四輥軋機平衡梁拉桿斷裂事故分析

宋 松 潘總民 劉連英

（濟鋼集團有限公司 濟南）

一、平衡系統簡介

在中厚板四輥軋機中，為消除在軋制咬鋼過程中因工作機座中有關零件間的間隙所引起的沖擊現象，改善咬入條件，同時防止工作輥與支承輥之間產生打滑現象，一般都設置有上輥系平衡裝置。平衡裝置中包括上扁擔梁、平衡柱塞缸、兩側拉桿、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，整個平衡系統整體隨之下壓，壓下道次完成后，AGC缸回油，柱塞缸上升抬起平衡系統，整個上輥系隨之上抬，上輥系與壓下螺絲間始終處于接觸狀態。

二、平衡系統拉桿斷裂事故及分析

1.事故經過與分析

鋼廠厚板四輥粗軋機在軋制拋鋼時，鋼板卡在輥系之間出不來，檢查發現主平衡兩側拉桿斷裂，導致上輥系掉落。從當時的軋制力、平衡系統的平衡力、拉桿材料、熱處理狀態及拉桿結構等方面分析事故原因。

（1）軋制力參數。從斷裂時二級控制PDA數據看，均無過載現象。第一次軋制力均在45 000 kN以下，遠小于額定數值70 000 kN。壓下量20 mm，扭矩在3500 kN·m以下，5250 kN·m。

（2）平衡系統平衡力。柱塞缸活塞直徑420 mm，工作壓力16 MPa，兩個平衡缸能承受的壓力443.3 kN。整個平衡系統所承受的重量，上支撐輥系和上工作輥系約270.9 t；平衡梁（包括上部扁擔梁、拉桿、東西連接梁和提升梁）及大護板（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，整個重量約 334.4 t，則過平衡系數為 1.35，在合理范圍內（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象。

（3）45#鍛鋼力學性能。拉桿技術要求為45#鍛鋼，調制處理，探傷要求。如果拉桿材料完全按照技術要求制作，以兩根拉桿的最低抗拉強度600 MPa計算，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，完全滿足兩側平衡力的要求。

（4）取樣分析。拉桿式樣測試力學性能均滿足要求，σb≥690 MPa。斷裂拉桿取3個式樣一次從表層到中心，分別取表層、1/4處和1/2處進行金相組織分析，每處取4個視場。分析3個取樣后，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，伸向晶粒內部，呈魏氏體傾向，未見明顯的調質組織（回火索氏體）。組織內有魏氏體傾向、程度不同，這就使得式樣的淬裂傾向性加大，桿件易產生裂紋。可見桿件的熱處理工藝不達標。

圖1 北側斷裂面

圖2 南側拉桿上部斷裂面

圖3 拉桿改進圖

2.斷口分析

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

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

3.液壓系統

關注檢查液壓系統，在PDA數據系統中發現平衡系統由瞬間憋壓現象發生，但時間很短或瞬時現象，系統不易采集，往往被忽視。但憋壓現象一旦發生，瞬時沖擊較大，便增加了拉桿瞬間沖擊力和斷裂現象發生的可能。

三、整改方案

（1）增加拉桿抗拉強度，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）優化拉桿結構和材料，材料改為35CrMo或42CrMo；改動上部扁擔梁部分，增加銷子，限制東西方向的擺動自由度等。

（3）加強備件質量管理，嚴格備件加工工藝。完善液壓系統，增加旁路溢流，加快泄壓速度，增強柱塞缸與AGC之間的響應速度。

四、整改效果

整改后，拉桿在機時間已達半年之久，平衡系統瞬間沖擊現象減弱，運行平穩，達到整改效果。