四輥粗軋機(jī)支承輥面剝落的處理

廖 克

(廣州銅材廠有限公司，廣東 廣州 510990)

提高軋輥質(zhì)量、延長使用壽命、降低成本在軋延生產(chǎn)中具有非常重要的意義。我公司Ф330/Ф760×600mm四輥粗軋機(jī)用于銅帶坯開坯工序，在生產(chǎn)過程中曾出現(xiàn)支承輥頻繁“剝落”損壞的現(xiàn)象。通過物理檢驗(yàn)、化學(xué)分析和受力分析，找出了原因。對(duì)支承輥設(shè)計(jì)稍加改造后，徹底解決了支承輥因應(yīng)力集中導(dǎo)致軋輥表面疲勞剝落的產(chǎn)生，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

1 軋輥剝落現(xiàn)象

圖1是Ф330/Ф760×600mm四輥粗軋機(jī)支承輥示意圖，軋輥鋼號(hào)86CrMoV7，軋機(jī)最大軋制壓力8000kN，生產(chǎn)過程軋制壓力大多在6200kN之內(nèi)。Ф330/Ф760×600mm四輥粗軋機(jī)在早期生產(chǎn)中，一般使用不到半年、軋制銅帶坯不到600t，就出現(xiàn)軋輥邊部表面連續(xù)嚴(yán)重剝落。由圖2可見，支承輥輥面在距輥邊約30mm處形成環(huán)狀剝落，目測(cè)最寬處約50mm，最深約6mm。將支承輥延半徑車削6～8mm削去剝落層磨削后，仍有肉眼可見的微細(xì)裂紋。因此，工作壽命一般不到50%，造成生產(chǎn)成本極大的浪費(fèi)。

圖1

圖2

2 檢驗(yàn)及原因分析

軋輥表面剝落產(chǎn)生的原因較復(fù)雜，大致可分為熱處理淬火、回火的影響產(chǎn)生殘余應(yīng)力，非金屬夾雜物，磨削裂紋，卡片、軋制滑動(dòng)引起過熱和轉(zhuǎn)動(dòng)疲勞裂紋等原因。為正確找出引起剝落的原因，有針對(duì)性地解決問題，我們做了應(yīng)力計(jì)算和測(cè)試、化驗(yàn)。

2.1 軋輥接觸應(yīng)力校核

根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)定，軋輥表面硬度為Hs65～75。校核時(shí)按Hs60的許用應(yīng)力[σ]=1300MPa計(jì)算。根據(jù)赫茲理論推導(dǎo)的軋輥當(dāng)量接觸應(yīng)力，在最大軋制力8000kN時(shí)其當(dāng)量接觸應(yīng)力為：

σb=0.6p0MPa

由工作輥直徑d=330mm，支承輥直徑D=760mm，輥身長度L=600mm得出在最大軋制力8000kN時(shí)其當(dāng)量接觸應(yīng)力為：

=1228.6(MPa)

接觸應(yīng)力在允許范圍之內(nèi)。

2.2 硬度測(cè)試

用硬度計(jì)打軋輥表面硬度。取軋輥中間輥面500mm范圍內(nèi)三個(gè)截面圓周上的四個(gè)平均點(diǎn)，硬度為Hs66～73；取距軋輥輥面兩側(cè)約50mm寬范圍內(nèi)的截面圓周上的四個(gè)平均點(diǎn)，硬度為Hs50～52，屬軟帶區(qū)。

2.3 超聲波探傷

探傷部位如圖3所示。探傷儀為CTS-8002智能型超聲波探傷儀，探頭規(guī)格為2.5P20直探頭；探測(cè)基準(zhǔn)為工件大平底面；探測(cè)靈敏度①△dB=-42.0、②△dB=-40.0、③△dB=-44.8、④△dB=-44.8，補(bǔ)償0dB；探傷當(dāng)量為Φ3平底孔。探傷結(jié)果為探傷當(dāng)量按平底孔探傷，沒有發(fā)現(xiàn)缺陷。

圖3

2.4 86CrMoV7材質(zhì)化學(xué)成分分析

86CrMoV7材料是德國牌號(hào)，相當(dāng)國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)85Cr2MoV，同85Cr2MoV成分比較，符合GB/T13314-91標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。85Cr2MoV在我國有三十幾年的使用歷史，是9Cr2Mo、9Cr2MoV的替代材料。與9Cr2MoV的主要區(qū)別是降低含碳量提高含鉻量，由此提高了軋輥的抗剝落性、耐磨性和淬透性。檢測(cè)項(xiàng)目及檢測(cè)結(jié)果如表1。

