热轧薄板精轧机止推轴承损坏失效研究

  作何：张毅

     一、前言

某冶金企业1580热轧薄板生产线精轧机架F5～F7工作辊止推用双列圆锥滚子轴承3706/330，外形尺寸0330×0520×180mm，见图1。在生产使用过程中多次发生轴承损坏失效，严重的影响了生产正常进行。为此，针对轴承损坏现象，在现场进行调查了解，并根据轴承失效形态及轴承使用工况与相关技术人员进行充分技术交流，并对轴承的损坏进行了失效分析。

二、1580热轧板材生产线工艺装备及技术参数

    1．工艺装备

    主机：Rl两辊可逆式粗轧机（前有立辊）+R2四辊可逆式粗轧机+F1～F7七机架精轧机（均四辊）+双卷取机。

    2．技术参数

    (1)精轧机轧制负荷：34000KN。

    (2) F4-F7工作辊转速nm。。=588rpm。

    (3)轧制速度：：V4=3.85m/s V5=4.82m/s V7=7.53m/s。

    (4)单侧弯辊力：F5-F7=1500KN，

    (5)润滑方式：2#锂基润滑脂。

    (6)产品规格：成品厚度1.2mm-1.6mm×宽700mm-1500mm。

    (7)最大卷径：内径0762mm，外径02080mm。

    (8)卷重：max29.9吨。

三、失效轴承外观检验

    现场检测F5-F7工作辊止推用双列圆锥滚子失效轴承，该轴承和轧辊辊径及轴承箱已产生严重热变形和粘连。轴承各零部件具体损伤外观检验情况如下：

    1．轴承内圈外观

    (1)靠轧辊辊身侧轴承内圈A列与轧辊轴肩接触处的内倒角圆周已发生并有相对滑动的痕迹和严重热变形，该倒角处在轴向方向磨损成大约达20mm以上的圆形变形，并扩展到端面，整个端面已变窄仅为原来的一半，而内圈另一侧列倒角与端面完好。

    (2)该轴承内圈的B列保持架和部分滚子均已破损脱落，内圈沿圆周小挡边占滚道1/3宽均产生断裂现象；断口为脆性断裂形态，呈浅灰色，较新，断口多处出现韧窝。

    (3)轴承内圈B列滚道外观可以看到，因轴承整体发热变成深黑色，硬度降低后，滚子在重载荷下与内圈相交母线在滚道轴向上产生多条与滚子间距相等的凹陷现象。

    (4)轴承内圈内径无明显的与轧辊辊径打滑现象，但可以看到在松配合情况下因冷却水介质渗入后，内径表面有较明显的锈蚀现象。

    2．轴承外国外观

    (1)轴承B列外圈滚道整个圆周表面有较严重的与滚动体接触转动划伤痕迹；而A列外圈滚道表面状态良好。

    (2)轴承两个外圈外径、端面整体上存在发热变色现象，从变色程度推测温升达300℃以上。

    3．滚动体外观

    (1)轴承A列内圈组件上未脱落的整列滚子，表面均呈发黑变色现象；

    (2)轴承内圈B列中未脱落的滚动体的两端面倒角与内圈中档边和小挡边呈现硬性接触挤碰，滚子两头倒角形成椭圆变形，且该列保持架也严重损坏。

    4．保持架外观

    (1)保持架外观可以看到，部分过梁产生断裂（估计有10粒滚子长度）个别未断过梁有经滚子碾压而造成过梁呈刀片状歪斜现象，另保持架大头圆周约长200mm过梁全部断掉。

    (2)未脱落滚子的一列保持架表面呈长期脱油和因水浸入而产生表面氧化锈蚀现象。

    5．外隔圈外观

    外隔圈整体无明显变形和磨损现象，但表面也有轻微发热变色和残油中有较严重的污物现象，且个别油孔存在因油脂和污物混杂的堵塞现象。

    6．轴承整体外观

    轴承整体和各零部件外观发现，轴承零件表面残存油脂存在较严重的污染状况。

    (1)润滑油脂有严重氧化后变色现象。

    (2)润滑油脂中有明显的热轧板材产生的氧化皮异物和铁粉侵入现象。

    (3)润滑油脂中呈现因水侵入后产生的稀释现象。

四、轴承失效原因分析

    1．从轴承整体存在污染、发热和变形损坏情况可以看出，该轴承在使用过程中，由于氧化皮、冷却水长期侵入，造成轴承内径、保持架等部位严重锈蚀，严重影响轴承的正常使用。而产生上述现象的原因肯定系因轴承座密封效果欠佳造成。

    2．从滚子和保持架发生严重变形可以推测：工作中因轴承内腔进入水和氧化皮等污物影响，不但破坏轴承润滑油膜而且工作中造成滚子因氧化皮卡阻不能正常旋转，并产生歪斜以至打横现象发生，破坏了滚动条件，从而诱发将内圈和保持架小挡边磨损、挤断。另外，滚动体内外滚道因冷却水的介入破坏了润滑油膜，使两零部件接触旋转件之间接触打滑摩擦进而造成轴承发热严重，严重导致烧熔事故发生。

    3．从轴承一侧内倒角与轧辊辊肩接触处产生较大的塑性变形，可以推测：该止推轴承在工作中，因轴承内部打滑发热，则在轧辊轴向推力挤压作用下，因发热而形成热变形。

    另外，内滚道上产生多粒滚子压陷现象也系高温、高压影响所致。至于轧辊轴向推力，则系多种因素造成，且不可避免。故轧机设备在设计时即已考虑此种受力状态，则特意设计配置有止推轴承。

五、结论

  该止推轴承严重损坏的主要原因是密封效果不良，使轴承孔腔内进入异物（氧化皮、铁粉等）后破坏了轴承正常工作的滚动条件，使滚动体卡滞、歪斜打横以致将轴承内圈挡边和保持架挤断。而由于冷却水的介入也使轴承内部润滑油膜破坏造成内部旋转件产生刚性接触进而产生摩擦发热造成烧损。因此建议：

    1．每次下机换辊时要及时检查轴承箱，查看密封装置，严格控制异物和冷却水的进入，并根据实际情况及时进行更换破损密封件。

2．轴承注脂方面也要注意充分保证注脂量和适当提高润滑脂的粘度，以提高轴承润滑的抗水性能。 

六 摘要：通过对轧机止推轴承发生早期损坏的原因分析，得出引起轴承失效的主要原因是由于轴承工作中密封效果不良、异物和冷却水进入箱体孔腔造成。提出了提高轧机轴承使用寿命的看法和建议。