摘 要：旨在研究冷床軋輥的損傷與壽命評(píng)估，以及提出優(yōu)化設(shè)計(jì)和維護(hù)建議。通過分析冷床軋輥的損傷類型和致?lián)p原因，采用材料力學(xué)性能測(cè)試和軋輥應(yīng)力分析等方法，從表面損傷和內(nèi)部損傷兩個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)分析。研究結(jié)果表明，軋輥的磨損、劃傷、龜裂等表面損傷和斷裂、裂紋、軟化等內(nèi)部損傷是常見問題?；诖?，提出了優(yōu)化軋輥材料選擇、表面處理、軋輥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和定期維護(hù)等建議，以延長(zhǎng)軋輥使用壽命并提高生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：冷床軋輥；損傷與壽命評(píng)估；優(yōu)化設(shè)計(jì)；維護(hù)建議

DAMAGE ANALYSIS AND LIFE EVALUATION OF

COLD BED ROLLS

Xue Fei

（ZhangXuankeji， Hesteel Group Co.， Ltd.? ? Zhangjiakou? ? 075000， China）

Abstract：Aiming to study the damage and life assessment of cooling bed rolls and make suggestions for optimal design and maintenance. Based on the analysis of the damage types and causes of the cold bed roll， the mechanical properties of the material and the stress analysis of the roll are analyzed in detail from the two aspects of the surface damage and the internal damage. The results show that the surface damage， such as wear， scratch and crack， and the internal damage， such as fracture， crack and softening， are common problems. Based on this， some suggestions such as optimizing roller material selection， surface treatment， roller structure design and regular maintenance are put forward to prolong the service life of roller and improve production efficiency.

Key words： cold bed roller; damage and life evaluation; optimum design; maintenance suggestion

0? ? 前? ? 言

冷軋工藝是鋼材生產(chǎn)過程中重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，尤其在生產(chǎn)高精度、高品質(zhì)冷軋鋼帶時(shí)，冷床軋輥是關(guān)鍵的設(shè)備之一。然而，由于在生產(chǎn)過程中冷床軋輥承受著劇烈的機(jī)械和熱力學(xué)作用，軋輥表面和內(nèi)部往往發(fā)生各種不同程度的損傷，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率產(chǎn)生不良影響。因此，對(duì)冷床軋輥的損傷分析與壽命評(píng)估具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1? ? 冷床軋輥損傷類型和致?lián)p原因

1.1? ? 表面損傷

在冷床軋輥中，表面損傷是一種常見問題，主要包括磨損、劃傷和龜裂等[1]。磨損是由于軋輥在與鋼帶表面接觸并摩擦過程中的物理磨損而引起的，其結(jié)果是軋輥表面的光潔度下降和形狀變化。磨損是一個(gè)復(fù)雜的過程，受多種因素的共同影響，包括材料硬度、表面粗糙度、潤(rùn)滑條件和工作負(fù)荷等。劃傷是由于鋼帶表面的硬質(zhì)雜質(zhì)或其他異物在軋輥表面滑動(dòng)時(shí)造成的，其結(jié)果是軋輥表面出現(xiàn)可見的劃痕。劃傷不僅會(huì)影響軋輥的外觀質(zhì)量，還可能導(dǎo)致產(chǎn)品表面的缺陷。龜裂是由于在軋輥表面存在微小的裂紋，在工作過程中，這些裂紋擴(kuò)展并最終導(dǎo)致表面的開裂。龜裂可分為熱龜裂和機(jī)械應(yīng)力導(dǎo)致的龜裂兩種類型。熱龜裂主要是由于冷軋過程中軋輥的高溫變形引起的，而機(jī)械應(yīng)力導(dǎo)致的龜裂則是由于軋輥在工作過程中受到的應(yīng)力超過其材料強(qiáng)度造成的。

