轧辊制造缺陷(defects in roll manufacture)

轧辊在制造过程中，常常由于熔炼、铸造、锻造、热处理和加工工艺上的不合理或操作不当而产生缺陷，严重的缺陷将导致轧辊报废。轧辊制造缺陷有铸造缺陷、锻造缺陷、热处理缺陷以及尺寸、成分、组织和性能缺陷等。

热裂 在轧辊辊身凝固时，若铸型各方向的冷却不均匀易造成纵向热裂，如底注时金属液旋转不聚中、金属型涂料不均匀、顶浇时金属液冲偏或散流等等。浇注过程的不平稳或剧烈振动也会诱发已凝固的辊身外壳破裂。如铸铁轧辊的冒口部分过早凝固，而已凝固的辊身外壳层承受不了芯部凝固时石墨化膨胀的张力也常导致铸造轧辊辊身纵向热裂。金属液的氧化或流动性差均加剧轧辊金属的热裂趋向。纵裂常发生在高硬度铸造轧辊和冷硬铸铁轧辊辊身部位。铸造轧辊凝固时如收缩受到严重阻碍会导致轧辊辊身或辊颈的横向热裂纹(见图1)。铸型工装设计不合理、铸型披缝或缺陷等都是阻碍收缩的原因。铸造带槽轧辊时如果轧槽设计不合理或浇注工艺不当极易引发横向热裂纹。浇注后，如不及时排除阻碍收缩的措施，收缩大的铸钢轧辊辊身便会产生横裂。

冷裂 轧辊冷却到金属弹性状态以下时，如内应力过大或收缩受阻碍则引发冷裂纹。冷裂多发生在经淬硬处理的钢轧辊及合金含量和硬度高的铸造轧辊辊身。冷裂裂纹如细丝且断面有金属光泽，俗称“发裂”。通常冷裂在精加工时才易显现。过早开箱的高合金铸铁轧辊由于大的热应力和奥氏体向马氏体快速转变的相变应力叠加，冷裂倾向极大。此外，轧辊在铸型中或开箱后的不均匀冷却以及局部过热也常诱发冷裂。不适当的化学成分和铸造组织会加剧轧辊冷裂倾向，如铸铁辊芯部过多的渗碳体组织。

断辊 断辊可能发生在轧辊热加工和机械加工的各个工序中，个别还发生在轧辊制造完毕以后。引起断辊的因素有：(1)轧辊铸、锻坯中的热裂和冷裂纹的发展；(2)热处理及锻造加热或冷却的速度未按规范要求且过快；(3)不正确的组织状态，如自口过深，芯部渗碳体过多等等；(4)大的残余应力和氢脆。

锻裂 指轧辊在锻压变形过程中因操作不规范产生的裂纹。锻造裂纹一般先形成微裂，然后再扩展成宏观裂纹，裂纹方式有沿晶和穿晶两种，产生原因是锻造温度和变形制度不当。当铸锭有表面和内部缺陷时更加剧了锻造裂纹的产生。锻造白口铁和半钢轧辊在杂质元素含量过高或终锻温度过低时容易开裂。锻后的轧辊毛坯如不及时入炉退火，常出现锻后裂纹。

热处理过程中的开裂 在热处理过程中轧辊常在以下情况下开裂：(1)高硬度铸铁轧辊的过快或不均匀的加热或冷却速度；(2)轧辊残余应力过大并伴有热处理过程中的相变应力时开裂可能性更大；(3)严重的铸造缺陷如夹杂、缩孔、疏松等会加大开裂可能性；(4)淬硬钢轧辊淬火前预备热处理不当造成的组织不良；(5)冷轧辊或支承辊淬火后未及时回火处理；(6)冷轧辊软带控制不当会淬成肩部剥落；(7)气体(如氢)含量过高等。

气孔和针孔 在铸造轧辊和锻造轧辊中同样会产生普通铸锻件中的析出性、侵入性和反应性气孔和针孔缺陷。金属液脱气不足、严重氧化及二次氧化、铸型烘烤不干、砂型透气性差和涂料发气量大、金属型内表面严重的氧化以及浇注不平稳或飞溅、底注时金属液旋转不良、离心铸造时转速过低造成的金属液“下雨”现象等，都是造成上述缺陷的因素。轧辊锻坯扩散脱氢处理不良还是轧辊中白点生成的重要原因。

