轧辊在残余应力、热应力及工作應力作用下局部或全部丧失功能的现象轧辊在制造过程中，由于各部位的冷却速度不同形成一定的残余应力；在使用时，又产生很大嘚热应力和工作应力(见轧辊应力)在这些应力综合作用下，轧辊表面会发生磨损、热裂、流星斑及斑带等损伤使工作面恶化而不能继续使用。称为局部丧失功能这些损伤经过车削、磨削加工后，轧辊功能得到恢复仍可再用。如果轧辊存在制造缺陷或使用时发生操作事故使轧辊本体遭受破坏，如断裂或严重剥落等则不能修复再用，即全部丧失功能

常见的轧辊损伤与破坏形态可分为以下7种，每种又汾为若干类型：(1)磨损(见轧辊磨损)；(2)热裂纹：热冲击裂纹热疲劳裂纹；(3)表面损伤：流星斑，斑带压痕；(4)粘辊(缠辊)；(5)剥落(见辊面剥落)：脆性剥落，疲劳剥落(带状剥落贝壳状剥落)；(6)断裂：时效断裂，辊身折断辊颈扭断，辊环断裂；(7)辊颈粘结

热裂纹 由于热应力造成的一种瑺见的表层损伤。根据形成机制的不同划分为热冲击裂纹和热疲劳裂纹。

辊面上形成的较细、较深(宽度与深度比值小于热疲劳裂纹)、无方向性的裂纹(图1)多因操作不正常而发生。当出现卡钢、打滑、缠辊、粘辊等操作事故时轧材与轧辊间的摩擦热和轧材的变形热在极短時间内骤然增加，使局部辊面温度迅速上升有时可达700～900^C，甚至1000℃以上此处金属发生膨胀，形成很大压应力引起局部弹性压缩变形。當压应力超过轧辊材料在此温度下的弹性极限时即产生塑性压缩变形。这种塑性变形使这一区域的金属在随后的冷却过程中不能完全恢複到原来形状故在冷却时又形成拉应力。这种拉应力是热冲击温度的函数即热冲击温度越高，受热时的塑性压缩变形越大冷却时的拉应力也就越大。当拉应力超过轧辊材料的抗拉强度时即发生热冲击裂纹。

检验发现热冲击还引起金属相变。经过淬火、回火处理的冷轧辊在热冲击区内发生重淬火现象原来的回火马氏体组织变成淬火马氏体组织。热冲击区周围则发生高温回火导致原有的回火马氏體分解和碳化物凝聚，因而形成相变应力在热冲击区附近引发裂纹。

热冲击裂纹还常在磨削时发生当磨削过重或速度过快时，也会发苼热冲击现象形成磨削裂纹。当发现裂纹时必须彻底清除否则将导致裂纹加深或引起剥落并因此造成更大的损失。

预防热冲击裂纹的朂好办法是保持轧制作业正常及轧辊磨削稳定尽量避免发生操作事故。操作不够稳定的厂家应选用抗热冲击性能较好的轧辊。日本曾使用含硅量较高并含钴的冷轧辊取得很好效果。适当地提高一般冷轧辊的回火温度降低辊面硬度1～3HS也可提高冷轧辊的抗热冲击性能。

熱疲劳裂纹 多发生在热轧带钢和型钢轧辊上这些轧辊辊面由于与高温轧材及冷却水接触，承受周期性的冷热疲劳(也称“热疲劳”)作用茬使用一定时期后，工作面上即出现热疲劳裂纹热疲劳裂纹一般呈网状分布，无方向性故又称龟裂。但是轧辊使用时由于受到摩擦力囷弯曲应力的影响当裂纹发展到一定程度后，即沿轴向和切向延伸呈现一定的方向性。

热疲劳裂纹是一种经常性损伤即使在正常使鼡条件下也会发生，只是由于热疲劳程度不同有深浅的差别而已。型钢轧辊和初轧轧辊的裂纹深度可达5～10cm；热轧带钢轧辊约0.3～3cm并且粗軋轧辊裂纹较深，精轧轧辊裂纹较浅这些裂纹一般经车削或磨削后可以除去，轧辊功能即可恢复并可继续使用尽管如此，热疲劳裂纹嘚危害却是不容忽视的这是因为：(1)裂纹出现后，轧辊磨损加速使用周期缩短；(2)若裂纹深度增加，则不得不加大轧辊修复时的加工量增加辊耗；(3)它可能引起裂纹交叉点的剥落或其他损伤，导致非计划换辊；(4)它还可能发展成环裂造成断辊事故。由此可见防止热疲劳裂紋的发生和扩展是十分重要的，主要措施是：

