某工廠發生爆輥時兩輥的軋制公裡數僅為20km, 遠遠低於理論換輥周期120km。此次下工作輥爆輥最深處達到33mm, 同時斷裂邊緣處有大面積粘輥現象, 初步推斷為起源於表面裂紋的剝落, 在軋制過程中裂紋向淬硬層與基體結合部位擴散, 最後裂紋失穩導致發生大面積剝落, 見圖1。
圖1 軋輥表面剝落形貌
軋輥的失效主要是剝落, 但是剝落不是突然發生的, 首先要尋找微裂紋的起源, 一種是起源於表面裂紋的剝落, 另一種是起源於內部缺陷的剝落。
隨著軋輥製造技術的進步, 起源於內部缺陷的剝落已很少見。而此次爆輥裂紋的起源位置與起源於表面裂紋的剝落現象非常類似。表面裂紋引發剝落主要經歷4個階段, 首先由於軋輥表面或亞表層有裂紋存在, 在交變載荷的作用下, 裂紋向淬硬層的內部延伸至淬硬層與基體結合部位, 隨後沿結合層擴展, 即裂紋亞穩擴展, 最後裂紋失穩擴展而導致大面積脆性剝落, 即爆輥。剝落源點有明顯的裂紋發展痕跡, 呈波浪形狀, 層層疊加, 向與軋輥轉動的相反方向發展, 呈扇形放射狀向周圍擴展, 見圖2。
圖2 裂紋形成及擴展過程
微觀上分析, 裂紋源附近和拇指甲紋路兩側區域的帶狀斷裂面上發生晶間斷裂, 帶狀斷裂面的其他部位及最後斷裂面的斷裂形式為穿晶斷裂。當帶狀裂紋繞軋輥1~2周後, 可能由於徑向殘餘拉應力作用而發生災難性的剝落事故。
由上述分析可知:裂紋的產生是造成軋輥剝落、爆輥的主要原因。因此, 在軋輥的使用、磨削、管理等方面需採取如下措施:
(1) 正確磨削軋輥, 每次磨削後的軋輥必須保證表面的疲勞層完全消除, 同時保證所需表面質量與粗糙度要求;對磨好的軋輥加強檢測, 尤其是裂紋輥的磨削, 必須檢測無裂紋後才可以使用。
(2) 制定合理的換輥制度, 避免軋輥超期使用, 同時保證下機後的軋輥必須放置一定時間, 使軋輥有足夠的時間消除應力。
(3) 採取上機軋輥的確認制度。磨削好的軋輥在裝輥時必須確認質量, 如發現異常, 則退回磨輥間重新進行磨削;裝配好的軋輥在上機前必須確認, 有問題的軋輥不得上機使用。
(4) 操作人員應選擇合適的軋制力、張力和壓下量, 使整個軋鋼過程穩定, 避免軋制事故的發生。
(5) 由專人管理軋輥, 並建立軋輥臺帳, 對有問題的軋輥持續跟蹤。
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