在钢铁连铸工艺中，连铸辊作为高温钢坯输送与成型的核心设备，长期处于极端复杂的工况环境下，其失效问题直接影响生产效率和设备维护成本。实践中，连铸辊的失效形式呈现多样性，主要包括热冲击、腐蚀、磨料磨损、疲劳及侵蚀等。本文将系统分析这些失效模式的成因及其对设备寿命的影响，并探讨针对性解决方案。
一、热冲击：温度剧变引发的裂纹隐患
连铸辊在作业时需反复接触高温钢坯（通常达1000℃以上），随后被冷却水急速降温，这种冷热循环导致辊体表面频繁经历热膨胀与收缩。温度梯度产生的应力若超出材料承受极限，便会在辊面形成网状微裂纹。关键影响因素包括：
冷却水参数：冷却时间不足或水流分布不均易加剧温度波动；
材料热稳定性：辊体材料的导热系数与热膨胀系数需与工况匹配；
工艺控制：钢坯过热度与拉坯速度的波动会放大热冲击效应。
长期热冲击下，裂纹逐渐向辊体内部扩展，最终引发表层剥落甚至断裂。
二、腐蚀：冷却水化学侵蚀加速材料劣化
连铸辊表面与冷却水持续接触，而水质成分因地而异，尤其在高温环境下，水中溶解的氯化物、硫化物等无机盐会与辊材发生化学反应。典型腐蚀类型包括：
应力腐蚀开裂：残余应力与腐蚀介质协同作用，导致裂纹沿晶界扩展；
酸性腐蚀：部分地区冷却水pH值低至4~5，加剧辊面金属溶解；
氧化皮渗透：钢坯氧化铁皮混入冷却水后，形成磨蚀性浆体，加速腐蚀与磨损耦合破坏。
腐蚀不仅削弱辊体强度，还会成为疲劳裂纹的起源点。
三、磨料磨损：钢坯摩擦与氧化颗粒的双重破坏
在连铸机下部区域，高温钢坯表面氧化层脱落形成硬质颗粒，与辊面发生剧烈摩擦，导致磨料磨损。其特征表现为：
犁沟效应：氧化颗粒嵌入辊面，划伤金属基体；
材料转移：钢坯与辊体接触区域因高温软化，产生粘着磨损；
表面粗糙化：磨损面形成微观凹凸，进一步加剧摩擦阻力。
此过程不仅降低连铸坯表面质量，还会因辊形畸变影响铸坯尺寸精度。
四、疲劳失效：交变应力下的裂纹扩展
连铸辊在周期性载荷（如弯曲应力、热应力）作用下，即使所受应力低于材料屈服强度，仍可能因疲劳累积效应发生断裂。疲劳失效的特点包括：
裂纹萌生：热冲击或腐蚀导致的表面缺陷成为疲劳源；
亚临界扩展：裂纹在交变应力下缓慢向内部延伸；
瞬时断裂：剩余截面无法承受载荷时发生突发性破坏。
疲劳失效具有隐蔽性，需通过定期无损检测（如超声波探伤）提前预警。
五、侵蚀：高压蒸汽与高速流体的冲击破坏
连铸辊与高温钢坯接触时，冷却水瞬间汽化生成高压蒸汽，其高速冲击辊面会引发空蚀与冲蚀，具体表现为：
空泡溃灭：蒸汽泡破裂产生微射流，反复冲击金属表面；
机械剥落：高压流体剥离辊面硬化层，暴露底层脆弱组织；
热力耦合损伤：蒸汽冲击与高温协同作用，加速材料性能衰退。
实践聚焦：磨损与疲劳裂纹的主导地位
在真实生产场景中，连铸辊失效往往呈现多因素耦合特征，但磨料磨损与疲劳裂纹尤为突出。例如，某钢厂统计数据显示，约60%的连铸辊报废案例源于辊面磨损导致的尺寸超差，而30%与疲劳裂纹直接相关。因此，企业需采取以下综合措施：
材料升级：采用高铬铸铁或堆焊耐磨合金（如414耐磨焊丝）提升表面硬度；
工艺优化：控制冷却水pH值（建议6.5~8.5）、增加过滤装置减少磨粒；
维护策略：定期修复辊面裂纹，利用堆焊等技术恢复辊形精度。
六、结语
连铸辊的失效是多重因素交织作用的结果，深入理解其机理有助于制定精准的防护策略。通过材料创新、工艺改进与智能监测相结合，企业可显著延长连铸辊寿命，降低运维成本，为连续化生产提供可靠保障。未来，随着在线检测技术与自适应修复系统的发展，连铸辊的可靠性管理将迈向更高水平。
以上内容由堆焊焊丝厂家天津雷公焊接材料有限公司编辑 咨询电话：18202593233