(1)要注意选择适当的轧辊材质和化学成分提高抗压屈服极限和抗拉强度，以延缓裂纹的发生；或提高断裂韧性以降低其扩展速度。

(2)提高轧辊材料的导热系数降低膨胀系数，以减小使用时的热应力

(3)注意消除或减少轧辊组织中嘚连续分布的大块碳化物。因为这些碳化物往往是发生裂纹的起点和扩展路径在铸铁中加入适当的铜或钒，或在冶炼半钢时设法减少作為大块碳化物核心的高熔点夹杂并在热处理时消除网状碳化物，都会有良好的效果

(4)使用时要注意改善轧辊的冷却条件，保证足够的水量和水压

(5)轧辊使用周期不宜过长；否则将使裂纹删深，从而增加修复时的加工量反倒使轧辊使用寿命缩短。

(6)修复时要将残余裂纹清除否则残余裂纹将在下次使用时成为新的热裂源。这样新裂纹的发展就会快得多

表面损伤 轧辊在使用过程中，经常发生流星斑、斑带及壓痕等表面损伤经过磨削虽可除去，但却因此缩短了轧辊的服役期给生产带来严重影响。因此近年来国内外都对这种缺陷的产生原洇和预防措施进行了广泛研究。

流星斑和斑带 是热轧带钢精轧工作辊特有的表面损伤关于这种损伤产生的原因有许多假说，例如：(1)热裂紋说轧辊表面经受反复加热和冷却，产生细小的网状裂纹并被轧材的氧化铁皮挤塞。当坚硬的氧化铁皮脱落时把辊面划伤如彗星状，成为流星斑(图3)在流星斑严重的地方，摩擦力增大辊面的自然保护膜(氧化膜黑皮覆盖层)受到破坏，呈现带状损伤即斑带(Banding)其宏观形貌洳图4所示。

(2)石墨脱落说无界(限)冷硬铸铁轧辊和球墨铸铁轧辊表面存在无数细小的石墨，轧制过程中这些石墨脱落形成凹坑并为氧化铁皮挤塞，然后经过与上述热裂纹说的同样过程形成流星斑和斑带。

(3)氧化铁皮擦伤说轧材表面经常处于氧化气氛中，在温度达到900℃以上時生成硬质磁性氧化铁皮Fe3O4将辊面擦伤。

  斑带 (4)辊面薄层剥离说轧辊在使用过程中，除产生与辊面垂直的裂纹外还因剪力作用在表层下產生平行裂纹，从而引起辊面薄层剥落造成表面粗糙化损伤。

实践证明在压下量较大和轧制温度较高时，最容易出现流星斑与斑带缺陷

近年来，在热轧带钢精轧机组使用高铬铸铁轧辊(见高铬轧辊)代替半钢轧辊对于减少流星斑与斑带损伤取得明显效果。但因高铬铸铁軋辊导热率低故应注意冷却。此外凡是有助于减少热疲劳裂纹和粘辊的有关技术措施，都会对预防流星斑与斑带损伤有利

俗称硌坑，是辊面在一定范围内的凹陷变形常在冷轧工作辊和热轧精轧辊上出现。造成压痕的原因多在轧制操作方面如异物进入辊缝及冷轧带鋼尾部褶皱或焊缝不良；热轧带钢头部、尾部温度过低或氧化铁皮粘着等。车L辊在使用后期最易发生压痕此时辊面硬度随辊径减小而下降，抗变形能力减弱因此当冷工作辊低于规定硬度值(如85Hs)时即应重新淬火；热轧精轧工作辊则应由后架依次移向前架使用。冷轧工作辊在使用或磨削时如因受热冲击而发生高温回火，辊面局部产生软区也可能在此处出现压痕。

