熱軋機(jī)立輥軸承早期失效分析

柳楓

(瓦房店軸承股份有限公司，大連 116300)

在鋼鐵行業(yè)，立輥普遍應(yīng)用于熱軋機(jī)，如全部的帶材熱連軋機(jī)的粗軋機(jī)架、部分中厚板熱軋機(jī)以及全部的H型鋼軋機(jī)。配置立輥的軋機(jī)機(jī)架有2個(gè)共同特點(diǎn)：(1)可逆軋制；(2)立輥及立輥軸承軸線呈豎直狀態(tài)。因而立輥軸承早期失效形式基本相同。由于H型鋼軋機(jī)立輥軸承在整個(gè)熱軋機(jī)生產(chǎn)線所用軸承中出現(xiàn)問(wèn)題頻次最多，對(duì)軋機(jī)生產(chǎn)線影響較大，故以國(guó)內(nèi)某鋼鐵公司的德國(guó)西馬克米爾公司制造的TM大型H型鋼萬(wàn)能可逆軋機(jī)生產(chǎn)線立輥軸承為對(duì)象，分析其早期失效的原因，并提出改進(jìn)措施。

1 立輥與立輥軸承

大型H型鋼軋機(jī)生產(chǎn)線共有4架軋機(jī)組成，1架二輥可逆開(kāi)坯軋機(jī)(BD)和1組萬(wàn)能串列軋機(jī)機(jī)組。串列機(jī)組機(jī)架布置為：UR—E—UF，即由1架萬(wàn)能粗軋機(jī)、1架軋邊機(jī)和1架萬(wàn)能精軋機(jī)組成，3個(gè)機(jī)架呈連軋布置。

大型H型鋼軋機(jī)生產(chǎn)線共有4個(gè)立輥，分別安裝在萬(wàn)能串列軋機(jī)機(jī)組中的萬(wàn)能粗軋機(jī)(UR)與萬(wàn)能精軋機(jī)(UF)上。其軋輥布置形式如圖1所示。

1—H型鋼；2—左立輥；3—上水平輥；4—右立輥；5—下水平輥

立輥?zhàn)灾?.5 t。立輥在線靠軋件的帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，理論最高速度10 m/s，最大載荷達(dá)6 000 kN左右，一般在4 000 kN左右。在線使用水冷卻，軋制溫度一般在40 ℃以下。立輥軸承采用油氣潤(rùn)滑，潤(rùn)滑油為460#齒輪油。

立輥輥徑使用范圍為880～980 mm。每上線軋制3 000 t左右，下線車(chē)削一次，車(chē)削量根據(jù)軋輥的磨損情況而定。每個(gè)立輥軸承配備一個(gè)輥環(huán)，輥環(huán)報(bào)廢時(shí)整個(gè)立輥報(bào)廢。 每種規(guī)格H型鋼軋制工藝和道次不同，一般一根H型鋼可逆軋制5～9道次，在3～5 min內(nèi)完成。

立輥滾環(huán)內(nèi)孔與軸承外徑面過(guò)盈配合，最大過(guò)盈量為0.122 mm，最小過(guò)盈量為0.075 mm。軸承內(nèi)圈與立輥芯軸過(guò)渡配合，最大間隙量為0.06 mm，最大過(guò)盈量為0.025 mm。

2 軸承失效形式及原因

立輥軸承(圖2)早期失效形式主要為軸承抱軸，主要表現(xiàn)為：(1)保持架磨損嚴(yán)重，磨屑充斥于滾子與滾道之間；(2)保持架梁斷裂，滾子擠在一起并在滾道中滑動(dòng)。

圖2 四列圓錐滾子軸承結(jié)構(gòu)

分析認(rèn)為，該軸承失效是由工作過(guò)程中受到的沖擊力造成的。軸承所受沖擊力由以下2個(gè)方面引起。

(1)開(kāi)始軋鋼時(shí)的沖擊力。當(dāng)軋制鋼材時(shí)(咬鋼-軋制-吐鋼)，滾道與滾子處于正常接觸狀態(tài)；當(dāng)不軋制鋼材時(shí)，立輥因自重處于下沉狀態(tài), 滾道與滾子處于非正常接觸狀態(tài)。開(kāi)始軋鋼時(shí)，滾道與滾子由非正常接觸狀態(tài)瞬間轉(zhuǎn)變?yōu)檎＝佑|狀態(tài)，因?yàn)檩S承工作游隙及其他間隙(包括滾子與內(nèi)滾道和保持架兜孔之間形成的軸向間隙、軸承裝配保持架收縮后形成的徑向竄動(dòng)量)的存在，滾子與保持架及內(nèi)圈擋邊之間將產(chǎn)生一定沖擊力。游隙與間隙越大，沖擊力越大。