1.2? ? 內(nèi)部損傷

冷床軋輥的內(nèi)部損傷包括軋輥的彎曲和裂紋等問題。這些問題通常發(fā)生在軋輥長(zhǎng)時(shí)間工作或負(fù)荷過大時(shí)，且會(huì)影響軋輥的性能和使用壽命。首先，軋輥的彎曲是由于其在工作負(fù)載下受到的應(yīng)變超過其材料強(qiáng)度而引起的。軋輥跨度越大、直徑越小，則彎曲的風(fēng)險(xiǎn)越大。彎曲會(huì)導(dǎo)致軋輥的幾何形狀發(fā)生變化，從而影響其工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量[2]。其次，裂紋是軋輥內(nèi)部損傷的另一個(gè)主要問題。裂紋可能是由于軋輥材料強(qiáng)度不足、工作過程中的應(yīng)力過載或疲勞引起的。裂紋通常會(huì)從軋輥銘牌上方開始發(fā)展，向側(cè)面、底部或另一側(cè)移動(dòng)。裂紋會(huì)導(dǎo)致軋輥失效和生產(chǎn)出質(zhì)量不穩(wěn)定的產(chǎn)品。

冷床軋輥損傷類型和致?lián)p原因如表1所示。

2? ? 冷床軋輥壽命評(píng)估方法

2.1? ? 材料力學(xué)性能測(cè)試

冷床軋輥的力學(xué)性能是評(píng)估其壽命的重要指標(biāo)之一。通過力學(xué)性能測(cè)試方法可以獲得軋輥材料的強(qiáng)度、韌性和硬度等參數(shù)，為壽命評(píng)估提供定量參考。常用的方法包括金屬log切割試驗(yàn)、拉伸試驗(yàn)和沖擊試驗(yàn)等[3]。金屬log切割試驗(yàn)可以評(píng)估軋輥材料的斷裂特性，拉伸試驗(yàn)用于測(cè)定軋輥材料的屈服強(qiáng)度和延伸率，沖擊試驗(yàn)則可以評(píng)估軋輥材料的韌性。通過這些力學(xué)性能測(cè)試方法，可以全面了解冷床軋輥材料的力學(xué)性能，并為壽命評(píng)估提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.2? ? 軋輥應(yīng)力分析

冷床軋輥在工作過程中承受著復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)，準(zhǔn)確分析軋輥的應(yīng)力分布情況對(duì)于壽命評(píng)估是關(guān)鍵的。常用的應(yīng)力分析方法包括有限元分析和解析分析。有限元分析是一種基于數(shù)值計(jì)算的方法，通過將軋輥模型離散化為有限個(gè)小單元，在計(jì)算機(jī)上模擬其受力和變形情況，從而得到軋輥的應(yīng)力分布。解析分析則是采用數(shù)學(xué)方法，建立軋輥應(yīng)力分析模型，并通過求解對(duì)應(yīng)的方程來得到軋輥應(yīng)力分布。這些應(yīng)力分析方法可以幫助確定冷床軋輥受力情況，為壽命評(píng)估提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

2.3? ? 壽命模型建立

壽命預(yù)測(cè)是冷床軋輥壽命評(píng)估的核心內(nèi)容，它通過建立壽命預(yù)測(cè)模型來預(yù)測(cè)軋輥的使用壽命。常用的壽命預(yù)測(cè)方法包括疲勞壽命預(yù)測(cè)和磨損壽命預(yù)測(cè)。疲勞壽命預(yù)測(cè)通常采用應(yīng)力壽命法、彈性應(yīng)力法等方法，將軋輥的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)與疲勞壽命相關(guān)聯(lián)，通過預(yù)測(cè)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)來估計(jì)軋輥的疲勞壽命。磨損壽命預(yù)測(cè)則是基于軋輥表面磨損模型，通過考慮軋輥的工作條件、材料硬度和界面摩擦等因素，預(yù)測(cè)軋輥的磨損壽命。這些壽命預(yù)測(cè)方法為冷床軋輥的使用壽命提供了科學(xué)依據(jù)，能夠指導(dǎo)軋輥的維護(hù)和更換計(jì)劃的制定。