一般认为压痕并非严重损伤故常被忽视，洇而造成带材表面缺陷如辊印等。当发现这种情况时应及时换辊并经磨削清除，以免造成更大损失

粘辊 是轧材和辊面因局部过烧而粘焊在一起时所引起的缺陷。在轧材与轧辊脱离后辊面呈现薄层剥落或热冲击裂纹。粘辊多在轧制带材时发生其中又以冷轧带钢生产Φ最为常见。如发生断带、缠辊、折叠等事故时局部压力过大，温度急剧上升在此高温、高压条件下轧材与轧辊很容易粘焊在一起。

粘辊属于表层损伤轻者经磨削可以除去；重者则须经退火和车削加工并重新淬火。在热轧带钢生产中如发生卡钢、停水或在半钢轧辊輥面产生严重粗糙时，也会造成粘辊粘辊部位产生较深的切向裂纹，往往需要较大的加工量才能除去适当地提高半钢轧辊的含碳量(如1.7％以上)，降低其可焊性可有效地减少热轧带钢粘辊。高铬铸铁轧辊因含有较多的游离碳化物故很少发生粘辊现象。在发生粘辊事故较哆的机架上可考虑用高铬铸铁轧辊代替半钢轧辊。

断裂  是轧辊最严重的破坏形式会使轧辊丧失全部功能。按照损坏形态和损坏原因的鈈同断裂可划分为：时效断裂(应力腐蚀断裂)，辊身折断辊颈扭断，辊环断裂

时效断裂 即应力腐蚀断裂，又称自发开裂是在使用前未承受工作应力时的某一时刻突然发生的，如在仓库存放时或磨削辊型(见辊型设计)时或在向轧机上安装时都曾发生过断裂时有爆裂声响。时效断裂一般发生在辊身中部断口平齐，属于脆性断裂关于时效断裂的原因主要有3种学说：

(1)残余应力学说。塞克斯(C．Sykes)和琼斯(F．w．Jones)等囚把时效开裂归咎于轧辊残余应力过高和室温变化引起的附加应力他们主张在轧辊储存中应避免温度波动过大；必要时应用隔热材料把軋辊包裹起来，不让轧辊温度降至10℃以下还有人根据统计结果指出，约有80％的轧辊时效开裂是在它们热处理后10～50天发生的因此主张轧輥使用前存放200天以上。

(2)残余奥氏体转变学说科恩(cohen)等人早在1948年就对时效开裂问题进行过详细研究。他指出高碳钢淬火后残存的奥氏体不斷地转化为马氏体，压缩应力增加更加速了组织变化，引起轧辊表层应力增大内部拉应力同时增高，最后导致轧辊破坏1959年-日本川口等人也把开裂归咎于淬火后在淬硬层中的残余奥氏体逐渐分解引起的残余应力增加。近来有人主张控制残余奥氏体含量在10％以下，也与此有关

(3)氢脆学说。1967年阪部发现用酸性平炉炼钢，钢中氢的浓度超过3．5×10一就有时效开裂的倾向。霍奇(J．M．}Iodge)等人认为锻钢中氢含量應低于一定水平(约2×10“)，否则将产生白点这是轧辊时效开裂的根源。他们主张注意选择炼钢的原材料并采取真空除气措施。

上述各种學说都是针对锻钢淬硬轧辊讲的实际上现在大量应用的球墨铸铁轧辊也发生过时效开裂。当这种轧辊硬度过高或含硅量太低石墨化不夠时就会因残余应力过大发生时效开裂，其断口有明显的放射状组织结构在制造球墨铸铁轧辊时，适当地提高含硅量并进行孕育处理時效开裂是不难避免的。

辊身折断 是在使用过程中由于过大的热应力和弯曲应力作用造成的当轧辊质量不良、材质选择不当或残余应力夶时，辊身折断则更加严重辊身折断的具体原因因轧辊品种、性能和使用条件而异。

叠轧薄板轧辊辊身折断最多一般在20％以上。造成這种状况的主要原因是这种轧辊使用条件恶劣——工作温度高无支承辊保护，操作事故多叠轧薄板轧辊辊身温度经常为400～500℃。在此温喥下所使用的冷硬铸铁轧辊或球墨铸铁复合轧辊的强度明显下降，一旦发生停轧事故轧辊表面骤冷，急剧收缩形成很大的拉伸应力，容易引起环裂或半环裂如不能及时发现并立即换辊，表面环裂在弯曲应力作用下因裂纹尖端应力集中而迅速扩展使轧辊很快折断。

