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对轧辊断裂的原因分析
发布日期：2013-9-17 信息来源：银河轴承轧辊轴承典型的断裂形式有两种：
一、脆性断裂：
此类轧辊断口形状较为平整，断口周围辊身表面较为齐整;
二、韧性断裂：
此类轧辊断口形状多呈"蘑菇头"状，断口附近的辊身均成粉碎状破碎。
总结分析：
将二者比对发现，此次断辊事故的断辊形式为韧性断裂。脆性断裂和韧性断裂都是因为轧辊应力超过芯部强度造成的。其产生原因与轧辊本身残余应力，轧制时机械应力以及轧辊热应力有关，特别是当辊身的表面和芯部的温差大时更容易产生。这种温差可能由不良的辊冷却，冷却中断或在新的轧制周期开始时轧辊表面过热引起。轧辊的这种表面和芯部间的巨大温差引起较大的热应力，当较大的热应力，机械应力以及轧辊的残余应力超过轧辊的芯部强度时引起断辊。
例如，轧辊表面和芯部间的温差在70℃时轧辊会增加100MPa的纵向热应力，温差越大，增加的热应力越大。与产生脆性断口的轧辊相比较，产生韧性断口的轧辊的芯部材料韧性更好，更不容易出现断裂。
导致轧辊失效的应力共有四种：
一、制造过程中的残余应力;
二、轧制过程中的机械应力;
三、轧制过程中轧辊的组织应力;
四、轧辊内外温差造成的热应力。
如果是因为制造残余应力过大产生断裂，断辊通常发生在轧辊初始上机使用的前几次，且为开轧的前几块轧材。此次断裂的轧辊已经上机轧制了四次，工作层消耗了14mm，因此不应是因制造残余应力形成的断裂。
如果是因为机械应力产生的断裂，需要很大的机械应力。经粗略计算，如此大截面的高铬铸钢轧辊若被机械应力拉断，则需要100MN以上的拉力，对于该轧辊工作的轧机来说这是不可能的。轧辊受力最大的部位是传动端辊颈，如果材料的力学性能指标不足，正常轧制情况下首先损坏的是传动端辊颈。从实际轧制和断辊情况来看，不是由于机械应力造成辊身断裂。
对组织应力影响最大的就是外层组织中残余奥氏体含量。残余奥氏体在轧制温度，轧制压力和水冷的交变作用下，发生奥氏体向马氏体或贝氏体的转变，由于奥氏体的比容小，而马氏体的比容大，因而在组织转变的过程中伴随着体积的膨胀，会致使轧辊的工作层产生更大的压应力，芯部产生更大的拉应力，芯部应力一旦超过材料的强度，必然造成轧辊断裂。考虑到残余奥氏体对组织应力的影响及热带连轧机轧辊的工作条件，一般轧辊的残余奥氏体含量控制在小于5%即可保证安全使用。该断裂轧辊的外层组织中残余奥氏体含量小于1%，故组织应力可以忽略不计。
轧辊断裂也可能与温度不均匀造成的热应力有关。轧辊在上机使用过程中，由于与轧材的紧密接触，轧辊表面温度迅速上升，而轧辊芯部的温度上升较慢，这时轧辊面和轧辊芯部之间的温差处于最大值，温差引起的轧辊热应力也处于最大值。如果轧辊的热应力和轧辊的残余应力相叠加，并且超过了轧辊芯部的强度极限时就可能发生轧辊断裂的事故。
综上所述，可以得出断辊的主要原因是轧制过程中产生较大热应力的结论，因为该辊的失效形式是辊芯拉应力断辊，轧辊外层，芯部组织正常，断口无铸造缺陷。
针对上述分析，对产生断辊的轧机进行了观察，发现冷却水管中部未见喷水嘴。这会造成冷却水不能直接喷到辊面上，从而降低冷却效果，增加轧辊的热应力。