冷軋輥的失效分析

1、冷軋輻的失效分析材料工程1306封驥2013153冷軋輻的失效分析冷軋輾是冷軋機(jī)的大宗消耗備品，其能否安全運(yùn)行將直接影響著軋機(jī)的生產(chǎn) 率、成材率以及成本控制。由于冷軋輾從材質(zhì)、制造工藝、使用、維護(hù)及失效等 諸方面與熱軋輾有著較大的差異，故對初次進(jìn)行冷軋生產(chǎn)的單位、軋輾管理者及 使用者來說，需要掌握冷軋輾的失效機(jī)理及預(yù)防措施， 通過對冷軋輾失效機(jī)理的 論述及案例的相關(guān)分析，提出降低軋輾消耗的預(yù)防措施。失效：金屬裝備及其構(gòu)件在使用過程中，由于壓力、時間、溫度和環(huán)境介質(zhì) 和操作失誤等因素的作用，喪失其規(guī)定功能的現(xiàn)象。失效分析：對裝備及其構(gòu)件在使用過程中發(fā)生各種形式失效現(xiàn)象的特征及規(guī) 律進(jìn)行分析研究，

2、從中找出產(chǎn)生失效的主要原因及防止失效的措施， 稱為失效分 析。失效分析的一般過程深入裝備失效現(xiàn)場、廣泛收集、調(diào)查失效信息，尋找失效構(gòu)件及相關(guān)實物 證據(jù)。對失效構(gòu)件進(jìn)行全面深入的宏觀分析， 通過種類認(rèn)定推理，初步確定失效 件的失效類型。對失效件及其相關(guān)證物展開必要的微觀分析、理化檢驗，進(jìn)一步查找失效 的原因。通過歸納、演繹、類比、假設(shè)、選擇性推理，建立整個失效過程及其失效 原因之間的聯(lián)系，進(jìn)行綜合性分析。在可能的情況下，對重大的失效事件進(jìn)行模擬試驗，驗證因果分析的正確 性。一、冷軋輻失效機(jī)理冷軋輾特性：目前冷軋廠常用的冷軋輾材質(zhì)有高碳銘鋁系及高碳銘鋁鈾系， 一般生產(chǎn)工藝過程為電渣重熔或鋼包精煉

3、-鑄錠-鍛造-球化退火-粗加 -探傷-調(diào)質(zhì)-精加工-探傷一-工頻感應(yīng)淬火 -低溫回火-精加工成 品。為確保優(yōu)良的使用性能，具表層組織要求為細(xì)針馬氏體、隱針馬氏體+少量殘余奧氏體十粒狀碳化物。冷軋工作輾工作時要承受高的軋制壓力、沖擊載荷、 疲勞及磨損，需要有足夠的強(qiáng)度抵抗大的彎深而均勻的表面硬化層及耐磨層，以獲得良好的耐磨性；三是要有優(yōu)良的表層抗裂性及抗剝落性能。冷軋輾的失效形式：冷軋工作輾工作時處于復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)。受殘余應(yīng)力、 接觸應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力以及因溫度分布不均引起的熱應(yīng)力等的影響，失效形式有早期磨損、粗糙化、略坑、勒痕、裂紋、剝落以及斷裂，但工作層剝落 是冷軋輾的主要失效形式，占

4、到工作輾正常失效的50減上，軋輾剝落往往造成 軋輾徹底報廢。其剝落按斷口可分為疲勞剝落和脆性剝落：按剝落塊形狀分為貝殼狀剝落、帶狀剝落、區(qū)域點狀剝落、熱沖擊剝落：按剝落深淺分為表層剝落及次表層剝落等。裂紋來源：(1)熱裂紋。斷帶、重疊、卡鋼及打滑時，軋輾局部劇烈受熱溫度可高達(dá)相 變點以上直至800C,在輾身以接觸點為中心會產(chǎn)生從外至內(nèi)一定溫差，從而在 不同深度組織有所變化，當(dāng)溫升和組織變化引起的熱膨脹和來自周圍的壓應(yīng)力超 過屈服極限時產(chǎn)生塑變，并伴有殘余壓應(yīng)力釋放和應(yīng)力重新分布，并出現(xiàn)拉應(yīng)力， 隨著拉應(yīng)力的出現(xiàn)就產(chǎn)生微裂紋。(2)磨削裂紋。軋輾修磨時，會因砂輪太硬，鈍化未及時修整，砂輪粒度過

