田文罕 余鵬

【摘 要】利用自主設(shè)計的破鱗機(jī)對熱軋帶鋼進(jìn)行不同應(yīng)力狀態(tài)的破鱗試驗，采用金相顯微鏡、掃描電鏡和能譜分析對破鱗前后氧化皮的表面和界面進(jìn)行分析，研究了帶鋼不同應(yīng)力狀態(tài)下的破鱗機(jī)理。試驗結(jié)果表明，隨著拉應(yīng)力和壓應(yīng)力的增大，氧化皮全剝落率不斷增大，并逐漸趨于穩(wěn)定，且壓應(yīng)力的破鱗效果強(qiáng)于拉應(yīng)力；拉應(yīng)力作用下氧化皮以分層剝落為主，外層Fe3O4發(fā)生剝落，內(nèi)層FeO僅在缺陷處發(fā)生少量剝落；而壓應(yīng)力作用下氧化皮以全剝落為主，臨界彎曲應(yīng)力隨剝落量的增大而增大。

【關(guān)鍵詞】不同應(yīng)力；帶鋼；破鱗機(jī)理

熱軋酸洗板和冷軋板在汽車和家電等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。作為熱軋酸洗板和冷軋板的生產(chǎn)來料，熱軋后的帶鋼表面附著了一層氧化鐵皮，冷軋之前必須除去氧化皮，否則會影響冷軋板的表面質(zhì)量和損壞軋輥表面。鋼廠在進(jìn)行酸洗前要對熱軋帶鋼進(jìn)行拉伸彎曲矯直破鱗處理，促使氧化皮產(chǎn)生裂紋和剝落，降低氧化皮結(jié)合強(qiáng)度，利于酸液侵入內(nèi)部，增強(qiáng)酸洗的溶解、還原和剝離作用，提升酸洗速率。

1、破鱗原理

破鱗機(jī)的工作機(jī)理是利用鐵基體與氧化鐵皮覆層材料性能的巨大差異，采用機(jī)械方法進(jìn)行彎曲，基體材料受力后產(chǎn)生一定的彈性變形，表面氧化鐵皮則由于較低的彈性變形且破壞強(qiáng)度低，同時與鐵基體附著力差，這樣當(dāng)氧化鐵皮不能適應(yīng)金屬形狀變化而引起的內(nèi)應(yīng)力大于其破壞強(qiáng)度時，它便要破裂。帶鋼在經(jīng)過破鱗輥時上下表面處于不同的應(yīng)力狀態(tài)，最終產(chǎn)生不同形式的氧化鐵皮剝落。相關(guān)的研究表面，大彎曲能取得較好的破鱗效果。

具體來說，當(dāng)帶鋼通過破鱗輥時，帶鋼兩個表面變形情況不同，一個表面受到張力拉伸，氧化鐵皮和鐵基體的界面會產(chǎn)生裂紋，而與破鱗輥接觸的另一面將受到壓力的作用，氧化鐵皮會被擠碎成網(wǎng)狀，有的不再附著于基體上，直至脫落。

2、原破鱗輥的使用分析

2.1 破鱗輥工作環(huán)境

連續(xù)酸洗機(jī)組主要處理熱軋普通碳鋼卷和高強(qiáng)鋼卷，破鱗段最高運行速度可達(dá)200m/min 。在帶鋼沖套、甩尾的整個過程中，破鱗輥完全投入使用，工作過程中，氧化鐵皮剝落，粉塵較大。此外由于熱軋來料卷型、板型良莠不齊、帶鋼平均厚度大，在高速開卷、沖套過程中難免會對破鱗輥造成異常的沖擊和振動，在生產(chǎn)高強(qiáng)鋼時，情況更為嚴(yán)重。

2.2 破鱗輥結(jié)構(gòu)

破鱗輥主要由安裝在同一輥盒內(nèi)的工作輥和支撐輥組成。工作輥為單輥，根據(jù)板帶厚度不同，直徑可以選為60-100mm；支撐輥組由兩列組成，每個支撐輥直徑可以選100-120mm；兩類棍子均為被動輥，呈品型分布。由于工作輥直接與帶鋼接觸，表面做了硬化處理，硬化層深度5-8mm，HRC62-65。工作輥和支撐輥通過軸承組件安裝在輥盒內(nèi)。

2.3 破鱗輥使用現(xiàn)狀及分析

正如前文所述，需要被破鱗的板型良莠不齊，退火不均勻等原因，機(jī)組破鱗輥有的使用壽命不到1個月，有些破鱗輥使用壽命大約10天左右。初步分析認(rèn)為：來料板型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作輥承受載荷較大，工作環(huán)境惡劣，維護(hù)保養(yǎng)不便是影響破鱗輥工作壽命的主要原因。

機(jī)組上破鱗輥更換標(biāo)準(zhǔn)為輥面出現(xiàn)異常磨損、粘結(jié)、劃痕、剝落、熱損傷、異常聲音與振動等劣化跡象，預(yù)計會影響帶鋼表面質(zhì)量就應(yīng)更換。結(jié)合破鱗輥的歷史更換記錄，在7次更換中有5次是由工作輥磨損嚴(yán)重引起，有2次是由異音引起。故，我們可把工作輥磨損和破鱗輥的異常聲音與振動，作為影響破鱗輥使用壽命的主要原因而加以分析。

2.3.1 工作輥磨損情況分析

破鱗機(jī)工作輥直接與運行的帶鋼表面接觸，難免會產(chǎn)生磨損。當(dāng)輥面硬化層被磨掉，或局部嚴(yán)重磨損預(yù)計會影響帶鋼表面質(zhì)量即需更換。通過對破鱗原理和破鱗輥結(jié)構(gòu)的介紹，我們知道該結(jié)構(gòu)下小直徑工作輥能帶來好的破鱗效果，但小直徑的輥降低了工作輥的強(qiáng)度和耐磨性，降低了破鱗輥的使用壽命。一般情況下會選擇大一點直徑的工作輥，再配上大一點的拉矯張力，在提高工作輥壽命的前提下，達(dá)到很好的破鱗效果。