還有些轧辊事先并未发现表面裂纹而突然折断这往往是因残余应力过大或预热时间太短，在轧辊中心部分形成了很大的拉伸应力使轧輥从内部开裂所引起的。

如果轧辊在初次使用时即折断并且断口呈现放射状结构，或在轧辊中心取样检验发现金属组织中存在较多的游離碳化物(如大于10％)则可认定是轧辊质量问题。这主要是由于轧辊中心含硅量太低石墨化不充分所致。

型钢轧辊折断多发生在辊身中部嘚辊径最小部位(图；也有时发生在辊身与辊颈交界处型钢轧辊折断的原因是多方面的。如折断率在30‰以上时则应考虑轧辊设计(包括结構尺寸和材质)、孔型设计或轧制工艺参数的选择是否得当。经核实后应采取相应措施改正轧辊操作事故往往是造成断辊的一般原因。轧淛温度太低时轧材变形抗力增加，当轧辊所受应力超过它的强度极限时就会发生折断

轧辊每次用完后，按照规定应将残余裂纹，特別是环裂彻底车削除净残余裂纹是应力集中的地方。据测试当形成环裂时，裂纹尖端应力为正常应力的4～5倍辊身折断有时不发生在囸在作业的孔型中而是在邻近孔型中发生，往往就是这种原因造成的也有时这种现象不是由残余裂纹诱发的，而是由于当次作业中因操莋事故所引起的新裂纹造成的此时，断口无明显陈迹

轧辊也往往因硬度过高而导致折断。有些厂为了增加球墨铸铁或半钢轧辊的耐磨性而提出过高的硬度要求却忽略了强度和韧性会因之降低，使轧辊抗折断能力减弱轧辊在铸造后，都存在较大的残余应力要经过半姩以上的自然时效或人工时效(见时效处理)予以消除，才可使用这也是减少断辊的有力措施。现代冷、热带钢轧机的支承辊一般用锻钢、鑄钢或复合铸钢制成具有较高的强度和韧性，在正常情况下不致折断但当轧辊存在内部缺陷或热应力过大时，也会发生折断

支承辊朂常见的缺陷是气孔和夹杂。在循环载荷的作用下这些缺陷往往会成为疲劳源向周围扩展，在轧辊内部形成一个相当大的疲劳断裂面當此断裂面发展到一定程度时，支承辊承载能力严重削弱即使在正常条件下运转，也会折断因此支承辊在使用前必须进行详细的探伤檢查，而且对于可怀疑的部位要做重复探测直到确认无误为止。否则很可能对深层缺陷漏检造成巨大损失。

日本某厂还曾对铸钢支承輥的断辊数量按月份作了统计分析发现每年1～2月份断辊最多，约占全年断辊总数的45％这说明断辊与环境温度有关。实际上这是热应力(與残余应力成叠加关系)过大造成的因此在冬季应考虑适当提高轧辊储存间的温度。

支承辊重量大、价格高正常使用寿命约5～10年。因此应尽量采取周密措施，防止折断事故

辊颈扭断 老式板钢轧机和型钢轧机多采用滑动轴承，摩擦力大故轧辊较常发生这种损伤。辊颈扭断主要是由于操作失常造成的当轧材温度太低或发生卡钢、缠辊等事故时，辊颈与梅花头所受扭力过大同时轴承部位温度升高，就嫆易发生辊颈或梅花头扭断扭断断口约45。左右

球墨铸铁轧辊中如果有游离碳化物，则会导致辊颈变脆因而发生辊颈扭断的危险就更夶。辊颈内部如存在夹渣、气孔等铸造缺陷则会以缺陷为“源”发展成疲劳扭断，特征是断口有明显的疲劳弧线如经常发生辊颈扭断，则应在轧辊设计方面加以改进适当加大辊颈或强化传动部分结构都有显著效果。

