙,錢學(xué)海 /

        內(nèi)容導(dǎo)讀

        柳鋼中金950 mm六輥六機(jī)架不銹鋼窄帶冷連軋軋輥的主要失效形式為爆輥(剝落)、斷裂、裂紋等。本文對(duì)軋輥失效原因進(jìn)行分析,結(jié)果表明軋輥內(nèi)部質(zhì)量缺陷、軋制工藝不合理、軋輥使用管理不當(dāng)?shù)仁菍?dǎo)致軋輥失效的主要原因。通過加強(qiáng)軋輥使用過程無損探傷檢測(cè)、優(yōu)化軋制工藝及加強(qiáng)原料質(zhì)量監(jiān)控、規(guī)范軋輥使用管理等措施的實(shí)施,不銹鋼窄帶冷連軋?jiān)聰鄮视?.59%降低至0.53%,軋輥失效支數(shù)由19支/月降到穩(wěn)定控制在2~5支/月,有效提高了連軋機(jī)組生產(chǎn)效率,降低了生產(chǎn)成本。

        軋輥?zhàn)鳛檐堜撋a(chǎn)中的一種大型工具,性能與質(zhì)量直接決定著軋機(jī)產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量。因此,軋輥的使用與管理在冷連軋生產(chǎn)中至關(guān)重要[1]。柳鋼中金950 mm六輥六機(jī)架冷連軋機(jī)組是國(guó)內(nèi)第四條不銹鋼窄帶冷連軋生產(chǎn)線,是目前國(guó)內(nèi)裝備水平較高的不銹鋼窄帶冷軋機(jī)組之一。自2018年7月投產(chǎn)以來,在使用過程中軋輥頻繁出現(xiàn)爆輥(剝落)、斷輥、裂紋等事故。因此分析軋輥失效原因,采取相應(yīng)的具體措施,提高軋輥使用和管理水平,降低軋輥事故率,對(duì)穩(wěn)定生產(chǎn)和降低生產(chǎn)成本具有重要的意義。

        冷軋輥失效主要形式

        柳鋼中金950 mm六輥六機(jī)架不銹鋼窄帶冷連軋機(jī)軋輥直徑較小,軋輥主要技術(shù)參數(shù)見表1。自投產(chǎn)以來,因軋輥材質(zhì)、使用管理、軋制工藝等因素導(dǎo)致軋輥報(bào)廢事故頻發(fā),其中工作輥因爆輥(剝落)、斷輥、裂紋失效分別為54支、16支、8支,主要為F1~F4工作輥;5支中間輥因爆輥而報(bào)廢;支撐輥因裂紋、斷輥而報(bào)廢各7支。由此可見冷軋軋輥失效的主要形式為爆輥(剝落)、斷輥、裂紋,典型失效宏觀形貌如圖1所示。

        軋輥失效原因分析

        軋輥材質(zhì)及外形設(shè)計(jì)

        對(duì)剝落事故軋輥進(jìn)行取樣分析,軋輥剝落疲勞源、疲勞斷裂區(qū)、瞬時(shí)斷裂區(qū)宏觀形貌及金相制樣位置如圖2所示。試樣機(jī)加工后經(jīng)體積分?jǐn)?shù)為4%的硝酸酒精溶液腐蝕,觀察試樣夾雜物及用掃描電子顯微鏡能譜儀分析,試樣內(nèi)部及裂紋附近發(fā)現(xiàn)顆粒狀A(yù)l2O3夾雜物及TiN析出物,夾雜物最大尺寸74.5 μm,TiN析出物最大尺寸18.3 μm。試樣夾雜物、析出物及內(nèi)部裂紋微觀形貌如圖3所示。從圖3可以看出,軋輥內(nèi)部裂紋處存在Al2O3夾雜物,可能是由于軋輥制造廠家在軋輥輥坯熔煉時(shí)沒有采用電渣重熔工藝導(dǎo)致的。軋輥在上機(jī)使用過程中不斷受到交變拉壓應(yīng)力時(shí),夾雜物與軋輥的基體組織分離導(dǎo)致金屬組織不連續(xù),從而產(chǎn)生內(nèi)部裂紋[1]。隨著裂紋的延伸擴(kuò)展,最終導(dǎo)致爆輥(剝落),甚至斷輥。另外,軋輥外形設(shè)計(jì)和加工存在不當(dāng)之處,在截面尺寸發(fā)生變化的部位過渡圓角設(shè)計(jì)不合理,導(dǎo)致應(yīng)力集中,進(jìn)而發(fā)生斷輥事故[2]。實(shí)際生產(chǎn)過程中,支撐輥出現(xiàn)了因過渡圓角設(shè)計(jì)不合理而在承受較大軋制壓力時(shí)產(chǎn)生斷裂。