2.3.2 異常聲音與振動分析

根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗，破鱗輥的異常聲音與振動大多與軸承的非正常磨損有關(guān)。滾動體潤滑不充分，氧化物顆粒滲入都能引起非正常磨損。破鱗輥共有多個支撐輥，任意一個支撐輥的損壞都有可能引起停機(jī)事故，假設(shè)在一定條件下一個支撐輥的使用可靠系數(shù)是0.99，那么整個破鱗輥的可靠系數(shù)為 0.9934≈0.71。故，可從提高單個支撐輥的可靠系數(shù)和減少支撐輥使用數(shù)量兩個方面考慮，降低異常磨損發(fā)生的概率。

設(shè)計中支撐輥的作用是增加工作輥的剛性，若增大工作輥輥徑使之有足夠的剛性，則可考慮省去支撐輥，僅保留工作輥和使用少一些支撐輥，維護(hù)保養(yǎng)方便的同時大大提高了支撐輥影響的可靠系數(shù)。另外，隨著輥徑的增大相應(yīng)可選擇承載力更大、性能更優(yōu)的軸承。

綜上分析，在不考慮破鱗效果的前提下，可以通過改變破鱗輥結(jié)構(gòu)，采用大尺寸單輥形式，以達(dá)到延長工作輥的使用時間、減小軸承異常磨損概率、提高破鱗輥可靠系數(shù)和使用壽命的目的。

2.4 破鱗效果與生產(chǎn)成本的平衡

雖然大彎曲能取得較好的破鱗效果，但彎曲的增大也不能隨心所欲，一方面要考慮對材料加工硬化的影響，另一方面棍子太細(xì)會帶來磨損塊、使用周期短、生產(chǎn)成本上升等問題。因此選擇破鱗輥結(jié)構(gòu)與工作輥輥徑大小時應(yīng)綜合平衡破鱗效果與生產(chǎn)成本的關(guān)系。

正如前文所述，破鱗輥主要作用是對熱軋卷進(jìn)行預(yù)破鱗，將帶鋼表面附著力差、粗大的氧化鐵皮去除，我們知道機(jī)組中主要用來破鱗的設(shè)備是破鱗機(jī)，大多數(shù)的氧化鐵皮是在這里被去除?？梢哉J(rèn)為，若破鱗輥的維護(hù)成本明顯高于同類機(jī)組時，在不影響產(chǎn)品質(zhì)量的和環(huán)保要求允許的情況下，可以適當(dāng)降低破鱗效果以達(dá)到與生產(chǎn)成本的平衡。

某酸洗機(jī)組破鱗輥采用單輥形式，結(jié)構(gòu)簡單、使用壽命長，經(jīng)對比分析認(rèn)為本機(jī)組也可參照單輥形式設(shè)計新的破鱗輥。

3、新結(jié)構(gòu)破鱗輥的使用情況

參照其它同類機(jī)組入口段破鱗輥的結(jié)構(gòu)形式，結(jié)合本機(jī)組的使用環(huán)境，我們設(shè)計了新的破鱗輥，采用單輥形式，工作輥直徑加大至250mm，硬化層深度提高至10mm，軸承、軸承座、油封等相關(guān)零部件也作相應(yīng)選擇與調(diào)整。

新結(jié)構(gòu)破鱗輥已于2011年9月在機(jī)組入口下通道試驗性投入使用，使用至今工作情況良好，正常工作時間超過20個月，沒有因破鱗效果不好而影響帶鋼酸洗質(zhì)量的情況發(fā)生，說明新結(jié)構(gòu)破鱗輥的破鱗效果與實際生產(chǎn)是相適應(yīng)的。

4、結(jié)束語

破鱗輥雖然不是酸軋機(jī)組的關(guān)鍵設(shè)備，但其破鱗效果與生產(chǎn)實際的匹配一方面影響設(shè)備的維護(hù)成本，另一方面也影響了整個機(jī)組的生產(chǎn)順行。效果與成本的關(guān)系，在各個機(jī)組應(yīng)該是普遍存在的，如何平衡好兩者的關(guān)系，尋求最優(yōu)點是每個技術(shù)工作者孜孜不懈追求的目標(biāo)。本文從所在機(jī)組破鱗輥的工作環(huán)境、結(jié)構(gòu)、使用情況出發(fā)，分析了影響其使用壽命的主要原因，在參考其它同類機(jī)組和平衡效果與成本關(guān)系的基礎(chǔ)上，設(shè)計了新的結(jié)構(gòu)并予以實施，大大提高了破鱗輥的使用壽命。

參考文獻(xiàn)：

[1] 寶鋼股份C502酸軋機(jī)組機(jī)械設(shè)備培訓(xùn)教材2010年5月

[2] 王建軍，李同慶. 拉矯機(jī)破鱗原理的研究[J]. 上海金屬， 2012（1）：

作者簡介：

田文罕 男 出生年月 198006民族 漢 籍貫 甘肅省平?jīng)鍪?；學(xué)歷 本科職稱助理工程師單位 襄陽宇清傳動科技有限公司研究方向 冶金設(shè)備破磷機(jī)、拉矯機(jī)開發(fā)

余鵬 出生年月 19900224 民族 漢 籍貫 湖北襄陽；學(xué)歷 本科 職稱 助理工程師 單位 襄陽宇清傳動科技有限公司；研究方向 冶金設(shè)備破磷機(jī)、拉矯機(jī)開發(fā)