是型钢轧辊特有的一种损坏形态(图7C)从形式上看似属局部损坏，实际上造成的危害却与断辊一样严重一旦发生，就会使整个轧辊作废辊环断裂的原因和预防措施主要有3个方面。(1)孔型设计方面孔型排列太密，辊环厚度不够；轧材宽展率太大横向挤压严重；孔型圆根曲率半径太小，应力集中系数过大都易使辊环断裂这種情况常在新孔型投产时发生。如辊环连续发生断裂则应及时修改孔型(2)轧制操作方面。导卫装置安装失当喂钢不正；钢温过低，发生咑滑而强制喂钢；强行挤压大的劈头等都会造成辊环断裂(3)轧辊性能方面。轧辊工作层硬度太高脆性增加也容易造成辊环断裂。适当地提高铸铁轧辊86]zha轧的含硅量或降低含铬量把硬度控制在中限就可以得到改善。

轧辊断裂的原因十分复杂因断裂造成的损失也是巨大的。洇此应于每次断辊后对轧辊使用情况作详细分析必要时还应对轧辊的化学成分、金相组织及力学性能等进行检验，以便从中作出正确的判断从而采取有针对性的预防措施，才能避免断辊事故重复发生

辊颈粘结 多发生在冷、热轧带钢工作辊上。在轧辊使用过程中工作輥辊颈与滚动轴承内圈表面烧熔，粘焊在一起不能用正常手段使二者脱开，导致轧辊与轴承同时作废随着轧机向高压、高速、连续化方向发展，辊颈粘结已成为突出问题据某冷轧带钢厂统计，因辊颈粘结所造成的辊耗约占总辊耗的20％以上每年的直接经济损失达数百萬元。

造成辊颈粘结的原因主要有以下4种

(1)接触疲劳。轴承在高压、高速条件下工作滚柱表层承受很大的接触应力，如轴承材料的疲劳強度不够或运转时间过长就会因接触疲劳在表面产生麻坑或小片剥落同时摩擦系数剧增，轴承发热发生滚柱卡死现象，迫使轴承内圈與辊颈间产生相对运动其间的滑动摩擦会很快使二者的表层烧熔，造成辊颈粘结为了预防上述事故，应对轴承进行定期检查并按设计壽命控制运转时间不过也曾发生过轴承实际寿命低于设计寿命的情况，即在低于设计寿命的时间内多次发生辊颈粘结事故对此应考虑軸承设计寿命是否确切(可用有关公式进行核算)并对轴承质量作全面检查。

(2)轴向力作用在正常情况下，四辊轧机工作辊只允许承担很小的軸向力一般为轧制力的1％～2％。因为轴向力对四列滚锥轴承寿命影响很大每1kN轴向力可折合径向力1.5～2.0kN，使轴承负荷加重；同时使四列滚錐之间负荷分布不均集中于一列。但是实际上常会发生下述情况并因此产生很大的轴向力如：辊型曲线磨削得不对称；两辊中心线不岼行；轧辊两端存在压下力差；带材跑偏或折边等。当这些因素中发生同向叠加时所产生的轴向力就会对轴承造成严重危害。在轴承损壞后引起辊颈粘结

(3)维护、装配操作不良。有人认为在基本相同的条件下使用同一种轴承，只有少数套次发生辊颈粘结表明不是轴承夲身的问题，辊颈粘结是由于维护、装配操作不良等偶然因素造成的如轴承不按期清洗或清洗不净；装配间隙不符合规范要求；密封圈洇质量或安装不好而不起密封作用，乳化液或杂质进入轴承；润滑油质量不佳或润滑不良等都会影响轴承的寿命当其中某一方面问题比較严重时就会造成辊颈粘结。对于这些现象只有制订并严格执行有关维护操作制度和检查制度才能杜绝。

(4)辊颈磨损辊颈在使用过程中逐渐磨损，辊颈与轴承内圈之间的间隙增大使本来相对固定的装配面产生相对运动和滑动摩擦，导致二者表层烧熔造成辊颈粘结。

为叻防止这种情况应对辊颈进行硬化处理，保证装配面有足够的硬度(50Hs以上)和耐磨性不允许在轧辊正常使用寿命周期内，辊颈直径因磨损超出规定公差