        表1 950 mm六輥六機(jī)架冷軋軋輥技術(shù)參數(shù)

        圖1 冷軋輥失效宏觀形貌:(a) 爆輥(剝落);(b) 斷輥;(c) 裂紋

        圖2 軋輥剝落斷口形貌及取樣位置:(a) 斷口形貌;(b) 取樣位置

        軋制工藝及原料質(zhì)量

        冷軋輥在軋制時(shí)受到強(qiáng)大的軋制壓力、彎矩、剪切應(yīng)力等內(nèi)外作用力導(dǎo)致軋輥出現(xiàn)裂紋及工作表面剝落,而且軋件的焊縫、夾雜、邊裂等易導(dǎo)致瞬間高溫,造成軋輥加速磨損、疲勞破壞等[3]。因此軋制工藝及原料質(zhì)量等對(duì)軋輥使用壽命影響顯著。

        (1) 不銹鋼冷加工硬化程度較高,隨著變形量的增加,軋件強(qiáng)度迅速升高,軋制力升高,總壓下量67.5%時(shí),軋件抗拉強(qiáng)度高達(dá)2000 MPa。當(dāng)軋輥局部應(yīng)力疊加超出軋輥材料強(qiáng)度極限時(shí),將引起軋輥塑性變形,進(jìn)而形成裂紋,隨著交變拉壓應(yīng)力的作用,裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致軋輥剝落或斷輥。

        (2) 軋制張力控制波動(dòng)大或打滑導(dǎo)致斷帶,使輥面接觸斷帶,受到局部過載熱沖擊、溫升、滑動(dòng)摩擦的共同作用,使輥面產(chǎn)生不同程度的燒傷,導(dǎo)致軋輥輥面剝落。

        圖3 試樣內(nèi)部裂紋微觀形貌:(a) 夾雜物形貌;(b) 夾雜物能譜分析;(c) TiN析出物;(d) 內(nèi)部裂紋

        (3) 原料寬度方向楔形嚴(yán)重或硬度不均勻,導(dǎo)致連軋過程中軋機(jī)操作側(cè)與傳動(dòng)側(cè)軋制力差或局部過載熱沖擊,使軋制力較大側(cè)的壓力超出軋輥材料強(qiáng)度極限,產(chǎn)生應(yīng)力集中,將軋輥邊部壓碎剝落,或硬度較高位置因過載熱沖擊使軋輥輥面剝落。

        (4) 原料夾雜、邊裂及焊縫質(zhì)量差,導(dǎo)致連軋過程中發(fā)生斷帶,熱沖擊使軋輥輥面粘鋼、裂紋或剝落。

        軋輥使用管理

        冷軋軋輥使用及維護(hù)中,必須重點(diǎn)抓好換輥周期、磨削量、缺陷輥維護(hù)、應(yīng)力恢復(fù)、評(píng)價(jià)機(jī)制等幾個(gè)方面的工作[4]。投產(chǎn)初期,軋輥使用管理粗放,導(dǎo)致軋輥事故率較高,主要原因有:(1)入廠新軋輥、生產(chǎn)事故輥等磨削后未經(jīng)探傷上機(jī)使用;(2)軋輥換輥周期不科學(xué),使用周期過長(zhǎng),軋輥在周期應(yīng)力作用下,因疲勞機(jī)制產(chǎn)生的加工硬化層加深,加重材料的脆性,從而增加了裂紋和剝落的可能性;(3)沒有專業(yè)軋輥拆裝設(shè)備,軋輥拆裝完全靠手工完成,導(dǎo)致軋輥、軸承座、密封圈等磨損,造成軋輥裝配質(zhì)量、精度較差,甚至出現(xiàn)軋輥軸承燒壞卡死,使軋輥扭斷;(4)軋輥備件緊缺,造成下機(jī)軋輥未經(jīng)足夠時(shí)間進(jìn)行應(yīng)力釋放就安排上磨床磨削,并且輥面溫度較高時(shí)磨削會(huì)發(fā)生燒傷及惡化軋輥輥面應(yīng)力狀態(tài),不利于恢復(fù)正常應(yīng)力,嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致在磨床上磨削時(shí)即發(fā)生裂紋或剝落;(5)員工培訓(xùn)不足,導(dǎo)致事故輥磨削、記錄、檢測(cè)及責(zé)任不明確,需制定缺陷輥處理規(guī)范和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),避免缺陷輥上機(jī)使用。