缩孔和疏松 如果铸型设计和浇注温度制度不当，不能保证顺序凝固或冒口不能提供足够的金属液补充凝固过程的体收缩，便会在轧辊内产生缩孔和疏松。此类缺陷多产生在靠近冒口的上辊颈区以及底注轧辊的下辊部位。多数铸造轧辊的缩孑L和疏松要在粗加工后显露。内部缩孔要用超声波探伤法判断。

夹杂物 轧辊中的夹杂物包括冶炼和脱氧过程的反应产物如硫化物、氧化物、氮化物等，以及外来的渣子、型砂、涂料、钢包和浇道耐火材料和灰尘，还包括浇注过程中的金属二次氧化物。离心铸造时如保护渣排除不完全或转速过低造成金属液“下雨”也会在轧辊中形成夹杂物。(图2)

一定形状和分布的夹杂物引起应力集中时会造成轧辊在制造或使用过程中产生下述缺陷：(1)轧辊机械加工性的恶化；(2)轧辊锻造或热处理时产生热裂纹；(3)导致磨削粗糙度要求严格的轧辊如铝箔轧辊的表面精加工后的缺陷；(4)轧制使用时产生裂纹和剥落。

硬度不合格和硬度不均 在技术条件中对给定成分的轧辊辊身表面和辊颈的硬度上下限以及每根轧辊辊身硬度均匀度有明确的要求。硬度不合格主要是由于化学成分的偏差以及炉料、冶炼、铸造和热处理工艺不当所造成的组织不合格引起的。组织不合格还会导致轧辊辊身自表面起沿径向的硬度落差过大。轧辊辊身硬度的均匀性主要受制造工艺因素，如金属液成分的均匀性，铸型导热均匀性、浇注的平稳性、热处理加热和冷却的均匀性等等的影响。

成分、组织和性能不合格 化学成分和力学性能均是轧辊报废的主要判据。技术条件中一般都给出主要化学元素含量的上下限。有些微量元素如铸铁中的铅、砷等虽然未列入技术条件中，但其存在会影响铸铁的组织和性能。有些微量元素还影响轧辊的工艺性，一般根据浇包中金属取样分析结果给出轧辊的成分。但成分合格的轧辊常由于工艺不当造成组织的不合格使轧辊性能低下。造成组织不合格的工艺因素诸如：厚大断面轧辊芯部硫、磷等有害元素偏析；铸造半钢轧辊中网状碳化物存在；铸铁轧辊中碳化物量或石墨量不足或过量；锻钢淬硬辊或高铬辊中有不当的显微组织(碳化物形态、分布不良、基体组织太硬或太软、过量的奥氏体)；晶粒过大或不均匀；晶界状态不良；热处理或锻造加热过程太长导致轧辊表面氧化层和脱碳层太深等。

工作层厚度不均 指一些轧辊的同一端面或者是同一轧辊的两端面工作层厚度相差太大。产生原因是金属型的温度或涂料的厚度不均而造成的导热不均，轧辊凝固时外界条件造成的冷却速度不同或热处理工艺不合理。至于复合铸造轧辊，如果芯部金属液浇注工艺控制不当或操作不合理也会将已凝固的外层冲偏或熔蚀不均。冷硬铸造轧辊加工时中心孔开偏也会造成白口不均。

尺寸和精度不合格 指成品轧辊的尺寸和精度不符合图纸的尺寸和精度要求。产生原因是铸造工艺或加工工艺不合理或操作不当。

球化不良和球化衰退 轧辊球化不良是指球墨铸铁轧辊断面上不同程度地分布着大小不同的黑斑，这种黑斑越接近轧辊中心越密集。金相观察表明，组织中有大量的厚片状石墨或枝晶石墨存在，原因在于金属液严重氧化或硫含量过高，球化不良及球化干扰元素含量过高。

轧辊球化衰退是指已经球化的铁水，随着浇注时间或凝固时间的延迟，铁水的球化效果逐渐消失，先是出现团状石墨，进而出现厚片状石墨。球化不良和衰退均恶化轧辊强度。

石墨漂浮 指在铸铁轧辊的上辊颈靠近冒口区域产生的密集黑斑，越靠近冒口区黑斑越严重导致强度下降。金相观察表明，在石墨漂浮区域内不仅石墨数量多，而且体积大，其形状大多数为菊花状。产生原因是碳、硅当量过高或铸造工艺不合理。