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對(duì)軋輥斷裂的原因分析

發(fā)布日期：2013-9-17 信息來源：銀河軸承

上一期給大家講解了軋機(jī)軸承品種的研究和防斷裂方法，這一期銀河公司對(duì)軋輥軸承斷裂原因進(jìn)行分析。
軋輥軸承典型的斷裂形式有兩種：
一、脆性斷裂：
　　此類軋輥斷口形狀較為平整，斷口周圍輥身表面較為齊整; 　　
二、韌性斷裂：
　　此類軋輥斷口形狀多呈"蘑菇頭"狀，斷口附近的輥身均成粉碎狀破碎。
總結(jié)分析：
　　將二者比對(duì)發(fā)現(xiàn)，此次斷輥事故的斷輥形式為韌性斷裂。脆性斷裂和韌性斷裂都是因?yàn)檐堓亼?yīng)力超過芯部強(qiáng)度造成的。其產(chǎn)生原因與軋輥本身殘余應(yīng)力，軋制時(shí)機(jī)械應(yīng)力以及軋輥熱應(yīng)力有關(guān)，特別是當(dāng)輥身的表面和芯部的溫差大時(shí)更容易產(chǎn)生。這種溫差可能由不良的輥冷卻，冷卻中斷或在新的軋制周期開始時(shí)軋輥表面過熱引起。軋輥的這種表面和芯部間的巨大溫差引起較大的熱應(yīng)力，當(dāng)較大的熱應(yīng)力，機(jī)械應(yīng)力以及軋輥的殘余應(yīng)力超過軋輥的芯部強(qiáng)度時(shí)引起斷輥。
　　例如，軋輥表面和芯部間的溫差在70℃時(shí)軋輥會(huì)增加100MPa的縱向熱應(yīng)力，溫差越大，增加的熱應(yīng)力越大。與產(chǎn)生脆性斷口的軋輥相比較，產(chǎn)生韌性斷口的軋輥的芯部材料韌性更好，更不容易出現(xiàn)斷裂。
導(dǎo)致軋輥失效的應(yīng)力共有四種：
　　一、制造過程中的殘余應(yīng)力;
　　二、軋制過程中的機(jī)械應(yīng)力;
　　三、軋制過程中軋輥的組織應(yīng)力;
　　四、軋輥內(nèi)外溫差造成的熱應(yīng)力。
　　如果是因?yàn)橹圃鞖堄鄳?yīng)力過大產(chǎn)生斷裂，斷輥通常發(fā)生在軋輥初始上機(jī)使用的前幾次，且為開軋的前幾塊軋材。此次斷裂的軋輥已經(jīng)上機(jī)軋制了四次，工作層消耗了14mm，因此不應(yīng)是因制造殘余應(yīng)力形成的斷裂。
　　如果是因?yàn)闄C(jī)械應(yīng)力產(chǎn)生的斷裂，需要很大的機(jī)械應(yīng)力。經(jīng)粗略計(jì)算，如此大截面的高鉻鑄鋼軋輥若被機(jī)械應(yīng)力拉斷，則需要100MN以上的拉力，對(duì)于該軋輥工作的軋機(jī)來說這是不可能的。軋輥受力最大的部位是傳動(dòng)端輥頸，如果材料的力學(xué)性能指標(biāo)不足，正常軋制情況下首先損壞的是傳動(dòng)端輥頸。從實(shí)際軋制和斷輥情況來看，不是由于機(jī)械應(yīng)力造成輥身斷裂。
　　對(duì)組織應(yīng)力影響最大的就是外層組織中殘余奧氏體含量。殘余奧氏體在軋制溫度，軋制壓力和水冷的交變作用下，發(fā)生奧氏體向馬氏體或貝氏體的轉(zhuǎn)變，由于奧氏體的比容小，而馬氏體的比容大，因而在組織轉(zhuǎn)變的過程中伴隨著體積的膨脹，會(huì)致使軋輥的工作層產(chǎn)生更大的壓應(yīng)力，芯部產(chǎn)生更大的拉應(yīng)力，芯部應(yīng)力一旦超過材料的強(qiáng)度，必然造成軋輥斷裂。考慮到殘余奧氏體對(duì)組織應(yīng)力的影響及熱帶連軋機(jī)軋輥的工作條件，一般軋輥的殘余奧氏體含量控制在小于5%即可保證安全使用。該斷裂軋輥的外層組織中殘余奧氏體含量小于1%，故組織應(yīng)力可以忽略不計(jì)。
　　軋輥斷裂也可能與溫度不均勻造成的熱應(yīng)力有關(guān)。軋輥在上機(jī)使用過程中，由于與軋材的緊密接觸，軋輥表面溫度迅速上升，而軋輥芯部的溫度上升較慢，這時(shí)軋輥面和軋輥芯部之間的溫差處于最大值，溫差引起的軋輥熱應(yīng)力也處于最大值。如果軋輥的熱應(yīng)力和軋輥的殘余應(yīng)力相疊加，并且超過了軋輥芯部的強(qiáng)度極限時(shí)就可能發(fā)生軋輥斷裂的事故。
　　綜上所述，可以得出斷輥的主要原因是軋制過程中產(chǎn)生較大熱應(yīng)力的結(jié)論，因?yàn)樵撦伒氖问绞禽佇纠瓚?yīng)力斷輥，軋輥外層，芯部組織正常，斷口無鑄造缺陷。
　　針對(duì)上述分析，對(duì)產(chǎn)生斷輥的軋機(jī)進(jìn)行了觀察，發(fā)現(xiàn)冷卻水管中部未見噴水嘴。這會(huì)造成冷卻水不能直接噴到輥面上，從而降低冷卻效果，增加軋輥的熱應(yīng)力。

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