辊面剥落    (spalling of roll surface)

轧辊局部表层同本体脱离并在相应位置形成凹坑的缺陷，实质上是一种裂纹发展过程。辊面剥落是一种常见的损伤和破坏形式，在各种轧辊上都可能发生。剥落所造成的损失是很大的，轻者可缩短轧辊使用寿命，重者则可使轧辊报废。随着轧机和轧辊品种的发展，辊面剥落日趋严重和多样化。因此美国钢铁工程师协会和轧辊制造者学会从1956年起就专门对剥落进行了为期8年的研究，并从60年起代陆续发表了多篇研究报告和总结。近20多年来，欧洲各国和日本都广泛地开展了这方面的研究。中国从70年代末也围绕这一课题进行了系统的测试和研究工作并取得了可喜的进展。按照剥落的主要形式和形成机制，剥落可分为薄片状剥落、结合层剥落、带状剥落和贝壳状剥落。前两种属于脆性剥落，后两种属于疲劳剥落。

薄片状剥落    

也称浅层剥落或掉皮，从力学性能观点看，属于脆性断裂。薄片状剥落主要是由热冲击引起的。当轧制过程中发生缠辊、粘辊或卡钢时，辊面局部温度急剧上升，有时可达800℃，甚至1000℃以上，使该区域发生膨胀。在随后的冷却过程中，该区域金属开始收缩，但因曾发生塑性变形而不能恢复原状，故在继续冷却过程中形成很大的拉应力，造成各种方向的热冲击裂纹(见轧辊的损伤与破坏)，包括因径向拉应力引起的表层下裂纹。这些裂纹是在一个极短时间内产生和发展起来的，具有爆发性质。因此导致辊面发生薄片状剥落。(图1)在发生热冲击时，还会引起金属组织中的马氏体回火并因之产生相变应力；再加上轧辊本身原有的残余应力，片状剥落实际上是这些应力综合作用的结果。

由于片状剥落是在极短时间内发生的，并且不能提示什么先兆，故很难在当时采取防止措施。预防片状剥落的主要措施是保持操作正常。对于操作不够稳定的轧机，应选用抗事故性能好的轧辊。

结合层剥落     

因复合轧辊的结合层破裂而引起，多发生在卧式离心铸造的铸铁工作辊(图2)和复合铸钢支承辊上。结合层剥落会使整个工作层遭受破坏而导致轧辊作废。结合层剥落有轧辊铸造质量和使用维护两方面的原因。在轧辊使用维护方面，多因冷却不足(冷却水温过高或冷却水不足)辊面温升太快，内外温差过大而致。在此情况下，外层因受热发生膨胀(中心仍处于较低温度)，在结合层形成径向拉应力和纵向、切向剪应力，造成了结合层剥落的力学条件。如应力超过了结合层的强度，就会发生剥落。此外，轧辊的严重碰伤也会导致结合层剥落。

使用维护中预防这种剥落的主要措施是：对轧辊进行较长时间的预热，减少内外温差；同时提供充分的冷却条件，使辊面温度保持在60℃以下。对结合层进行有效的探伤检查也是一种必要的防范措施。

带状剥落      

多发生在锻钢工作辊上。它的特征是在剥落断口中有一条或几条比较光滑的“带”。经检定，此带为疲劳断面，表面有疲劳弧线残迹。带的两侧依次为疲劳过渡区(可见疲劳弧线)和较大的脆性断裂区。(见图3)轧辊一旦发生带状剥落即行作废。据某厂统计，因此报废的冷轧辊占总报废个数的20％以上，可见其危害之大。

关于带状剥落的形成原因，有两种主要学说：

(1)接触疲劳学说。斯通(M．D．Stone)曾在1966年发表的文章中指出，如果直径不同的两个轧辊在均匀的接触力作用下，轴线平行地压靠在一起，接触区以及沿轧辊的整个横断面上就会建立起一组复杂的应力系统，附加到轧辊通常所受的弯曲应力和剪应力之上。赫兹(H．Herrz)是第一个研究这种应力的人。他认为在接触区产生局部的弹性压扁，在此区中存在着呈半椭圆形分布的压应力。接触区的宽度(b)和产生在轧辊中心连线上的最大压应力(P_max )值可由下式计算：

式中P为一圆柱(轧辊)施加于另一圆柱的单位长度上的力；d₁与d₂为两圆柱体的直径；E₁与E₂为其相应的弹性模数。例如四辊轧机工作辊与支承辊之间最大接触压应力P_max不应超过2010MPa，否则就可能发生剥落。

(2)热冲击裂纹诱发学说。如轧辊辊面存在着热冲击裂纹或磨削时未完全清除，在使用时裂纹就会发展。开始裂纹与辊面成一定角度沿轧辊旋转的相反方向延伸并向两侧扩展。当发展到过渡层时，金属断裂韧性增加迫使裂纹沿与辊面平行的弧线扩展，形成弧状疲劳带。在轧制力作用下，疲劳带上下两层金属互相挤压，形成趋于光滑的断口。当疲劳带发展到相当长度时，局部承载能力减弱，即发生大面积剥落。

残余裂纹是导致带状剥落的根源和关键，只要能及时检查并清除残余裂纹，就不会发生带状剥落。

贝壳状剥落     

多发生在钢质不纯的冷轧工作辊或复合铸钢轧辊上，其特征是在疲劳源周围有明显而密集的疲劳弧线，形似贝壳。(图4)轧辊钢在冶炼过程中如产生密集夹杂或大块夹杂，轧辊使用时夹杂就会因轧制应力的作用成为疲劳源，以裂纹的形式向外扩展，当发展到一定程度时即造成剥落。防止贝壳状剥落的主要措施是采用现代脱氧，脱硫技术，保持钢质纯净。