表1

2.5 金相分析

對(duì)剝落碎片進(jìn)行金相組織分析，其中夾雜物評(píng)級(jí)為球狀氧化物粗系2級(jí)+少量硫化物，金相組織為回火索代體+鏈狀碳化物。分析結(jié)果為，由于淬火加熱溫度高引起的過熱組織，使合金成分聚集在原奧氏體晶界中以碳化物的形式析出，碳化物成鏈狀分布，這種組織容易引起晶格裂紋。

2.6 生產(chǎn)過程檢查

在軋制過程中無卡片、打滑、過載現(xiàn)象。軋制為乳化液潤滑，潤滑正常。

2.7 原因分析

根據(jù)以上計(jì)算、測(cè)試和化驗(yàn)，軋輥的受力、材質(zhì)組織、熱處理結(jié)果以及生產(chǎn)過程均屬正常，一般情況下不應(yīng)出現(xiàn)頻繁“剝落”的現(xiàn)象。因此，我們進(jìn)一步從軋輥設(shè)計(jì)的合理性去進(jìn)行分析。

圖4是輥系簡圖。輥系設(shè)計(jì)采用有利工作輥彎輥的形式，工作輥比支承輥單邊長20mm。但這種輥系工作時(shí)，在較大軋制力和工作輥彎輥力共同作用下，支承輥邊部易產(chǎn)生應(yīng)力集中。結(jié)合硬度測(cè)試和金相分析結(jié)果，我們認(rèn)為由于軋輥熱處理工藝使軋輥兩端存有軟帶區(qū)與硬區(qū)，區(qū)間硬度落差較大(△Hs達(dá)10以上)，在交界面產(chǎn)生軟區(qū)，區(qū)間殘余應(yīng)力高易引起晶格裂紋。軋制過程中，在軋制力、彎輥力和軋制溫度變化而產(chǎn)生的熱應(yīng)力以及殘余應(yīng)力等應(yīng)力作用下，若支承輥的設(shè)計(jì)倒角偏小就很容易在軟硬區(qū)交界面產(chǎn)生極大的應(yīng)力集中而產(chǎn)生疲勞裂紋，導(dǎo)致剝落。本支承輥出現(xiàn)頻繁“剝落”就屬此類情況。

圖4

要解決以上剝落的產(chǎn)生，關(guān)鍵還是應(yīng)從支承輥的使用和設(shè)計(jì)方面著手，降低軟、硬區(qū)交界面的應(yīng)力集中，提高支承輥輥面抗疲勞強(qiáng)度。為此，規(guī)定支承輥工作三個(gè)月就要定期磨削，磨輥時(shí)避免走刀量過大而燒傷，產(chǎn)生微裂紋。在設(shè)計(jì)方面對(duì)支承輥?zhàn)髁烁脑?如圖5)，將軋輥邊部50mm處加工成1°～2°倒角并加大邊部倒角至R25圓角，有效地減少了應(yīng)力集中。

3 效果及結(jié)論

支承輥經(jīng)以上改造并加強(qiáng)生產(chǎn)使用管理后，收到了非常好的效果，在較大彎輥力狀態(tài)下工作支承輥也不再產(chǎn)生剝落，目前支承輥使用多年未出現(xiàn)過邊部剝落問題。事實(shí)證明四輥粗軋機(jī)支承輥剝落的主要原因是這種長短輥系結(jié)構(gòu)，如果支承輥面邊部倒角偏小，生產(chǎn)過程中就很容易在軋輥邊部熱處理時(shí)形成的硬軟區(qū)間交界處產(chǎn)生極大的應(yīng)力集中，從而引起支承輥面邊部環(huán)狀剝落現(xiàn)象。因此，在設(shè)計(jì)中需特別注意支承輥邊部的倒角結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以解決軋輥邊部應(yīng)力集中問題，減少剝落現(xiàn)象發(fā)生，提高軋輥壽命。

4 結(jié)束語

通過我公司Φ330/Φ760×600mm四輥粗軋機(jī)支承輥剝落現(xiàn)象的實(shí)例，介紹了查找其發(fā)生原因和采取的解決措施，取得了明顯效果。生產(chǎn)過程中軋輥損壞不可避免，不僅是軋輥材質(zhì)、熱處理的問題，還必須從設(shè)計(jì)、制造、使用上重視，這樣就可將軋輥損壞降到最低，使生產(chǎn)成本降到最低。

[1]鄒家祥.軋鋼機(jī)械(第3版)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2000.