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支撑辊辊面剥落的分析

  支撑辊剥落大多位于轧辊两端,沿圆周方向扩展,在宽度上呈块状或大块片状剥落,剥落坑表面较平整。支撑辊和中间辊接触可看作两平行圆柱体的接触,在纯滚动情况下,接触处的接触应力为三向压应力。在离接触表面深度为 0.786b 处 ( b 为接触面宽度之半 ) 剪切应力最大,随着表层摩擦力的增大而移向表层。
  疲劳裂纹并不是发生在剪应力最大处,而是更接近于表面,即在 Z 为 0.5b 的交变剪应力层处。该处剪应力平行于轧辊表面,据剪应力互等定理,与表面垂直的方向同样存在大小相等的剪应力。此力随轧辊的转动而发生大小和方向的改变,是造成接触疲劳的根源。周期交变的剪切应力是轧辊损坏最常见的致因。在交变剪切应力作用下,反复变形使材料局部弱化,达到疲劳极限时,出现裂纹。另外,轧辊制造工艺造成的材质不均匀和显微缺陷的存在,也会诱导裂纹的产生。若表面冷硬层厚度不均,芯部强度过低,过渡区组织性能变化太大,在接触应力的作用下,疲劳裂纹就可能在硬化过渡层起源并沿表面向平行方向扩展,而形成表层压碎剥落。
  支撑辊剥落只是位于辊身边部两端,而非沿辊身全长,这是由支撑辊的磨损型式决定的。由于服役周期较长,支撑辊中间磨损量大、两端磨损量小而呈 U 型,使得辊身两端产生了局部的接触压力尖峰、两端交变剪应力的增大,加快了疲劳破坏。辊身中部的交变剪应力点,在轧辊磨损的推动作用下,逐渐往辊身内部移动至少 0.5mm ,不易形成疲劳裂纹;而轧辊边部磨损较少,最大交变剪应力点基本不动。在其反复作用下,局部材料弱化,出现裂纹。
  轧制过程中,辊面下由接触疲劳引起的裂纹源,由于尖端存在应力集中现象,从而自尖端以与辊面垂直方向向辊面扩展,或与辊面成小角度以致呈平行的方向扩展。两者相互作用,随着裂纹扩展,最终造成剥落。支撑辊剥落主要出现在上游机架,为小块剥落,在轧辊表面产生麻坑或椭球状凹坑,分布于与轧件接触的辊身范围内。有时,在卡钢等情况下,则出现沿辊身中部轴向长达数百毫米的大块剥落。

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