謝 晶,韓 劍

(寶鋼軋輥科技有限責(zé)任公司，江蘇 常州 213019)

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冷軋支承輥邊部剝落原因分析及對(duì)策

謝 晶,韓 劍

(寶鋼軋輥科技有限責(zé)任公司，江蘇 常州 213019)

對(duì)在客戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)使用的支承輥邊部剝落原因進(jìn)行了分析認(rèn)為，支承輥剝落是邊部倒角結(jié)構(gòu)不合理引起的接觸應(yīng)力疲勞剝落。針對(duì)其軋制特點(diǎn)，制定單機(jī)架冷軋支承輥邊部倒角的加工規(guī)定，預(yù)防支承輥剝落事故的發(fā)生。

支承輥；冷軋; 邊部剝落

引 言

在冷軋帶鋼正常生產(chǎn)過(guò)程中，支承輥不與帶鋼直接接觸，但巨大的軋制力通過(guò)支承輥輥面向中間輥、工作輥進(jìn)行傳遞。由于支承輥換輥周期長(zhǎng)，疲勞硬化、應(yīng)力集中、軋制事故等都容易導(dǎo)致其輥面剝落、輥肩脫落等事故的發(fā)生。支承輥的制造成本高、采購(gòu)周期長(zhǎng)，發(fā)生剝落事故不僅會(huì)增加生產(chǎn)成本，而且極大地影響軋機(jī)的正常生產(chǎn)。因此，研究支承輥邊部剝落原因，及時(shí)發(fā)現(xiàn)裂紋、預(yù)防剝落有著重要的意義。

1 概述

客戶(hù)的六輥單機(jī)架可逆軋機(jī)，軋制產(chǎn)品板、帶寬均為1000 mm，出現(xiàn)剝落的支承軋輥制作規(guī)格為Φ950 mm×1040 mm×3248 mm，輥身表面淬火硬度為65～70HSD，淬硬層深度≥30 mm，輥身邊緣軟帶長(zhǎng)度≤30 mm。經(jīng)測(cè)量，目前輥身實(shí)際總長(zhǎng)為1042 mm。客戶(hù)公司軋機(jī)軋制時(shí)使用的2支支承輥，其中用于上輥狀況良好，仍正常使用；出現(xiàn)剝落的軋輥主要作為下輥使用，其上機(jī)第八次時(shí)非輥號(hào)端開(kāi)始發(fā)生局部剝落，客戶(hù)加大磨削量后再次上機(jī)使用，但使用僅兩天后邊部1/3圓周又出現(xiàn)大范圍剝落掉塊，目前該軋輥輥身直徑為Φ914.22 mm。詳細(xì)剝落情況如圖1所示。

圖1 支承輥輥身邊部剝落整體形貌

2 原因分析及改進(jìn)

2.1 邊部剝落原因分析

圖2 疲勞裂紋擴(kuò)展

圖3 六輥軋機(jī)工作受力圖

圖4 支承輥應(yīng)力分布圖

對(duì)該支承輥剝落坑進(jìn)行仔細(xì)觀察。如圖2所示，可以看到邊部剝落坑內(nèi)存在明顯的疲勞痕跡，其剝落形貌與輥面接觸應(yīng)力疲勞相似。接觸疲勞裂紋一般是從內(nèi)向表面擴(kuò)展，形成麻坑狀小片剝落，坑底即為裂紋源[1]。六輥軋機(jī)在軋制過(guò)程中，軋機(jī)中間輥與支承輥邊部發(fā)生直接接觸，如圖3所示，這會(huì)在接觸點(diǎn)產(chǎn)生局部壓扁，此時(shí)支承輥主要承受三項(xiàng)應(yīng)力：由軋制力引發(fā)的接觸壓應(yīng)力P、與XY軸成45°角的主切應(yīng)力τ45(赫茲應(yīng)力)、正交切應(yīng)力τyx，如圖4所示。由于支承輥使用周期長(zhǎng)，在循環(huán)應(yīng)力作用下，支承輥與中間輥的邊部接觸點(diǎn)極容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致局部疲勞壽命短，形成疲勞裂紋；如果下機(jī)后磨削量偏少，表面硬化層去除不干凈，支承輥繼續(xù)使用過(guò)程中當(dāng)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)超過(guò)支承輥疲勞壽命時(shí)，即在次表層形成疲勞裂紋，疲勞裂紋產(chǎn)生后向表面彌散，最終引發(fā)剝落，發(fā)展為疲勞剝落。