5、大，進(jìn)刀量大，走刀速度快，或冷卻不充分等原因，導(dǎo)致輾面燒傷，出現(xiàn)裂紋， 這些裂紋在軋輾使用前必須全部消除，否則軋制時繼續(xù)擴(kuò)展。(3)殘留裂紋。換磨的軋輾表面裂紋為微裂紋，通常磨削時可全部消除，但 肉眼觀察難以確保完全磨削掉，殘留的微裂紋在隨后的使用過程中將成為疲勞核 心，可用表面腐蝕、磁粉探傷等進(jìn)行判斷。(4)乳化液的影響。主要用來對軋輾進(jìn)行潤滑和降溫，設(shè)計濃度一般為 2%3%隨著使用頻率增加，濃度會有所下降；磁性過濾器和撇污裝置損壞會造 成濃度下降，導(dǎo)致磨擦系數(shù)增大，造成軋輾負(fù)荷加大；乳化液臟引起冷卻性能變差，同時乳化液流量要隨軋制速度提高而增大， 避免軋制時乳化液噴嘴堵塞和噴 射角度變化，

6、使乳化液不能最大限度地噴到軋輾上和進(jìn)入變形區(qū)。潤滑不好，一是加大軋機(jī)負(fù)荷，二是使最大綜合切應(yīng)力移向表層， 三是易使軋輾表面粗糙，降 低疲勞強(qiáng)度，促使表面裂紋生成。(5)咬入挫傷。軋輾咬入時受沖擊，空載時要用平衡裝置避免工作輾緊靠在 下工作輾上產(chǎn)生熱沖擊挫傷軋輾。工作輾與支撐輾接觸應(yīng)力是三向壓應(yīng)力，其切 應(yīng)力最大值離接觸表面深度為0.786b ( b為接觸面寬度1/2)處，但隨表面磨擦 力的增大而移向表層，表面磨擦力和切應(yīng)力迭加，構(gòu)成了接觸磨擦條件下的最大 綜合切應(yīng)力，綜合切應(yīng)力大于剪切強(qiáng)度的部位將產(chǎn)生塑變而形成裂紋。當(dāng)表面磨擦較小時，最大綜合切應(yīng)力不在表層而在次表層， 裂紋也就在次表層產(chǎn)生，導(dǎo)

7、致 次表層剝落；當(dāng)潤滑不良，或軋輾硬度低，表面粗糙、輾面有缺陷，裂紋發(fā)生在 表層，導(dǎo)致表層剝落。輾面剝落及原因：輾面剝落常以輾身表面裂紋為起點， 在接觸應(yīng)力的反復(fù)長 期作用下發(fā)展成疲勞剝落，為確保輾面不發(fā)生接觸疲勞破壞，接觸應(yīng)力應(yīng)小于軋輾材料的硬度所決定的許川值。歸納產(chǎn)生剝落的原因，分為原材料缺陷造成剝 落；熱處理不當(dāng)引起剝落；冷加工不當(dāng)引起剝落；使用不當(dāng)引起的剝落。、案例分析圖I斷口形貌圖2斷口形貌放大1、宏觀斷口分析如圖1,軋輾損傷于輾身一端約1/3處，出現(xiàn)大面積的剝落，從斷口形貌上 看，有明顯的疲勞輝紋，見圖2,這些條紋是疲勞裂紋前沿線間隙擴(kuò)展的痕跡， 每一條條紋是疲勞裂紋在一個給定時間

8、的推進(jìn)位置，由于裂紋擴(kuò)展時受到障礙， 時而擴(kuò)展，時而停止，或由于軋機(jī)開車停車，加速減速，加載卸載導(dǎo)致負(fù)荷周期 性突變而產(chǎn)生的，疲勞擴(kuò)展區(qū)是在交變負(fù)荷作用下裂紋擴(kuò)展的結(jié)果?，F(xiàn)從斷口附近（圖1中新剝落塊處）取樣對該軋輾的材質(zhì)、夾雜及組織進(jìn)行分析。2、化學(xué)成分及硬度測試«1都附軋翻化領(lǐng)分及顛Tablt 1 Chemical rompositioii and hardiwss of Ng*1 colling rollC SiMi1PS Ni Cu Mo HR15T朔 0.32027000900C71,8721100 0JI4 0& W.T6從上表1可以看出：碳為9CrzMo材質(zhì)碳含量

