分享：高Cr复合铸钢轧辊辊颈断裂事故的原因分析与管控

本钢板材热轧厂1880线采用薄板坯连铸连轧技术，年设计产量为280万t，2005年试轧投产。和国内同类工艺技术热轧产线一样，整条热轧产线生产连续性强，具有较强的薄规格产品生产能力。

1.   轧制线简介

1.1   轧制线设备概况

1880线设备主要由1座LF钢包精炼炉和一台RH真空炉，2台意大利达涅利公司（DANIELI）的薄板坯连铸机，2条美国布里克蒙公司（BRICMONT）的辊底式加热炉，日本三菱日立公司（MITSUBISHI-HITACHI）的2架粗轧机、1套中间冷却装置、5架精轧机、1条层流冷却线以及2台地下卷取机组成。轧机以连续方式进行带钢轧制，4辊不可逆轧机。轧机性能：1）具有半无头轧制功能；2）F1～F3轧机为动态成对辊交叉（PC）轧机，F4、F5轧机预留PC装置；3）F4～F5轧机具有窜辊功能和负弯辊功能；4）2架荒轧机+5架精轧机（2R+5F）全部配备液压厚度自动控制系统（AGC）；5）荒轧第2架轧机（R2）、F1～F5轧机具有正弯辊功能[1]。

1.2   荒轧区域工艺参数

板坯通过辊底式加热炉，被加热到1050～1150 °C。粗轧机前的高压水除鳞机除去铸坯表面的氧化铁皮，经荒轧第1架轧机（R1）入口的立辊轧机调整到粗轧机入口要求的宽度，并通过4辊粗轧机（R1和R2）将板坯轧制到11～34 mm厚度的中间坯。表1为1880线荒轧机主要工艺技术参数。

1.3   轧辊工艺技术参数

1880线为2+5机架，均为4辊轧机，轧辊是轧制过程中使钢板产生变形的主要工具，主要有工作辊、支撑辊、立辊3类。其中荒轧工作辊材质主要为高Cr复合铸钢，荒轧工作辊换辊周期为≤1万t，即每轧制1万t产品更换。下表为1880线荒轧工作辊性能基本要求：

2.   荒轧工作辊事故描述与调查

轧制过程中，轧辊直接与带钢接触，机架工况较差，轧辊承受高速旋转、冷热应力和重负荷综合作用。2019年2月、8月，荒轧R1机架各发生1起传动侧辊辊颈断裂事故。

2.1   事故描述

1）轧辊在机辊颈断裂事故1

2019?02?14T19:10轧制钢种Q345B，规格为5.75 mm×1500 mm，精轧机架卡钢，R1机架含钢，倒钢处理后，R1转车过程中，发现上工作辊不转，经检查确认，R1上工作辊断裂，如图1所示。

2）轧辊在机辊颈断裂事故2

2019?08?21T00:25轧制钢种Q245B，规格为7.25 mm×1500 mm，R1发现上工作辊不转，经检查确认，R1上工作辊传动侧辊颈断裂，如图2所示。

2.2   轧辊使用过程调查

两起断辊事故发生前，轧辊曾在机发生卡钢事故。对卡钢事故处理前后的运行数据进行查看，均未发现异常。卡钢过程中R1机架只进行了必要的正反转操作，并且卡钢后操作员立即关停轧辊冷却水。经监控调查，处理卡钢过程中荒轧区域有人员监护，卡钢废板表面未发现异物，仅由于在荒除鳞箱内有部分预冲水，导致板坯略微拱起。调查一级检测数据未发现轻压转车过程中出现异常情况，只是在本块钢R1咬钢瞬间工作辊停转，下工作辊正常旋转。一级反馈数据看，R1咬钢轧制力出现突然下降（图3），分析认为断辊发生在R1咬钢瞬间。

2.3   轧辊断口目视检查

两起事故断裂位置基本一致均发生在传动侧辊颈距辊端450~540 mm处，传动侧辊颈及传动侧轴承箱内油脂润滑较好，轴承箱体温度无异常，可基本排除因箱体烧箱造成的辊颈断裂的可能性。轧辊传动侧辊颈断口整齐，符合金属材料脆性断裂的特征。断口目视检查，沿轧辊中心轴向?400 mm圆周位置分布多处蜂窝点状组织凝聚（图4~5虚线内）。

