高速线材生产线碳化钨环碎裂的原因分析与防治

2020-12-20石宇

中国金属通报 2020年4期

石宇

（河钢集团邯钢大型轧钢厂，河北邯郸 056000）

碳化钨是一种由钨和碳组成的硬质复合金属材料，它具有强度高、硬度好、耐磨性好、热传导性能好、高温耐腐蚀性好的诸多优点。因此，以碳化钨为基体材料的碳化钨辊环也被经常应用于具有高精度要求的大型高速线材生产线当中，为高品质线材产品的生产加工提供了保障。

高速线材精轧机轧辊的工作环境是十分恶劣的，在快节奏的线材轧制生产中，辊环表面会受到高频交变应力、高荷载冲击以及腐蚀作用的持续影响，容易出现辊环磨损甚至是碎裂的情况。辊环是精轧机的关键部件，损坏后不仅影响生产而且换件价格昂贵，不利于生产成本的控制。如何延长碳化钨辊环的使用周期，减少辊环的非正常消耗也是高速线材精轧机组设备维保的攻关重点。本文对高线精轧机组碳化钨环碎裂的原因与防治措施进行了探讨。

1 碳化钨辊环损坏失效的几种情况

（1）沙眼。由于辊环的生产工艺环节把控不严，辊环内部组织结构并未获得良好的致密性，使内部产生沙眼等缺陷，并导致辊环的机械强度受到影响。对于较小的沙眼可在辊环加工时通过消磨处理后消除；而辊环中间部位出现较大沙眼时，则只能对其进行报废处理。

（2）槽底裂纹。轧制生产时有时会出现辊环过早磨损的情况，还未达到设计使用的轧制量辊环就已经失效。通过检查发现该轴环轧槽槽底存在横向或是不规则分布的微裂纹。如果不及时换辊的话，裂纹很可能在轧制力作用下继续扩展，最终导致辊环报废。

（3）爆裂。辊环爆裂主要有环状断裂和径向断裂两种形式。环状爆裂基本沿轧槽槽底呈环状分布；径向断裂时裂纹沿径向呈放射状分布，径向断裂较环状断裂来说更加常见。

（4）碎裂。辊环碎裂是轧制生产时比较常见且比较严重的事故，具有较大的危害性。辊环碎裂不仅会影响生产；而且在高速转动轧机的离心力作用下，爆裂辊环碎片还会溅出打伤其它相邻机架的辊环，损坏锥套和铝帽。

2 辊环损坏失效的原因分析

（1）热应力变化。轧槽表面与热轧件接触时，轧辊表面温度会升高并发生热膨胀，而轧辊内部受升温影响较小，热膨胀也较小。如此，则会对轧辊表面金属产生拉应力；当高温辊面被冷水降温后，表层金属又会出现比较显著的收缩，又会使辊面金属受到压应力作用。在如此反复冷热交替下，轧辊表层金属会出现热疲劳裂纹，并造成辊环槽底裂纹。

（2）冷却水压力不足，冷却效果不好。冷却水是减少辊环温升，减少表面金属热膨胀的关键。当辊环与热轧件接触时，其表层金属温度可达到600℃，如果冷却水压力不足，冷却水便很难冲破蒸汽膜到达受热表面，难以有效降低辊环温度，无法阻止其剧烈的热膨胀。生产实践表明，冷却水压力小于0.5MPa时，即使水量充足冷却效果也不理想。

（3）水质的影响。酸性水质对碳化钨辊环具有一定的腐蚀作用。当水的PH值小于7时，作为碳化钨辊环粘结剂的钴合金会出现腐蚀，在热应力和压应力的共同作用下，辊环会出现逐渐扩展的热裂纹，严重影响辊环寿命。所以冷却水的清洁度和酸碱度也是辊环维护中需要注意的。

（4）质量与安装原因。辊环放射状断裂的原因主要与辊环本身质量和安装操作有关。原材料方面，特别是烧结铸造环节与辊环强度有很大关系。安装时，辊环、锥套清洁不够，未严格执行热安装操作等原因，均容易造成轧制过程中辊环的断裂。

3 减少辊环碎裂的几项措施

（1）辊环的冷却。足够的冷却是防止辊环碎裂的重要措施，在冷却水特别要注意对水压的控制。一般高线精轧机组冷却水的压力控制范围在0.4MP～0.6MP，喷水方向应与轧辊旋转方向的径向线保持一定的夹角，该夹角以15°～30°为宜。冷却水应以集中直接喷射至轧槽，不能以雾状或是散射方式喷入。再者要严格控制冷却水的水质，对于纯钴粘结剂的辊环应保证冷却水的PH≥7.2；冷却前必须对冷却水进行沉淀和净化处理，减少水中杂质颗粒的含量。冷却水温度应控制在35℃以下。

（2）辊环的修磨。辊环上出现的细微裂纹必须及时修磨干净，以防止裂纹发展。辊环修磨量可根据轧制量来确定。当轧制生产一定量后，辊环表面粘结剂开始脱落，WC颗粒的暴露会使轧槽表面变得粗糙。此时应及时将辊环下线修磨，以避免过量轧制后轧槽内微裂纹迅速扩展。

（3）辊环的合理装配与使用。尽量选用同一厂家同一牌号的辊环，以避免原材料缺陷；在验收辊环质量时，除了按照图纸检查辊环各部分外形尺寸外，还可根据需要对辊环做超声波探伤、动平衡或内部金相检查等，确认是否有脱碳、合金渗碳等问题。另外，辊环制作完成后，内部还存有一定的畸变应力，应放置一段时间待畸变应力消除后再投入使用。严格控制进入精轧机的坯件尺寸，保证轧件尺寸与轧机轧件标准值偏差不大于1.5%。装配时除了保证接触面的清洁外，还应注意装配的应力和间隙，保证锥套的外径尺寸和同心度，装配间隙不大于0.035mm；保证预轧机、精轧机导卫对正，减少轧件对辊环的冲击。装配时还要注意装辊小车打压压力的控制，避免因为过压而导致轧制过程中辊环断裂。