熱軋機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，立輥普遍應用于熱軋機，如全部的帶材熱連軋機的粗軋機架、部分中厚板熱軋機以及全部的H型鋼軋機。配置立輥的軋機機架有2個共同特點：(1)可逆軋制；(2)立輥及立輥軸承軸線呈豎直狀態。因而立輥軸承早期失效形式基本相同。由于H型鋼軋機立輥軸承在整個熱軋機生產線所用軸承中出現問題頻次最多，對軋機生產線影響較大，故以國內某鋼鐵公司的德國西馬克米爾公司制造的TM大型H型鋼萬能可逆軋機生產線立輥軸承為對象，分析其早期失效的原因，并提出改進措施。

1 立輥與立輥軸承

大型H型鋼軋機生產線共有4架軋機組成，1架二輥可逆開坯軋機(BD)和1組萬能串列軋機機組。串列機組機架布置為：UR—E—UF，即由1架萬能粗軋機、1架軋邊機和1架萬能精軋機組成，3個機架呈連軋布置。

大型H型鋼軋機生產線共有4個立輥，分別安裝在萬能串列軋機機組中的萬能粗軋機(UR)與萬能精軋機(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

立輥自重2.5 t。立輥在線靠軋件的帶動實現轉動，理論最高速度10 m/s，最大載荷達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滑，潤滑油為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，下線車削一次，車削量根據軋輥的磨損情況而定。每個立輥軸承配備一個輥環，輥環報廢時整個立輥報廢。 每種規格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內完成。

立輥滾環內孔與軸承外徑面過盈配合，最大過盈量為0.122 mm，最小過盈量為0.075 mm。軸承內圈與立輥芯軸過渡配合，最大間隙量為0.06 mm，最大過盈量為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，主要表現為：(1)保持架磨損嚴重，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。

圖2 四列圓錐滾子軸承結構

分析認為，該軸承失效是由工作過程中受到的沖擊力造成的。軸承所受沖擊力由以下2個方面引起。

(1)開始軋鋼時的沖擊力。當軋制鋼材時(咬鋼-軋制-吐鋼)，滾道與滾子處于正常接觸狀態；當不軋制鋼材時，立輥因自重處于下沉狀態, 滾道與滾子處于非正常接觸狀態。開始軋鋼時，滾道與滾子由非正常接觸狀態瞬間轉變為正常接觸狀態，因為軸承工作游隙及其他間隙(包括滾子與內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量)的存在，滾子與保持架及內圈擋邊之間將產生一定沖擊力。游隙與間隙越大，沖擊力越大。

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

因為滾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換產生的沖擊慣性力，使得保持架梁頻繁產生塑性變形，并最終出現斷裂。同時，沖擊力使保持架兜孔表面與滾子表面接觸應力較大，會造成保持架兜孔表面磨損嚴重，使得磨屑充斥在滾子與滾道之間。

3 主要改進措施

3.1 提高保持架強度

對保持架進行碳氮共滲處理，提高保持架表面及心部硬度。普通低碳鋼進行碳氮共滲處理前、后的硬度對比見表1。從表中可以看出，普通低碳鋼保持架經過碳氮共滲后表面和心部硬度有了大幅度的提高，基本相當于40#鋼經過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、后的硬度對比 HRC

3.2 減小軸承工作時沖擊力

(1)對保持架進行車底和車邊，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滾道之間的軸向間隙。在滾子長度保持不變的情況下，保持架采用微伸展工藝，減小其兜孔長度。以380690(非標準軸承)立輥軸承為例，保持架采用微伸展工藝后，兜孔長度減小了0.3 mm；內圈滾道寬度設計尺寸減小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量。通過減小保持架兜孔壓坡量，以減小保持架徑向竄動量。以380690立輥軸承為例，保持架兜孔壓坡徑向坐標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量。以380690立輥軸承為例，保持架收縮后徑向竄動量由0.8 mm以上降為0.5 mm以下。

4 改進效果

采取上述措施后，國內某鋼鐵公司大型H型鋼軋機生產線配套的立輥軸承年抱軸頻次由改進前的8%降至1%以下，平均使用壽命提高到195 h以上，比進口軸承平均使用壽命還要高出11.43%；國內某鋼鐵公司中型H型鋼軋機生產線配套的立輥軸承兩年來沒有發生軸承抱軸現象，軸承最低使用壽命為過鋼量5×104t，達到了進口軸承水平，改進效果明顯，均已全部替代進口軸承。

此經驗推廣至帶材熱連軋生產線粗軋機架、部分中厚板熱軋機立輥軸承及單機架可逆冷軋板帶軋機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。