趙海軍，李宏宇

（唐山鋼鐵集團重型機械裝備有限公司，河北唐山 063000）

合金半鋼軋輥含C質(zhì)量分數(shù)通常在1.4%～2.3%范圍內(nèi)，機械性能處于鋼、鐵之間。這種軋輥具有硬度降落小，耐磨性能高等特點，廣泛用于型鋼、軌梁、棒材軋機粗軋和中軋機架，熱軋帶鋼連軋機粗軋、精軋前段工作輥、立輥，萬能軋機、懸臂軋機輥環(huán)、輥套等。

用于大型鋼軋機中軋機架的半鋼工作輥制造工序流程為：澆注-粗加工-熱處理-精加工。在熱處理工序時主要采用高溫擴散+正火回火的熱處理工藝。且此類軋輥傳動側(cè)輥頸往往具有較大的長徑比，在熱處理工程中輥頸極易彎曲變形，見圖1，導致輥頸端面中心孔偏移，造成加工余量不足，只能熱處理矯正，最終延誤工期，提高了產(chǎn)品成本。

1 生產(chǎn)情況

某鋼廠型鋼軋機用規(guī)格為1 000×1 100的半鋼180軋輥，其主要尺寸見圖2.

圖1 下輥頸彎曲缺陷示意

該軋輥下輥頸長徑比為5.2，該輥在制作過程中多次出現(xiàn)熱處理后傳動側(cè)輥頸彎曲變形，中心孔偏移影響加工的質(zhì)量事故。其熱處理主要工藝圖見圖3.

圖2 某鋼廠型鋼軋機用軋輥主要尺寸

圖3 熱處理工藝圖

2 事故具體情況

2.1 問題軋輥的基本情況

公司供應某鋼廠的該類軋輥，在2018年3月前生產(chǎn)18支，其中出現(xiàn)問題軋輥17支，部分軋輥變形量小，經(jīng)重修中心孔后能滿足加工要求，其他的軋輥變形量大，只能重新熱處理矯正。其中6支變形嚴重的軋輥中心孔偏離情況見表1，不合格率達33%.

表1 變形嚴重軋輥熱處理后中心孔偏離情況

2.2 問題軋輥工藝參數(shù)

該類軋輥用于型鋼軋機中軋機架，材質(zhì)為ZUB180CrNiMo，質(zhì)量事故為熱處理后傳動側(cè)輥頸彎曲變形。其工藝要求的化學成分參數(shù)見表2.

表2 工藝要求的化學成分（質(zhì)量分數(shù)，%）

3 軋輥變形原因及分析

軋輥入窯熱處理時，各部位要墊實防止變形（見圖4），但軋輥在熱處理過程中受自身膨脹、臺車變形、墊支不合理、吊裝方式等多方面影響?，F(xiàn)就各影響因素逐一進行分析。

圖4 軋輥在臺車上墊支示意圖

3.1 金屬材質(zhì)本身的線性膨脹

金屬的熱膨脹量 δ=a·d·（T-T0），式中 a 為金屬的線膨脹系數(shù)，d為軋輥直徑，T為加熱溫度，T0為室溫。由于輥身、輥頸直徑的不同，軋輥在高溫熱處理時輥身輥頸膨脹量不一致，輥身膨脹多，輥頸膨脹小。經(jīng)計算該輥輥身膨脹量為11.73 mm，輥頸膨脹量為4.5 mm，兩者相差7 mm.在940℃溫度長時間保溫，此溫度已遠高于該類材質(zhì)的塑性形變溫度，在重力作用下輥頸端部相對輥身下移7 mm，見圖5.

圖5 重力作用下輥頸端部相對輥身下移示意

3.2 臺車變形

臺車變形是大型熱處理普遍存在的問題。公司處理該輥采用丹陽江南工業(yè)爐制作的RT3-1700-12電阻爐，該爐臺車結(jié)構(gòu)見圖6.

圖6 RT3-1700-12電阻爐臺車結(jié)構(gòu)

其驅(qū)動機構(gòu)為3套電機+減速機+齒輪驅(qū)動，無電阻帶，主要結(jié)構(gòu)從下至上，依次為車輪梁、工字鋼梁框、底板、耐熱混凝土、耐熱磚。結(jié)合設(shè)備科，測得變形量見表3，繪制為折線圖見圖7.

表3 臺車變形記錄

圖7 臺車各部位形變記錄

從數(shù)據(jù)和折線圖可以明顯看出，臺車在高溫作用下中部明顯凸出，其主要原因是由于臺車內(nèi)外溫差大，梁框上部膨脹量大，梁框下部膨脹量小。這樣靠近臺車邊部的輥頸端部較靠近臺車中部的輥身由于重力作用向下偏移36 mm～40 mm.

3.3 墊支不合理

由于該輥傳動側(cè)輥頸長徑比較大，必須合理墊支，以防止變形。其一，若選用帶有電阻帶的臺車，墊支點選在電阻帶蓋板上，高溫時蓋板變形影響墊支效果。其二，墊支點間距過大，也會導致輥頸變形。其三，墊支后沒有檢查墊支是否結(jié)實，若墊支不牢固，墊支保溫磚松動、保溫磚與輥頸有間隙等等都會影響墊支效果。

3.4 吊裝方式

軋輥正火空冷工序過程中，需將高溫軋輥從臺車吊運至空淬機，此時軋輥處于塑性形變溫度，若吊裝點在輥頸端部見圖8，輥身在重力作用下，必然加重其形變程度。

圖8 吊裝點在輥頸端部

軋輥變形影響因素中臺車變形是軋輥變形的主要原因，其次是金屬本身的線性膨脹，墊支不合理、吊裝方式等人為因素可以通過制定相應制度來減少其對軋輥變形的影響。

4 防止軋輥變形措施

4.1 針對臺車變形變形采取措施

1）在臺車底板與耐熱混凝土之間鋪墊一定厚度的隔熱石棉氈，用以減少臺車金屬結(jié)構(gòu)的內(nèi)外溫差；

2）經(jīng)計算在保證臺車結(jié)構(gòu)強度的條件下，在臺車工字梁框縱梁上每隔3 m自上向下氣割100 mm深、3 mm寬的膨脹縫，以緩解臺車內(nèi)外膨脹量差。

通過這兩項措施后，測得臺車相對變形量縮減至 5 mm～10 mm.

4.2 針對金屬材質(zhì)本身的線性膨脹，預先計算反變形量

在軋輥裝爐時，在輥身下墊支5 mm～7 mm厚木板，在加熱過程中，木板自燃，輥身與金屬墊塊之間的空隙可以彌補輥身與輥頸線性膨脹差。

4.3 針對墊支不合理采取措施

首先在制定熱處理裝爐計劃時臺車帶有電阻帶的電阻爐不安排類似軋輥，其次制定入爐檢查記錄，每個支點做敲擊實驗，并做好記錄。

4.4 選用合適的吊裝方式

軋輥熱出爐時，吊裝軋輥輥身輥頸交接處，避免重力拉彎軋輥輥頸，見圖9.

圖9 吊裝吊裝點在輥頸輥身交接處

通過以上改進措施，生產(chǎn)的后續(xù)該類20支軋輥變形量見表4，可以看出輥頸彎曲變形量控制在8 mm以內(nèi)，滿足了加工余量的要求。

表4 改進措施后20支軋輥變形量

5 結(jié) 論

大型合金半鋼軋輥高溫熱處理變形主要原因來自兩個方面，一是臺車變形，二是輥身輥頸的線性膨脹相差較大。選擇合適的臺車結(jié)構(gòu)和采用木板墊支可以降低臺車變形。