冶金轧辊的缺陷、损伤与失效 第2版

《冶金轧辊的缺陷、损伤与失效 第2版》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、冶金轧辊的缺陷、损伤与失效冶金轧辊的缺陷、损伤与失效[摘要]本讲座从冶金轧辊一般的制造工艺过程入手，分析了冶金轧辊制造质量与轧辊各类典型缺陷形成机理的关系，并从轧辊残余应力和使用应力的角度，通过对若干轧辊失效案例的分析和讨论，介绍了冶金轧辊的失效的分类、断口特征、相应的检测技术和为防范失效事故的使用改进建议。[关键词]残余应力疲劳断裂无损检测表面波1冶金轧辊制造工艺过程简介考虑到机械加工等冷工艺对轧辊材料的力学性能和各种低倍及高倍缺陷的影响基本可忽略不计，我们在这里所讨论的冶金轧辊的制造工艺过程是指诸如冶炼、铸造、锻造以及热处理一类的热加工工艺。通过对各种轧辊制造的热工艺的了

2、解，对熟悉轧辊原始冶金质量与各自所特有的缺陷之间的关系，将是很有意义的。1.1静态铸造轧辊的热加工工艺过程1.1.1单一材质静态铸造轧辊的热加工过程冒口皮单一材质的铸钢及铸铁轧辊的铸造通下缩孔常是采用静态下注法铸造的，参见图片1-1冒口所示。从浇斗中铸入的铁(钢)水经浇铸管－箱切向浇口进入铸型型腔，并形成旋转的金属辊身浇中心铸流，在型腔中上升。铁(钢)水升至型腔辊身缩松管部位时，遇到金属型(冷型)的激冷冷却作用，金热切向属浇口型节形成凝固激冷层和随后向中心发达生长的柱状晶组织，凝固后的这两部分组织细密，底座箱具有良好的力学性能和耐磨性，形成辊身的工作层。由于快速激冷凝固，因而

3、轧辊辊身图1-1.下注法静态浇铸单的工作层内很少产生低倍缺陷(例如气孔、缩一材质铸铁、铸钢辊示意。松、裂纹、夹砂和夹杂物等)。另外，由于铸造轧辊凝固冷却的固有特点，其心部将形成较粗大的等轴晶粒区，在进行超声波径向检测时，若采用频率较高的探头，将出现明显的草状波－晶粒反射。由于粗大1冶金轧辊的缺陷、损伤与失效的晶粒引起材料的强度和塑性下降，因此这也是一种缺陷。这种铸造方式所产生的主要铸造缺陷是心部的缩松、疏松。在辊身和辊颈长/径比较大时，由于凝固收缩量大和补缩困难等因素，图1-1中所示的热节区缩松、疏松缺陷会较明显。在极端的情况下，甚至可能在辊身心部形成收缩裂纹-蘑菇形开裂的问

4、题，参见后面的3.2.1和3.2.2节。上述收缩形成的低倍缺陷，在铸钢辊中比较明显；在铸铁辊(包括无限冷硬铸铁辊、各种球铁辊)中相对轻一些。静态铸钢辊和铸铁辊在凝固冷却后开箱(对于半钢一类材质轧辊通常采用热开箱方式)，经初检合格后进入粗加工工序。粗加-撞掉冒口后的半成品进入热处理工序。铸铁辊通常进行中低温除应力退火，部分合金球铁辊可采用高温奥氏体化-喷雾淬火(或油淬)-回火处理；铸钢辊通常进行正火-回火处理或高温奥氏体化-喷淬(或油淬)-回火处理。经过热处理的铸铁(钢)辊在取样作力学性能检测及无损检测合格后进入精加工工序，直至制成成品辊。一般来说，热处理将提高铸造轧辊的力学性

5、能，另外对轧辊心部的粗大晶粒有有限的细化作用，而对于上述轧辊的低倍铸造缺陷则无法改善。如果热处理的工艺不当还可能造成这些缺陷的扩展甚至直接引起轧辊的断裂。1.1.2冲洗法复合铸造轧辊的铸造过程部分因规格过大而超出离心铸造机械工作能力的复合辊(例如复合铸钢支承辊、宽厚板复合铸铁工作辊等)的生产可采用冲洗法工艺来铸造。其工艺步骤概况如下：a.首先采用下注法向轧辊铸型型腔内铸入辊身外层材质所需成分的钢(铁)水，在钢(铁)水液面上升到规定高度后，降低浇速并以小浇速持续铸入至规定的时间。b.型腔中的钢(铁)水在冷型的激冷冷却作用下凝固至一定厚度，然后换用心部成分的另一包钢(铁)水，以大

6、浇速铸入浇铸管。铸入的心部钢(铁)水将型腔内心部未凝固的外层钢(铁)水冲出铸型，并经由流出口流入盛钢包内。c.待盛钢包内冲出的钢(铁)水达到工艺规定的数量后，堵上流出口并继2冶金轧辊的缺陷、损伤与失效续铸入钢(铁)水，直至型腔冒口部位，浇铸完毕。冲洗法浇铸复合铸钢支承辊的过程见示意图片1-2。A凝固的外层钢包B电加热装置图:灰铸铁铸型:辊身外层钢水:冲芯钢水:砂型例:凝固的外层:凝固的辊芯:部分熔混的辊身及辊芯钢水图1-2.冲洗法复合铸钢支承辊铸造过程示意图可以想见，冲洗法复合辊的结合层部位实际上属于两种不同成分钢(铁)水相互熔混的状态，其范围可达几十毫米，它不像通常离心复合

7、辊那样有一个比较分明的界限；在复合浇铸过程中也不加入为保持外层内表面不氧化和帮助内外层熔合的玻璃渣(Flux)，因此，它不存在结合层夹渣而结合不良的情况，故毋需采用超声波探伤(UT)来检查复合3冶金轧辊的缺陷、损伤与失效质量；此外，理论上也无法使用超声波来进行辊身外层的测厚。在某些情况下可以对冲洗法复合铸钢支承辊进行外层的超声测厚。此种情况下，在进行超声波检测时，因为在结合层部位由于两种钢水的碳-氧不平衡，从而发生氧化-还原反应并在该部位析出CO气泡而产生气泡的回波信号，而气泡的位置基本指示了该处的外层