2.4   断口位置的成份和晶相组织检测

对事故1辊颈断口位置进行成份检测，断口位置共选择3个位置进行成份检测，平均Cr质量分数高出要求值0.159%，如表3所示：

对断口进行晶相组织检测，石墨球化度及球化率略差（图6）。

2.5   无损探伤检测情况

第1起事故中，对传动侧辊颈部位分别采用超声波1 MHz和2 MHz直探头进行探伤检测，发现距辊端400 mm周向位置存在底波衰减区域，如图7所示，判定此区域组织粗大聚集，影响超声波形穿透，存在“热节区”问题。

2.6   辊颈断裂事故的原因分析

两起轧辊在机事故，原因均可以认定为轧辊铸造质量缺陷导致，荒轧工作辊辊颈位置主要承载轧辊旋转力矩及轧制力的冲击，辊颈部位采用超声波探伤检测，第2起事故中发现位于距辊端520 mm周向位置存在底波衰减区域，判定此区域组织存在“热节”问题。

“热节”是一种在铸造过程中产生的效应，铸造“热节”，是指铁水在凝固过程中，铸件内比周围金属凝固缓慢的节点或局部区域，也可以说是最后冷却凝固的地方[2]。

由于“热节”存在，传动侧辊颈组织偏大，且成片聚集，影响了金属材料本身的结合强度，造成辊颈整体承载能力低，材料硬度、强度、韧塑性下降，综合力学性能下降。另外，在机出现含钢事故，反复倒钢也加剧了辊颈缺陷扩展，在外力作用下，发生脆断，最终导致辊颈断裂。

3.   采取的生产对策及应用效果

3.1   生产对策

辊颈“热节”问题属于轧辊铸造问题，如何消除或减轻是未来轧辊安全使用的关健。联系轧辊制造厂商质检人员到此支高铬钢轧辊辊颈“热节”问题现场落实和检测确认；针对荒轧工作辊传动侧辊颈“热节”问题制定新入厂轧辊无损探伤检测标准。

1）辊颈位置存在超声波1 MHz探头无法穿透问题轧辊；后续处理：返厂退回；

2）辊颈位置存在超声波1 MHz探头穿透，波形衰减大于50%以上的轧辊；后续处理：返厂退回；

3）辊颈位置存在超声波1 MHz探头穿透，波形衰减低于50%的轧辊，后续处理：现场跟踪使用。

后续轧辊采购中，修订轧辊技术协议条款，增加辊颈“热节”缺陷技术要求。现有周转使用轧辊中，对辊颈进行逐支排查，厂商写书面质保书。

明确轧制线卡钢事故轧辊，减少轧辊事故影响。出现卡钢事故时，轧钢部门及时联系轧制线立即停冷却水、辊缝水，将上工作辊抬起。由于上工作辊需要压在板坯表面带动板坯动作，所以当板坯脱离时会出现上轧辊瞬间落下与下辊发生撞击，可能对工作辊带来较大冲击，导致轧辊在机出现轧制事故。对于存在“热节”问题的轧辊，有可能诱发问题位置脆断。因此，轧制线出现如甩尾、含钢及粘钢等异常轧制时，要立即更换轧辊，对下机后的事故轧辊要及时向磨辊间进行反馈，对事故下机辊进行拆箱检测处理。

3.2   应用效果

轧辊入厂检测方面。从2019年8月份管控措施实施后，荒轧工作辊辊颈断裂问题没有出现。参照制订的新入厂轧辊辊颈超声检测标准，先后2支入厂新辊因不符合要求返厂（图8）。

轧辊铸造工艺调整方面。轧辊承制厂商对于高铬钢轧辊断裂问题，也制订相应的措施，对铸造工艺进行调整，将热节区位置向辊身偏移。从轧辊入厂超声穿透检查方面基本上消除波形衰减区域，如图9所示。

4.   结束语

通过分析本钢1880薄板坯连铸连轧产线荒轧机架使用高Cr钢辊颈的脆性断裂特征，认为轧辊在铸造时石墨球化差，在轧辊传动侧辊颈组织聚集，导致轧辊的综合力学性能下降，承载能力低，最终导致辊颈断裂，属于轧辊铸造质量缺陷。研究生产对策，有效控制了轧辊在机事故的发生，消除轧辊使用中存在的问题，对“热节”区轧辊建立探伤检测标准，可供钢铁同行参考、借鉴。进行铸造工艺调整的轧辊的综合使用情况还需要跟踪和分析。

参考文献

[1]唐天博,孟伟,周勇. 本钢1880产线轧辊在机失效的管控研究. 金属世界,2023(2):60

[2]贺强. R2粗轧工作辊扁头断裂失效分析. 理化检验物理分册,2003(7):368

文章来源——金属世界