通常在支承輥兩邊距端部50～150 mm范圍內(nèi)加工出單邊落差1～2 mm的倒角或圓弧，以避免在軋制過(guò)程中，邊部與中間輥產(chǎn)生直接接觸。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查該輥的邊部輥形加工情況，發(fā)現(xiàn)該輥上機(jī)前輥身邊部?jī)H加工長(zhǎng)度40 mm、落差0.2～0.25 mm的倒角。通過(guò)輥面外觀質(zhì)量檢查，可以看到剝落一側(cè)的輥身端部因與中間輥接觸而導(dǎo)致邊部光亮程度與輥身相當(dāng)，另一端因未接觸，其表面較粗糙，如圖5所示。

圖5 剝落支承輥的兩端輥形加工情況

通過(guò)分析該輥的上、下機(jī)加工記錄，如圖6所示，可以看到該輥每次下機(jī)磨削量不一(1.4～1.6 mm)，一般來(lái)說(shuō)在軋制過(guò)程中，支承輥表面最大應(yīng)力處位于軋輥次表層，并非在軋輥表面，每次軋制后都必須磨削去除一定厚度的工作層，也就是去除疲勞層，否則易形成疲勞裂紋。顯然，該軋輥的磨削量并未能有效去除表面的疲勞層。

圖6 剝落支承輥上、下機(jī)磨削記錄

2.2 分析結(jié)論

通過(guò)對(duì)該輥的邊部剝落形貌分析，此次剝落主要是由于該輥邊部倒角落差較小，而在軋制過(guò)程中長(zhǎng)時(shí)間直接接觸中間輥產(chǎn)生接觸疲勞，并且由于下機(jī)磨削過(guò)程中沒(méi)有完全去除疲勞層，導(dǎo)致最終出現(xiàn)接觸疲勞引發(fā)的剝落以及裂紋。

2.3 改進(jìn)措施及效果

將此支承輥邊部剝落部位進(jìn)行車(chē)削，去除凹坑以及裂紋，同時(shí)在車(chē)削后的邊部加工出寬度50～100 mm、單邊落差為1～1.5 mm的倒角。另外，建議客戶(hù)在后續(xù)使用過(guò)程中根據(jù)支承輥下機(jī)后的表面狀況，適當(dāng)增加支承輥磨削量至2.0～2.5 mm。

根據(jù)客戶(hù)后續(xù)的上機(jī)使用情況反饋，該軋輥改進(jìn)后上機(jī)使用半年至今未再發(fā)生邊部剝落；同時(shí)由于對(duì)使用良好的上輥?zhàn)隽送瑯犹幚?，上輥的使用情況也一切正常。

3 結(jié)束語(yǔ)

(1) 軋輥輥身邊部倒角結(jié)構(gòu)不合理易引發(fā)其接觸疲勞應(yīng)力致剝落。

(2) 軋輥邊部的倒角或圓弧要加工到一定的寬度、深度，以確保邊部接觸應(yīng)力較?。皇褂玫揭欢ǔ潭群笙聶C(jī)磨削量要足夠，以去除表面疲勞層，避免出現(xiàn)接觸疲勞裂紋；

(3) 鑒于用戶(hù)實(shí)際軋制板寬較寬，因此類(lèi)似支承輥的輥身長(zhǎng)度應(yīng)加長(zhǎng)至1100 mm為佳。

[1] 劉精華.冷軋支承輥剝落原因分析及對(duì)策[J].科技信息,2013,(1):131—132.

2016-07-06

謝 晶(1980—)，男，本科，工程師。E-mail：xiejing@baosteel.com

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