1750mm 热连轧支承辊断辊失效原因浅析

侯新华 ,韩明高 ,魏华

（1.新疆八一钢铁股份有限公司；2.中钢集团邢台机械轧辊有限公司技术中心）

1 概况

热连轧机轧制速度高，各机架轧辊均承受着较大的机械应力、摩擦应力、热应力以及冲击负荷，往往由于轧辊不适应这种繁重的工作条件而发生各种损坏。通过正确地分析轧辊损坏的原因，是有效地选择轧辊材质和防范措施的前提[1]。由于支承辊主要承受轧制负荷，因此，支承辊既要有较高的韧性，还要具有综合性能优良的冶金质量。

八钢1750mm为半连续式热连轧生产线，主要工艺布局为1+6布置，即带立辊四辊可逆式粗轧机1架（E1/R1）、6机架精轧机组(F1～F6)，整条轧线结构紧凑，粗轧机将220mm厚板坯轧成30～50mm的中间带坯送精轧，精轧机组F1～F3轧机最大轧制力42000kN，精轧机组具有弯、窜辊功能。八钢1750mm热轧精轧机组F3机架下支承辊在使用过程中，因操作侧辊颈断裂事故，损失达246万元，处理事故时间长达5小时，损失较大。为此对热轧支承辊断辊进行失效分析，查找原因并采取措施。

2 失效原因分析

该支承辊为进口轧辊，材质为Cr3合金锻钢，入厂轧辊直径为 Φ1500mm，失效时直径为Φ1499.744mm，为第二次上机使用。在轧制钢种Q235B（卷号20915222010，规格2.73mm×1500 mm）过程中，轧制到300m时，F3传动侧起浪，经过调整但无效，F3、F4轧机跳停，检查轧机时发现F3下支承辊操作侧沿辊颈根部断裂。

2.1 轧制过程分析

精轧轧制力曲线记录分析如图1，从轧制曲线可以看出，F3的最大轧制力为31648kN，没有超过最大限定轧制力（42000kN），同时也低于F1和F2机架的轧制力。

图1 精轧F1-F6轧制力曲线

F3机架两侧轧制力如图2，偏差小于1550 kN，未超过轧制力偏差上限。

图2 F3机架两侧轧制力

以上分析看出，带钢在F3机架轧制前期过程平稳，在轧制后期突然失稳，轧制力消失，说明此时支承辊辊颈发生瞬时断裂。

L2级对轧线带钢温度、转矩和电流记录如图3。

图3 带钢温度、力矩、电流实绩

该块钢的粗轧（RM）中间坯温度约在1060℃，在设定目标值1050℃要求的范围内，终轧温度最高为889℃，转矩最大为719kN/m，额定最大转矩为833 kN/m，未超限。电流最大为1203A正常，均未超过设计上限，辊温在28～30℃，符合支承辊使用温度范围。

2.2 断辊轧辊检查分析

对断辊支承辊辊系操作侧、传动侧轴承座拆卸检查，发现轴承座油膜轴承完好，双列止推轴承完好，油脂充足，没有烧轴承、卡阻问题，辊系正常。

2.2.1 宏观断口形貌分析

现场观察发现，断面上多处为撕裂，比较明显的分为两个区域，在两个区域内存在多处裂纹扩展源如图4，应与裂纹起始有关，并以其为中心向外扩展，有程度不一的撕裂痕，脆性断裂特征明显，在支承辊辊颈薄弱处发生断裂。

2.2.2 轧辊材质检测

在图4标记部位取样采用化学法进行成分检测，结果为：C 0.88%、S 0.006%、Cr 2.5%，确认材质为高碳低合金工具钢。

2.2.3 金相检测及显微硬度检测

金相检测结果见图5～图8。

图5 金相检测1

图6 金相检测2

（1）硫化物1.5级（图5金相检测1）。

（2）组织不均匀（图6金相检测2），部分区域明显组织粗大，粗大部分为珠光体（图7金相检测3），碳化物少，较细部分为索氏体，基体上分布着大量的颗粒状碳化物（图8金相检测4），对比可以看出，珠光体组织部分基本没有颗粒状碳化物存在。

（3）对两种组织采用100g冲击头进行显微硬度检测，珠光体为HV292.0、301.5，索氏体部分为HV299.1、306.4，显微硬度基本相同。

（4）对试验采用扫描电镜进行观察，试样上有裂纹存在见（图9扫描电镜1），裂纹上有明显夹渣，对裂纹处夹渣进行能谱检测见（图9扫描电镜2、能谱检测1、能谱检测2），结果显示夹渣的主要成分为氧化钙。

观察发现，裂纹两侧存在明显的碳化物较多区域，对图9（扫描电镜1）中箭头所指部位，约放大照片见图10（扫描电镜3），其余部位无明显的碳化物（扫描电镜4）。两种组织进行能谱检测碳含量存在较大差别。基体能谱检测3对应扫描电镜3，基体能谱检测4对应扫描电镜4，碳化物较多的区域碳含量远远高于碳化物少的区域。

通过对轧制过程和断口分析，导致轧辊断裂的主要原因在轧辊本身，轧制过程中虽然存在一定的参数波动，但不是导致轧辊断裂的原因。

（1）轧辊材质中含有较高的碳元素，一方面可能存在严重的偏析，另一方面不排除材质本身不合理。

（2）组织检测可以看出存在明显的组织不均匀，导致组织不均匀的原因是成分不均匀。

（3）电镜检测存在明显夹渣而且夹渣位于裂纹上，可见轧辊的冶金质量较差。从电镜检测存在明显的碳化物较多区域也可以看出，碳化物较多区域沿裂纹分布，可以判断应该是裂纹产生的主要原因。

3 建议及措施

3.1 支承辊的材质选择

该支承辊材质检测显示为高碳低合金工具钢，含碳量较高，在20世纪70、80年代应用较多，轧辊的冶金质量较差，不建议再使用。建议使用20世纪80年代开发出的低碳高合金热作模具钢，其具有高的抗疲劳性能和强韧性，满足热连轧板带生产的要求。

3.2 支承辊的维护

（1）支承辊入厂检测项目中增加轴向超声波检测，检测不合格不得上机使用。

（2）对下机支承辊每减少10mm增加一次轴向超声波检测，检测不合格不得上机使用。

（3）遇到生产和设备出现异常情况必须进行轴向超声波检测，检测不合格不得上机使用。

3.3 支承辊在机的检测

在轧制时发生堆钢事故、工作辊剥落、轧制力倾斜超标以及锁紧板螺栓切断等事故时，应立即在机检查支承辊，及时通知磨辊间做好支承辊下机后的探伤检测工作，避免在机发生支承辊断辊事故。

[1]黄庆学，申光宪，梁爱生，陈占福.轧机轴承与轧辊寿命研究及应用.北京:冶金工业出版社，2003