袁海永，李明，周军

（宁波宝新不锈钢有限公司）

摘　要：结合二十辊SUNDWIG轧机支承辊轴承的结构特点和工作条件，论文分析了轴承在使用过程中出现外圈爆裂的机理及原因，提出了相应的改进措施，并进行了实际使用验证。

1、引言

支承辊轴承作为二十辊轧机关键辊系组成部分，直接影响轧机的可靠性、安全性、寿命及轧制带钢的质量。支承辊轴承本身要求精度非常高，旋转精度需达到P4级以上。轴承需要定期维护，以保证使用质量。

宝新公司有两台二十辊SUNDWIG四立柱单机架可逆式轧机，Z大轧制力800t，Z高速度800m/min。该型轧机支承辊轴承共有8根，位置呈六边形分布，位于6根二中间辊外侧，每根为9段式轴承结构为双列圆柱滚子轴承，无止推垫片，有分离式挡边圈。在前期生产过程中，支撑辊易出现外圈爆裂剥落现象，给现场正常生产及质量控制造成较大影响。其主要失效表现形式为：外圈轴向出现严重开裂剥落，外圈挡边开裂剥落等，如图1、图2。

2、支承辊轴承外圈爆裂原因分析

2.1、轴承材质、硬度检测分析

通过对外圈爆裂轴承和正常轴承硬度进行检测对比，未发现明显异常，如表1、表2；对材质进行检测对比，在微观组织下，外径侧、滚道侧的马氏体组织都呈现良好的组织情况，另外，内部因为是肉厚品，确认有托氏体，如图3、图4。因此后续重点对轴承的受力情况和轴承结构进行调查分析。测定位置从各零件的侧面测定（滚子为端面），表面硬度测定结果如下。从上两表数据分析，爆裂轴承和正常轴承的区别在于，内圈的表面硬度不同，其它部分，爆裂轴承和正常轴承都具有相同的表面硬度。外圈、内圈、挡圈为60HRC左右的表面硬度，滚子为64HRC程度的高硬度。

2.2、受力分析

2.2.1、整根支承辊轴承受力分析

图5为整根支承辊轴承承受载荷、单个轴承两列滚动体和内外滚道接触受力大小情况。轧制过程中整根支承辊轴承受挠曲变形影响，中间轴承5受力Z大，考虑到中心位置附件挠度曲率变化较小，可近似的认为轴承5受均匀的压力。但出于两侧的轴承（特别是3、4、6、7）由于挠度曲率变化较大，受力情况将有所变化。

以轴承6为例，如图6所示，由于轴承面以及滚动体等塑性变形的影响，芯轴的挠度将远小于二中间辊，因此，轴承所受压力F将于芯轴成一定角度。故分解后，轴承将受到一个平行于芯轴方向的轴向力F1，轴向分力F1依靠轴承滚道侧壁及挡边抵消。若轧制力过大或者凸度设计不合理，将使支承辊轴承挠度增大，从而增大轴向分力F1。一旦分力F1超过轴承设计承受能力，将使滚动体端面、轴承侧壁及挡圈磨损，如图2，以至Z后剥落及开裂。同时，由于挠度的存在，将使两侧滚动体受力不均匀，形成偏载，靠近中心位置侧受力较大，远离中心位置侧受力较小，若偏载过大，将导致偏载侧滚道磨损严重，甚至剥落开裂。Z终撕裂外圈，如图7。

2.2.2、辊系受力分析

如图8，若轧制线前后高度不一致，将使整个辊系受力不均，轧制时将产生轴向分力，作用于支承辊轴承上将导致滚动体端面、轴承侧壁及挡圈磨损。轧制过程中一中间辊横向窜动，窜动力将通过摩擦力反作用于二中间辊，Z后传递到支承辊轴承上。若一中间辊窜动力过大，也可能导致轴向力过大。因此，应该减小窜动过程中的摩擦力。考虑到压力的不可控，因此，应尽量减小一中间辊和二中间辊的摩擦因子。

2.2.3、轧制力情况分析

表3为轧机正常轧制阶段、异常轧制阶段及各支承辊爆裂阶段轧制钢种占比平均数据。由表中数据可以看出：（1）正常阶段与异常阶段轧制各钢种比例未发生较大变化；（2）支承辊轴承爆裂多发生于轧制200/300系钢种阶段，即轧制力较大阶段。

2.3、轴承结构分析

目前国内不锈钢冷轧厂同类型二十辊SUNDWIG轧机使用NSK等进口轴承轧制过程中也存在轴承外圈爆裂问题，而且轧制工况比宝新好，如轧制力比宝新小。结合现场工况，该轴承实际已经无法承受宝新公司S