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)在客戶現(xiàn)場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)過程中,支承輥不與帶鋼直接接觸,但巨大的軋制力通過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,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、采購周期長,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。
客戶的六輥單機(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,輥身邊緣軟帶長度≤30 mm。經(jīng)測量,目前輥身實(shí)際總長為1042 mm??蛻艄拒垯C(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)端開始發(fā)生局部剝落,客戶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
2.1 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,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)使用過程中當(dāng)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)超過支承輥疲勞壽命時(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,以避免在軋制過程中,邊部與中間輥產(chǎn)生直接接觸。通過現(xiàn)場檢查該輥的邊部輥形加工情況,發(fā)現(xiàn)該輥上機(jī)前輥身邊部僅加工長度40 mm、落差0.2~0.25 mm的倒角。通過輥面外觀質(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),一般來說在軋制過程中,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,而在軋制過程中長時(shí)間直接接觸中間輥產(chǎn)生接觸疲勞,并且由于下機(jī)磨削過程中沒有完全去除疲勞層,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)行車削,去除凹坑以及裂紋,同時(shí)在車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,建議客戶在后續(xù)使用過程中根據(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。
(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) 鑒于用戶實(shí)際軋制板寬較寬,因此類似支承輥的輥身長度應(yīng)加長至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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