        改進(jìn)措施及效果

        加大軋輥探傷檢查力度

        由于軋輥直徑較小,傳統(tǒng)大型軋輥企業(yè)生產(chǎn)積極性不高,目前在用軋輥均為國(guó)內(nèi)較小軋輥制造廠生產(chǎn),軋輥質(zhì)量波動(dòng)較大。不銹鋼窄帶冷連軋機(jī)投產(chǎn)初期因軋輥質(zhì)量問題導(dǎo)致的剝落、斷輥、裂紋事故較多。為避免質(zhì)量不合格軋輥上機(jī)使用,要求對(duì)每支新輥以及事故輥上機(jī)前進(jìn)行探傷檢查,正常計(jì)劃換輥的軋輥隨機(jī)抽查。運(yùn)用現(xiàn)有超聲波探傷和磁粉探傷相結(jié)合的檢測(cè)方法[5],利用超聲波良好的穿透性和指向性,可以對(duì)軋輥內(nèi)部缺陷進(jìn)行定位、定量和定性,同時(shí)磁粉探傷輔助檢測(cè)軋輥表面質(zhì)量,有條件時(shí)增加磨床渦流探傷,發(fā)現(xiàn)表面、內(nèi)部等存在缺陷的軋輥,拒絕上機(jī)使用,并制定軋輥無損檢測(cè)管理制度。

        加強(qiáng)原料質(zhì)量監(jiān)控

        現(xiàn)階段不銹鋼窄帶上游原料質(zhì)量波動(dòng)大,原料邊裂、夾雜、脫皮等質(zhì)量問題導(dǎo)致冷連軋斷帶頻發(fā),造成軋輥燒輥、粘鋼、裂紋、剝落現(xiàn)象,因此必須加強(qiáng)原料質(zhì)量監(jiān)控。對(duì)存在斷帶風(fēng)險(xiǎn)的帶鋼必須按相應(yīng)措施處置;優(yōu)化軋制工藝,合理分配F1-F6各機(jī)架壓下量,且總壓下率控制在50%~70%之間;將工作輥硬度由90~93HSD降低至86~90HSD;調(diào)控軋機(jī)操作側(cè)與傳動(dòng)側(cè)軋制力差及機(jī)架間張力波動(dòng)范圍,以防板形控制出現(xiàn)單邊浪,防止帶鋼斷帶,造成軋輥粘鋼、裂紋,甚至剝落。

        規(guī)范軋輥使用管理制度

        制定規(guī)范的軋輥管理制度:(1)合理的換輥周期既能充分發(fā)揮軋輥的使用性能又能保證軋制質(zhì)量;(2)為保證下機(jī)軋輥殘余應(yīng)力釋放,恢復(fù)正常應(yīng)力,需保證一定軋輥備件數(shù)量。正常下機(jī)軋輥不能馬上安排磨削,要求工作輥、中間輥、支承輥分別下機(jī)12、24、48 h后才能磨削;(3)增加軋輥拆裝平臺(tái),提高軋輥拆裝質(zhì)量和精度;(4)建立軋輥評(píng)價(jià)機(jī)制。對(duì)軋輥進(jìn)行編號(hào),快速識(shí)別,并做好軋輥檔案管理,跟蹤每支軋輥的使用情況。

        改進(jìn)效果

        通過加強(qiáng)軋輥使用過程無損探傷檢測(cè)、優(yōu)化軋制工藝及加強(qiáng)原料質(zhì)量監(jiān)控、規(guī)范軋輥使用管理,950 mm冷連軋?jiān)聰鄮视勺罡?.59%降低至0.53%,月軋輥失效支數(shù)由最高19支下降到穩(wěn)定控制在2~5支,有效提高連軋機(jī)組生產(chǎn)效率,降低生產(chǎn)成本。

        【霧鎖鋼城】陳躍先 攝

        結(jié)束語

        剝落、斷輥、裂紋作為軋輥失效的主要形式,可以在軋輥使用過程中加強(qiáng)無損探傷檢測(cè)、優(yōu)化軋制工藝及原料質(zhì)量監(jiān)控、規(guī)范軋輥使用管理,避免存在質(zhì)量問題的軋輥非預(yù)期使用,減少生產(chǎn)事故,降低軋輥失效數(shù)量,穩(wěn)定生產(chǎn),降低成產(chǎn)成本。

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