四輥軋機(jī)平衡梁拉桿斷裂事故分析

宋 松 潘總民 劉連英

（濟(jì)鋼集團(tuán)有限公司 濟(jì)南）

一、平衡系統(tǒng)簡介

在中厚板四輥軋機(jī)中，為消除在軋制咬鋼過程中因工作機(jī)座中有關(guān)零件間的間隙所引起的沖擊現(xiàn)象，改善咬入條件，同時(shí)防止工作輥與支承輥之間產(chǎn)生打滑現(xiàn)象，一般都設(shè)置有上輥系平衡裝置。平衡裝置中包括上扁擔(dān)梁、平衡柱塞缸、兩側(cè)拉桿、下部連接梁和平衡梁，平衡梁通過燕尾槽與上工作輥系（上工作輥與上支承輥）相連，上支承輥軸承座通過球面墊與厚度自動(dòng)控制（Automatic Gauge Control，AGC）和壓下螺絲接觸。在軋制過程中，AGC下壓，上工作輥系下壓，柱塞缸回油，整個(gè)平衡系統(tǒng)整體隨之下壓，壓下道次完成后，AGC缸回油，柱塞缸上升抬起平衡系統(tǒng)，整個(gè)上輥系隨之上抬，上輥系與壓下螺絲間始終處于接觸狀態(tài)。

二、平衡系統(tǒng)拉桿斷裂事故及分析

1.事故經(jīng)過與分析

鋼廠厚板四輥粗軋機(jī)在軋制拋鋼時(shí)，鋼板卡在輥系之間出不來，檢查發(fā)現(xiàn)主平衡兩側(cè)拉桿斷裂，導(dǎo)致上輥系掉落。從當(dāng)時(shí)的軋制力、平衡系統(tǒng)的平衡力、拉桿材料、熱處理狀態(tài)及拉桿結(jié)構(gòu)等方面分析事故原因。

（1）軋制力參數(shù)。從斷裂時(shí)二級(jí)控制PDA數(shù)據(jù)看，均無過載現(xiàn)象。第一次軋制力均在45 000 kN以下，遠(yuǎn)小于額定數(shù)值70 000 kN。壓下量20 mm，扭矩在3500 kN·m以下，5250 kN·m。

（2）平衡系統(tǒng)平衡力。柱塞缸活塞直徑420 mm，工作壓力16 MPa，兩個(gè)平衡缸能承受的壓力443.3 kN。整個(gè)平衡系統(tǒng)所承受的重量，上支撐輥系和上工作輥系約270.9 t；平衡梁（包括上部扁擔(dān)梁、拉桿、東西連接梁和提升梁）及大護(hù)板（含上輥系冷卻水管、上除鱗）約50 t，上接軸部分重量約14.35 t，整個(gè)重量約 334.4 t，則過平衡系數(shù)為 1.35，在合理范圍內(nèi)（1.2～1.4），不存在柱塞缸平衡力不夠、使得上支承輥系與AGC缸脫離而造成的沖擊現(xiàn)象。

（3）45#鍛鋼力學(xué)性能。拉桿技術(shù)要求為45#鍛鋼，調(diào)制處理，探傷要求。如果拉桿材料完全按照技術(shù)要求制作，以兩根拉桿的最低抗拉強(qiáng)度600 MPa計(jì)算，拉桿最小斷面直徑121.7 mm處（下部退刀槽）所能承受的拉力為13 958.3 kN，完全滿足兩側(cè)平衡力的要求。

（4）取樣分析。拉桿式樣測試力學(xué)性能均滿足要求，σb≥690 MPa。斷裂拉桿取3個(gè)式樣一次從表層到中心，分別取表層、1/4處和1/2處進(jìn)行金相組織分析，每處取4個(gè)視場。分析3個(gè)取樣后，試樣組織主要為鐵素體+珠光體組織，晶粒從式樣表層到心部組件增大，視場中部分鐵素體從晶界析出，伸向晶粒內(nèi)部，呈魏氏體傾向，未見明顯的調(diào)質(zhì)組織（回火索氏體）。組織內(nèi)有魏氏體傾向、程度不同，這就使得式樣的淬裂傾向性加大，桿件易產(chǎn)生裂紋?？梢姉U件的熱處理工藝不達(dá)標(biāo)。

圖1 北側(cè)斷裂面

圖2 南側(cè)拉桿上部斷裂面

圖3 拉桿改進(jìn)圖

2.斷口分析

圖1是北側(cè)斷裂面，圖2是南側(cè)拉桿上部斷裂面。從斷口看，南側(cè)斷裂面發(fā)生在上部拉桿與扁擔(dān)梁連接螺紋處，斷面東側(cè)偏北有月牙形疲勞源區(qū)，其余大部分為瞬斷撕裂區(qū)；北側(cè)斷裂面在拉桿下部與叉頭螺紋連接根部的退刀槽處，疲勞源區(qū)近半偏東側(cè)，其余為瞬斷區(qū)；斷口是北側(cè)先斷，然后拉斷南側(cè)。

根據(jù)斷裂面情況可知，拉桿是在不斷的沖擊振動(dòng)（機(jī)架彈跳、軋機(jī)各部件之間間隙造成的沖擊振動(dòng)）下出現(xiàn)了疲勞裂紋，積累到一定時(shí)間，加上桿件熱處理工藝不合格，在受到較大的沖擊如拋鋼時(shí)瞬間斷裂。

3.液壓系統(tǒng)

關(guān)注檢查液壓系統(tǒng)，在PDA數(shù)據(jù)系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)平衡系統(tǒng)由瞬間憋壓現(xiàn)象發(fā)生，但時(shí)間很短或瞬時(shí)現(xiàn)象，系統(tǒng)不易采集，往往被忽視。但憋壓現(xiàn)象一旦發(fā)生，瞬時(shí)沖擊較大，便增加了拉桿瞬間沖擊力和斷裂現(xiàn)象發(fā)生的可能。

三、整改方案

（1）增加拉桿抗拉強(qiáng)度，將拉桿下部加粗，即原來M130處螺紋改為與上部一樣的M150螺紋，下部螺紋擰入端長度由110 mm加長至150 mm，叉頭部東西方向加寬至350 mm，見圖3。

（2）優(yōu)化拉桿結(jié)構(gòu)和材料，材料改為35CrMo或42CrMo；改動(dòng)上部扁擔(dān)梁部分，增加銷子，限制東西方向的擺動(dòng)自由度等。

（3）加強(qiáng)備件質(zhì)量管理，嚴(yán)格備件加工工藝。完善液壓系統(tǒng)，增加旁路溢流，加快泄壓速度，增強(qiáng)柱塞缸與AGC之間的響應(yīng)速度。

四、整改效果

整改后，拉桿在機(jī)時(shí)間已達(dá)半年之久，平衡系統(tǒng)瞬間沖擊現(xiàn)象減弱，運(yùn)行平穩(wěn)，達(dá)到整改效果。