摘要：本文通过对1550酸轧机组拉矫机工作辊工作原理以及特点的分析，找出其失效机理，并提出了改进提高工作辊寿命的措施。文中提出一种新的工作辊材料BYCr12Co，在酸轧机组上用它来代替原GCr15材料，不仅提高了矫直机工作辊的寿命，而且表现出了优异的性价比，获得良好经济效益。
关键词：拉矫机；工作辊；失效机理；使用寿命
现代酸洗机组普遍采用拉伸矫直机，一般放置在酸洗工艺段之前，其作用有两个：一是通过弯曲拉伸变形来改善来料板形，保证轧机轧制时获得良好板形；另一个是破碎带钢表面氧化铁皮，以便在酸洗槽中酸液从氧化铁皮裂缝进入，提高酸洗速度及改善带钢表面质量。1550酸轧机组拉矫机是引进的日本三菱日立公司制造的设备，工作辊一直由日本三晃公司提供，材质为GCr15。由于该机组现今主要生产硅钢，拉矫机工作辊磨损快、损耗大，导致了拉矫机工作辊使用寿命短，换辊频繁。
1 拉矫机工作原理及特点
拉伸矫直机结合了多辊矫直与纯拉伸矫直的优点，利用铁基体及氧化铁皮覆层材料性能的巨大差异，采用机械方法反复弯曲，基体材料受力后产生一定的弹塑性变形，表面氧化铁皮则由于不具有塑性且破坏强度较低，同时氧化铁皮与铁基体附着力差，这样当氧化铁皮由于不能适应金属形状变化而引起的内应力大于其破坏强度时，它便要破裂。带材在经过弯曲辊时，上下表面处于不同的应力状态，最终产生不同形式的氧化铁皮剥落[1]。带材在拉伸弯曲作用下，弯曲中性层从几何中心层移向弯曲内侧，弹复时以几何中心恢复弯形，弹复曲率变小，并产生剩余延伸率，使板带材留下拉长变薄的永久变形，从而实现矫直作用。拉矫机能有效地消除热轧来料中的浪形和瓢曲等板形缺陷。
拉矫机工作辊受支撑辊轴承组元支撑，带钢经过工作辊时形成20°～ 25°的包角，在拉伸摩擦力的作用下，带动工作辊旋转，支承辊被动作同线速度运转。带钢经过拉矫机时，除对工作辊表面形成正常的压力和磨擦力外，边浪将会形成像刀片一样的切削力冲击工作辊表面，浪形的冲击对辊面损伤严重，破磷过程产生大量氧化破碎片挤入带钢和辊面之间，形成对辊面的倾轧、擦划[2]。
2 工作辊失效机理分析
酸轧机组破磷拉伸矫直机工作辊的失效主要表现为深沟磨损。从工作辊拉坏辊身取样检验，辊面硬度HRC63.5，硬化层深度6~7㎜，心部组织正常，表淬组织为隐晶马氏体+弥散碳化物，晶粒度11，这说明失效辊热处理工艺及结果已使GCr15材料对抵抗磨损做出了几尽所能贡献。
从工作辊的实际主要失效来看，主要为刨削磨损及磨料磨损形式，是由板带的边浪形冲击刮擦，特别是边浪犁刮加上坚硬氧化物的倾轧而形成，由于板材在运行的过程中，浪形的影响，板材对中的需要，将对工作辊除形成径向压力形成粘着磨损外，还将形成轴向力，轴向力将转化为工作辊两端旋转接头的承载力，在与两端挡板接触时将加大工作辊的旋转阻力。使摩擦力大大增加，同时由轴向窜动时板的横向位移，将会使垂直于表面的分力没作用，在硬粒子上的分力使颗粒与表面间发生相对切向运动。由此产生了表面剪切，划伤生成切屑，使表面产生沟槽，当表面与带尖角的硬颗粒发生剪切时，金属类似于连续切屑的形式被切去。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆1550拉矫机工作辊由于主要对硅钢板进行弯曲，硅钢材料硬度远高于普通板材，另外由于含较高的硅，材料脆性大，边缘锋利，在与工作辊接触工作时，相当于很多的硬脆磨粒对工作辊加力冲击、切削，同时加上硅较高的氧化物，在加有运动力的磨料磨损中，颗粒的动能以塑性功形式消耗于塑性表层内。这就使得表面被压陷式产生剪切变形。
当颗粒仅仅压陷表时，表面上被挤出层状的剥落物，但如发生剪切变形，材料被挖出表面，对脆性材料，颗粒的动能消耗于裂纹扩展，并使表面破碎。
从理论分析得出，低应力磨粒磨损主要可以从提高硬度来实现，而对于高应力磨粒磨损主要从碳化物强化考虑。同时加上高硬度基体来实现，如果酸轧破磷工作辊无横向切削力，只考虑高应力磨损，可以采取表面碳化物喷涂技术来提高耐磨性。有较高横向横切削力将会对表面碳化物涂层颗粒在基体上进行剪切而使颗粒脱落，这种涂层因对脆性断裂有敏感不宜使用，将无法使其性能得以发挥。所以具有高热强度和高硬度的材料比热强度较低和硬度低的材料更耐磨料磨损和粘着磨损。磨损表面的显微组织不均匀能影响磨损过程，因为像碳化物，夹杂金属间化合物和弥散相等的组织性能与基体不同，像碳化物这类硬的相组织，在一个相当硬的基体中分布很密，金属就耐磨料磨损。
3 提高工作辊寿命的措施
根据失效机理分析，针对酸轧线工作辊研制的一种高耐磨新材料BYCr2Co，BYCr12Co属工具钢类，抗高应力磨损组织优势主要在于含有大量碳化物Cr7C3.Co.VC。碳化物的弥散分布及同坚韧基体的牢固结合，构成了抵抗高应力磨粒磨损的重要因素[3]。BYCr12Co在碳化物硬度，基体韧性碳化物的量方面均优于GCr15，从而耐磨性大大提高。
4 效果对比
经拉矫机3个月的使用，用BYCr12Co制造的工作辊其平均寿命较GCr15提高140%，吨钢辊耗降低了70%，同时降低了换辊周期，提高了生产效率。酸轧辊工况恶劣，BYCr12Co表现出优异的性能，替代原设计用料获得成功。
5 结论
GCr15、9Cr2Mo等传统材料抵抗应力磨损效果较好，如一般生产线：重卷线、剪切线、镀锌（锡）线、精整线等。但对于板面质量要求高，矫直板材强度硬度高且有边浪，酸轧线破磷矫直等要求耐磨性很好或高应力磨粒磨损的生产工况已不适应。
BYCr12Co材料，碳化物数量多，硬度高，弥散分布且支承碳化物的基体韧性好，耐磨性大大提高，尤其在类似酸轧线这样高应力磨粒磨损工况更显耐磨损优势。
参考文献：
[1]张静漫，酸轧机组拉矫机在实际使用中出现的问题及原因分析，安徽冶金科技职业学院学报，2005年4月，第15卷第2期；
[2]于朝阳，贾明镜，热镀锌机组拉矫机延伸率分析，冶金设备，2009年第03期；
[3]胡庚祥，蔡洵，戎咏华，材料科学基础，上海交通大学出版社，2006年7月第2版；
[4]《BYCr12Co材料及热处理技术标准》（QB/BOYA-M15）
论文作者:任昊
论文发表刊物:《基层建设》2017年第18期
论文发表时间:2017/10/17
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