9、的上線，硅含量超 9Cr2Mo材 質(zhì)技術(shù)要求；硬度相對較高3、金相分析圖3 裂紋形貌50X圖4b 夾雜ZOOX圖4血夾雜200X圖5組以砌X試樣拋光后觀察，裂紋形貌如圖3,裂紋尖端較尖、形態(tài)平直，并伴有二次 小裂紋形成，說明是一種穿晶冷裂紋；在裂紋附近發(fā)現(xiàn)有兩種形態(tài)的夾雜，分別 如圖4a、圖4b,裂紋與夾雜呈同向分布，說明夾雜與裂紋的產(chǎn)生存在一定的關(guān) 系。組織如圖5,為細(xì)針狀馬氏體+少量殘余奧氏體+粒狀滲碳體，圖中可見明顯 的夾雜分布于裂紋一側(cè)，裂紋處組織未發(fā)生氧化脫碳現(xiàn)象，這一點充分證實了裂 紋為冷裂紋。4、分析結(jié)果該軋輾為次表層接觸疲勞斷裂。從斷口明顯的疲勞輝紋可以斷定是一種疲勞 斷裂，疲

10、勞斷裂與一次負(fù)荷斷裂不同，它是一種累進(jìn)式斷裂，當(dāng)材料次表面存在 夾雜第二相質(zhì)點時，該處疲勞抗力下降，在循環(huán)應(yīng)力反復(fù)作用下，于此處形成應(yīng) 力集中區(qū)，便引發(fā)疲勞源，并向表面擴(kuò)展形成片狀剝落。從該支軋輾存在的夾雜 與裂紋的位置來推測，疲勞起源與夾雜相關(guān)。三、防止冷軋輻失效的預(yù)防措施正確使用軋輾。合理選擇軋制力、張力衣壓下量，避免打滑、過載、粘鋼、 斷帶等原因造咸軋輾表面裂紋及軋輾工作面燒傷。 帶鋼變形處軋前進(jìn)行矯正，過 焊縫時，軋機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)。從現(xiàn)場軋轉(zhuǎn)的損壞情況來看，因使用異常導(dǎo)致的失效數(shù) 量較多，軋輾管理者和使用者要引起足夠的重視。做好軋輾管理。建立軋輾履厲表，修訂輾身修磨的檢測規(guī)范，制定合理的換

11、 輾周期，建立事故軋輾處理程序。不能在有表面裂紋時繼續(xù)使用，應(yīng)及時換磨， 軋機(jī)操作者要及進(jìn)對軋輾進(jìn)行檢查，出現(xiàn)異常軋制更要引起注意，并作好按規(guī)定 換輾。軋輾在運(yùn)輸及吊運(yùn)時不能碰撞：做好新舊軋輾交替使用，便于軋輾的時效， 使應(yīng)力得到充分釋放。軋輾存放與使用時溫度變化不要太突然。新?lián)Q軋輾上機(jī)啟動時負(fù)荷不要太 大，特別是冬季東北氣溫低，考慮軋輾上機(jī)前進(jìn)行預(yù)熱 ；剛換下的車l輾要放在 放在軋輾臺架上，便于軋輾輾溫度的均勻釋放。軋輾磨削時防止磨削燒傷及產(chǎn)生磨削裂紋。 磨削裂紋通常細(xì)而淺，有時肉眼 不易覺察，但借助磁粉探傷、酸洗極易顯示，要確保不僅要磨掉裂紋層，還要把 所有軟化層徹底磨凈，以保證軋輾表面材料的抗裂能力。 磨削速度不宜過快，進(jìn) 削量不宜過大，冷卻液應(yīng)充分供應(yīng)，以便充分冷卻，防止出現(xiàn)帶狀回火區(qū)