(2)咬鋼與吐鋼轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的沖擊慣性力。在可逆軋制鋼材的過(guò)程中,立輥軸承的轉(zhuǎn)速為190 r/min，咬鋼與吐鋼轉(zhuǎn)換時(shí)，立輥在瞬間改變旋轉(zhuǎn)方向，滾子與保持架兜孔間會(huì)產(chǎn)生極大的沖擊慣性力。

因?yàn)闈L子與保持架硬度差異較大，上述沖擊力特別是咬鋼與吐鋼轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的沖擊慣性力，使得保持架梁頻繁產(chǎn)生塑性變形，并最終出現(xiàn)斷裂。同時(shí)，沖擊力使保持架兜孔表面與滾子表面接觸應(yīng)力較大，會(huì)造成保持架兜孔表面磨損嚴(yán)重，使得磨屑充斥在滾子與滾道之間。

3 主要改進(jìn)措施

3.1 提高保持架強(qiáng)度

對(duì)保持架進(jìn)行碳氮共滲處理，提高保持架表面及心部硬度。普通低碳鋼進(jìn)行碳氮共滲處理前、后的硬度對(duì)比見(jiàn)表1。從表中可以看出，普通低碳鋼保持架經(jīng)過(guò)碳氮共滲后表面和心部硬度有了大幅度的提高，基本相當(dāng)于40#鋼經(jīng)過(guò)表面淬火后的表面及心部硬度。

表1 普通低碳鋼碳氮共滲處理前、后的硬度對(duì)比 HRC

3.2 減小軸承工作時(shí)沖擊力

(1)對(duì)保持架進(jìn)行車(chē)底和車(chē)邊，減小其重量，從而減小沖擊慣性力。

(2)減小滾子與保持架兜孔和內(nèi)滾道之間的軸向間隙。在滾子長(zhǎng)度保持不變的情況下，保持架采用微伸展工藝，減小其兜孔長(zhǎng)度。以380690(非標(biāo)準(zhǔn)軸承)立輥軸承為例，保持架采用微伸展工藝后，兜孔長(zhǎng)度減小了0.3 mm；內(nèi)圈滾道寬度設(shè)計(jì)尺寸減小0.5 mm。

(3)減小軸承軸向游隙。以380690立輥軸承為例，軸向游隙由原來(lái)的0.7～0.8 mm減小到0.45～0.55 mm。

(4)減小保持架兜孔壓坡工序形成的徑向竄動(dòng)量。通過(guò)減小保持架兜孔壓坡量，以減小保持架徑向竄動(dòng)量。以380690立輥軸承為例，保持架兜孔壓坡徑向坐標(biāo)尺寸由原保持架板厚的1/2減小到1/3。

(5)減小軸承裝配保持架收縮后徑向竄動(dòng)量。以380690立輥軸承為例，保持架收縮后徑向竄動(dòng)量由0.8 mm以上降為0.5 mm以下。

4 改進(jìn)效果

采取上述措施后，國(guó)內(nèi)某鋼鐵公司大型H型鋼軋機(jī)生產(chǎn)線配套的立輥軸承年抱軸頻次由改進(jìn)前的8%降至1%以下，平均使用壽命提高到195 h以上，比進(jìn)口軸承平均使用壽命還要高出11.43%；國(guó)內(nèi)某鋼鐵公司中型H型鋼軋機(jī)生產(chǎn)線配套的立輥軸承兩年來(lái)沒(méi)有發(fā)生軸承抱軸現(xiàn)象，軸承最低使用壽命為過(guò)鋼量5×104t，達(dá)到了進(jìn)口軸承水平，改進(jìn)效果明顯，均已全部替代進(jìn)口軸承。

此經(jīng)驗(yàn)推廣至帶材熱連軋生產(chǎn)線粗軋機(jī)架、部分中厚板熱軋機(jī)立輥軸承及單機(jī)架可逆冷軋板帶軋機(jī)軋輥配套的沖壓保持架四列圓錐滾子軸承上，均收到了良好的效果。