離心復(fù)合高鉻鋼軋輥是一種從20世紀(jì)70年代末到80年代初由歐洲軋輥生產(chǎn)企業(yè)研究開(kāi)發(fā)的一種新型軋輥。采用離心復(fù)合鑄造方法生產(chǎn)高鉻鋼軋輥，其工作層為高鉻鋼，含鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)8%～14%，芯部是高強(qiáng)度灰鐵或球鐵。離心復(fù)合高鉻鋼軋輥具有耐磨性極好，抗熱裂性能好等特點(diǎn)，常用于熱軋帶鋼連軋機(jī)的粗軋工作輥。針對(duì)某廠高鉻鋼軋輥斷輥事故，對(duì)離心復(fù)合高鉻鑄鋼軋輥使用過(guò)程中出現(xiàn)的斷輥問(wèn)題進(jìn)行了分析，并提出了防止方法。
離心復(fù)合高鉻鑄鋼軋輥輥身典型的斷裂形式有兩種，一種為脆性斷裂，此類軋輥斷口形狀較為平整，斷口周圍輥身表面較為齊整；另一種為韌性斷裂，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。
通過(guò)比對(duì)發(fā)現(xiàn)，此次斷輥事故的斷輥形式為韌性斷裂。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(kāi)始時(shí)軋輥表面過(guò)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(guò)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：一是制造過(guò)程中的殘余應(yīng)力，二是軋制過(guò)程中的機(jī)械應(yīng)力，三是軋制過(guò)程中軋輥的組織應(yīng)力，四是軋輥內(nèi)外溫差造成的熱應(yīng)力。
如果是因?yàn)橹圃鞖堄鄳?yīng)力過(guò)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(kāi)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(lái)說(shuō)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(lái)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(guò)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(guò)材料的強(qiáng)度，必然造成軋輥斷裂?？紤]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(guò)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(guò)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，結(jié)合斷輥照片，可以得出斷輥的主要原因是軋制過(guò)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(wú)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(jiàn)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。
防止斷裂應(yīng)該從減小制造殘余應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力、組織應(yīng)力和熱應(yīng)力四方面進(jìn)行。一般情況下大部分制造殘余應(yīng)力會(huì)在熱處理過(guò)程中消除，并且會(huì)隨著軋輥的存放時(shí)間延長(zhǎng)而逐漸消除，因此新軋輥存放一段時(shí)間再使用，能夠降低斷輥風(fēng)險(xiǎn)。避免較大機(jī)械應(yīng)力的方法主要是避免過(guò)冷鋼。降低組織應(yīng)力的方法是通過(guò)熱處理將輥身工作層殘余奧氏體含量控制在小于5%以下。減小熱應(yīng)力的辦法是在軋鋼過(guò)程中對(duì)軋輥進(jìn)行良好的冷卻。（榕霖）