3? ? 優(yōu)化設(shè)計(jì)和維護(hù)建議

3.1? ? 材料選擇

冷床軋輥?zhàn)鳛殛P(guān)鍵零部件，其材料選擇對(duì)軋輥的使用壽命有著直接影響。因此，為提高軋輥的使用壽命，可以考慮采用高強(qiáng)度、高韌性的合金材料作為軋輥材料。常見的軋輥材料包括鐵基合金、硬質(zhì)合金等。這些合金材料具有較高的抗拉強(qiáng)度和硬度、良好的耐磨性和抗腐蝕性，能夠有效地提高軋輥的抗損傷能力和使用壽命。

3.2? ? 表面處理

軋輥的表面處理是保證軋輥表面耐磨性和防止軋輥損傷的重要措施。常見的表面處理技術(shù)包括硬質(zhì)合金涂層、鍍鉻等。其中，硬質(zhì)合金涂層可使軋輥表面形成堅(jiān)硬的保護(hù)層，提高軋輥表面硬度和耐磨性；而鍍鉻則可以在軋輥表面形成一層致密的氧化鉻保護(hù)層，進(jìn)一步提高軋輥表面的耐腐蝕性和耐磨性，并改善軋輥表面的光潔度和感官質(zhì)量。

3.3? ? 軋輥結(jié)構(gòu)優(yōu)化

冷床軋輥的內(nèi)部損傷主要源于軋輥?zhàn)陨斫Y(jié)構(gòu)和工作狀態(tài)的原因。因此，軋輥結(jié)構(gòu)的優(yōu)化可以有效地降低軋輥內(nèi)部應(yīng)力的集中度，提高軋輥的抗損傷能力和使用壽命。常用的軋輥結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施包括增加支撐孔數(shù)量并合理分布、改變軋輥凸臺(tái)形狀等。例如增加支撐孔數(shù)量可以使軋輥受力均勻分布，降低軋輥受力集中度；而采用更平緩的曲線形狀可以減少軋輥在使用過程中的應(yīng)力集中，進(jìn)一步提高軋輥的抗疲勞性能。

3.4? ? 維護(hù)管理

軋輥的維護(hù)管理主要包括定期檢測(cè)軋輥表面狀態(tài)和內(nèi)部裂紋情況、及時(shí)更換磨損過度的軋輥、對(duì)新更換的軋輥進(jìn)行必要的諧振試驗(yàn)和力學(xué)性能測(cè)試等。定期檢測(cè)軋輥表面狀態(tài)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)軋輥的磨損情況、是否存在裂紋等問題，并采取相應(yīng)的維護(hù)措施；及時(shí)更換磨損過度的軋輥有利于保證軋輥的正常運(yùn)行和提高生產(chǎn)效率；對(duì)新更換的軋輥進(jìn)行必要的試驗(yàn)和測(cè)試可以保證軋輥質(zhì)量符合要求，避免出現(xiàn)質(zhì)量問題導(dǎo)致生產(chǎn)事故的發(fā)生。

4? ? 結(jié)束語(yǔ)

冷床軋輥?zhàn)鳛橹匾纳a(chǎn)設(shè)備，在鋼材生產(chǎn)過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。通過本文提供的壽命評(píng)估方法，可以及時(shí)判斷軋輥的狀態(tài)，并采取相應(yīng)的維護(hù)和改進(jìn)措施。為了實(shí)現(xiàn)鋼材行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，需要重視冷床軋輥的優(yōu)化設(shè)計(jì)和維護(hù)工作，并加強(qiáng)技術(shù)研究和應(yīng)用推廣。相信通過共同努力，冷床軋輥的壽命延長(zhǎng)和性能提升將為鋼材生產(chǎn)行業(yè)帶來更加可持續(xù)的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

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[2]? ? 刁普.冷軋輥表面損傷的原因分析及保護(hù)措施[J].有色設(shè)備， 2008（4）：35-38.

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作者：薛飛，男，39歲，工程師

收稿日期：2023-10-23