钢轨啃伤缺陷形成机理浅析

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1、攀钢技术·21·钢轨啃伤缺陷形成机理浅析官旭东（攀钢钒轨梁厂）摘要：描述了运输辊道啃伤缺陷的特征、形成过程，同时对缺陷的形成及大小进行力学上的分析计算，对缺陷的出现机组进行分析。通过现场试验证明了分析的合理性及计算的准确性，可为该类缺陷的及时查找及消除提供依据。关键词：钢轨；“啃伤”缺陷；力学分析；运输辊道；对中装置攀钢技术·23·0引言攀钢万能线采用七机架五机组工艺布置(BD1-BD2-U1E1-U2E2-UF)方式生产重轨。轧件前端进下一道次的次数比国内五机架三机组多2次，轧件前端弯曲或扭转度大，形

2、成端部缺陷的机率也就大于五机架工艺。辊道啃伤缺陷在重轨生产中曾频繁出现，一般成品端头0～4m内产生2处，严重时10m内出现5～6处。缺陷有时出现在轨头，有时出现在轨底，有时轨头和轨底同时出现，而且缺陷的形状也存在差别。曾认为轧件在运输辊道上跳动是缺陷形成原因，但采取相应措施后并未消除。笔者结合现场研究，对缺陷形成原因及部位进行了理论分析，以此提出相应的控制措施，应用效果明显，证明了分析的合理性，对钢轨类似缺陷的查找具有借鉴意义。1啃伤缺陷特征1.1轨底啃伤出现在轨底下腿尖内侧圆角处。缺陷处金属向腿内侧突

3、起，出现金属向内侧刮蹭现象，且有侧向轧制痕迹。缺陷长50～80mm左右，呈弧形形状，缺陷深度0.3～1.5mm。腿内侧金属刮蹭突起高度0.5～1.0mm，呈拱形形状，拱长50～80mm，见示意图1。1.2轨头啃伤出现在下轨头圆角R13处。缺陷处金属向轨头踏面方向突起，出现金属向踏面刮蹭现象，轧制痕迹明显。缺陷长30～50mm左右，呈弧形形状，缺陷深度0.8～1.5mm。金属刮蹭突起高度0.2～0.5mm，且成拱形形状，拱长20～40mm，见示意图2。图1下腿尖内侧圆角缺陷图2下头侧圆角R13处缺陷1.3

4、轨头轨底同时啃伤相对头、底单独出现几率较小，头、攀钢技术·23·底缺陷处于同一断面上。同头、底单独出现的缺陷类似。缺陷处金属向腿内侧及踏面突起，出现金属向腿内侧及踏面刮蹭现象，且有轧制痕迹。见示意图3。图3下头、底同时产生啃伤缺陷1.4缺陷长度分布一般在A段钢轨端头0～4m内出现2处，严重时在10m内出现5～6处，离端头越远缺陷深度及长度值越小。缺陷与缺陷之间的最小间隔1.65m左右，有时为最小间隔的2倍或3倍。2缺陷形成过程分析2.1运输辊道沟槽轨形轧件侧向与运输辊道接触，运输轨迹基本固定，因运输辊道

5、速度与轧件运行速度存在差异，数月时间内机组前后的运输辊道便磨出10～15mm深的沟槽。沟槽形状、间距与该机组轧件的形状有关，每根运输辊道的磨损沟槽基本在同一直线上。2.2轧件端部弯曲与扭转万能区轧件头部延伸系数大于底部延伸系数，出钢弯曲。出万能轧机的轧件可通过调整头底压下量控制弯曲，且对钢轨头部充满影响较少。轧边机出钢侧弯则无法通过调整头底压下量进行及时纠正。工艺优化实践表明，优化头底延伸系数可以达到轧边机出钢平直，但成品轧件头部金属充填不足满足不了标准要求。受万能轧机轴向压力不一致的影响，轧件端部还存

6、在扭转，或者头朝上或者底朝上产生扭转。2.3轧件端部对中时矫直产生缺陷弯曲轧件受运输辊道边板控制，仅端头0～4m产生大的弯曲。为保证轧件进入下道次轧制，需用机组前后的对中装置进行矫直。矫直过程中轧件轨底、或轨头、或轨底轨头同时横向滑过辊道磨损沟槽，则在钢轨与辊道沟槽的接触部位产生横向刮蹭。如轧件端部头朝上扭转，则产生轨底刮蹭；底朝上扭转，则产生轨头刮蹭；不扭转，则同时产生轨头轨底刮蹭。从而产生钢轨啃伤缺陷,见图4。轧件出轧边机时其端部通常向轨底一侧弯曲，对中装置矫直时轨头、轨底刮蹭部位的金属也自然向头部

7、方向运动。运输辊道磨损沟槽头底刮蹭头刮蹭底刮蹭对中装置图4辊道磨损沟槽及矫直刮蹭示意3缺陷形成的力学分析3.1缺陷形成分析矫直时轧件在磨损沟槽中受力分析如图5所示。F—液压缸对轧件的矫直力；Fx—垂直于辊道磨损凹槽受力面的矫直分力；Fy—沿辊道磨损凹槽受力面的矫直分力；Fx′—Fy的水平分力；Fy′—Fy的垂直分力。图5轧件在沟槽中受力分析对中装置矫直钢轨时，液压系统工作压力为13×106Pa；液压缸活塞直径为Φ140mm。则：攀钢技术·23·F=PS=13×106×3.14×0.14/2×0.14/2

8、=2×105（N）实测辊道磨损凹槽深度（轨头接触部位约10mm，轨底接触部位约15mm），运输辊道工作直径为310mm，则轧件下头部和下腿尖与沟槽的接触面积为：S下头部=7.35×10-4m2S下腿尖=1.368×10-3m2各运输辊道的磨损沟槽通常沿轧制方向排成一直线，轧件的弯曲前端通常只与一支运输辊道的沟槽接触。轧件下头部和下腿尖部位在矫直过程中所承受的压强为：P下头部=F/S下头部=2×105/7.35×10-4=2.72×108Pa