防止卷取机卷筒表面打滑的修复技术

邓博钦，周 懿，孙宏毅，杨 安

（中国宝武钢铁集团宁波宝新不锈钢有限公司，浙江宁波 315807）

0 引言

某连续退火炉生产线在生产使用过程中卷筒表面光洁度降低，产生薄料打滑问题，产生助卷时候的卷皱卷不紧问题。针对该问题的修复方案，前期调查应用的技术有卷筒扇形板表面HVOF 喷涂技术等，所需工期长、费用不菲，都不符合此生产线的实际情况，因此找出一种经济实用的合理方案尤为重要。

1 卷取机概况及现场使用情况

某连续退火炉生产线卷取机，是将冷轧板线卷曲成卷筒状的机械设备，便于中间过程运输及下工序开卷。卷取机一般构成有卷筒、皮带助卷机、辅助压辊等。带钢卷取时，一般需要使用皮带助卷机进行前几圈的助卷，然后再依靠带钢与卷筒之间的摩擦力和带钢张力进行张力卷取（图1）。卷筒表面光洁度降低引起的打滑卷皱问题，使设备维护人员和生产操作人员难以应对。发生卷皱问题时，轻则造成机组降速影响产量，重则造成带头切废、分卷及保留等严重后果。2014 年某公司对1SP 机组进行过喷砂处理卷筒表面，当时该卷筒有备件，拆卸外出修复总共耗时3 个月。对于没有卷筒备件的机组，不具备这样的修复条件。根据观察后续的使用情况，经过喷砂处理的表面，也无法达到表面的要求。

图1 光滑的卷筒表面

2 国内外现有技术情况

机器人喷丸处理是设备的一个冷处理过程，即无数个小球形钢丸连续捶打零件表面，每颗钢丸撞击金属零件上，如一个微型棒槌敲打表面，捶出小压痕或凹陷。为形成凹陷，金属表层必定会产生拉伸。表层下，压缩的晶粒试图将表面恢复到原来形状，从而产生一个高度压缩力作用下的半球。无数凹陷重叠形成均匀的残余压应力层，在此压应力区域内，裂纹难以形成或延展。由于几乎所有的疲劳和应力腐蚀失效都发生在零件表面或靠近表面的地方，因而通过喷丸强化导入压应力可显著地延长零件寿命。强化产生的残余压应力强度必须达到该零件材料1/2 拉力强度。很多金属疲劳失效的元凶是拉应力，这些拉应力产生是由于外部施加的交变载荷或生产过程如焊接、研磨、机加工形成的残余应力。拉应力试图将零件表面拉伸或拉扯，最终导致裂纹的产生。而压应力挤压表层处的晶粒，使该区域的晶粒结构夯实、紧固地结合在一起，从而极大地延缓疲劳裂纹的形成。压应力层下，细纹延展缓慢，因此增加压应力层深度，能有效抑制裂纹发生和发展。主要的应用实践常见于普通零件表面的处理，应用于卷筒表面的处理尚没有先例。

3 解决问题的修复技术方案

通过喷丸处理技术，修复卷筒表面的粗糙度，达到稳定设备的目的。对卷筒表面采取喷射丸粒强化处理，是机器人喷丸强化处理设备的一个冷处理过程。用无数的细小钢丸，连续击打扇形板工作表面，形成凹坑，在一个相对密闭的环境下对每一块扇形板表面喷丸处理。扇形板金属表面层形成凹坑后，无数凹坑形成一个均匀的基础结构层（图2），达到原始要求的粗糙度要求。由于击打造成金属表面的金属致密度提升，其性能相对提高，达到使用的要求。

图2 喷丸强化原理

4 实施案例

（1）预处理。拆卸卷筒扇形板，用清洗液对表面进行清洗，去除污渍如油脂、污垢、油腐蚀等，防止喷丸粒造成表面不均匀的影响。同时检查表面使用一段时间后的磨损状况。

（2）对卷筒扇形板重要部位进行保护。由于4 块扇形板本体上有螺栓安装孔，内侧有与卷筒四棱锥配合的要求表面，这些部位必须进行螺纹保护和贴面保护，防止长时间喷丸对该表面造成损坏。

（3）预先喷射调整。对扇形板进行局部喷射，选择合适直径的丸粒和喷射速度，试验出满足要求的喷丸工艺（表1，图3）。

表1 喷丸强化前后粗糙度对比

（4）通过试验得出影响最终效果的因素主要有喷射速度、丸粒大小、丸粒硬度和选择的丸粒形状。按照符合要求的喷丸速度、喷丸直径、喷丸强度进入喷丸室进行喷丸强化处理。其具体参数：喷丸尺寸0.3 mm，强度HRC65，喷射速度80 m/s，喷丸时间2 h，数量4 块，零件尺寸1600 cm×420 cm×50 cm。

（5）对喷丸的扇形板进行检查（图4）。清理表面，然后比对检验表面粗糙度，测量硬度，标准粗糙度要求Ra0.5，硬度要求45～55 HRC。比较机器人喷丸处理前后的扇形板表面情况（图5）。

图3 喷丸强化测试

图4 喷丸强化后的表面

图5 喷丸强化处理前后表面对比

5 实施后效果

使用半年后的表面，表面粗糙度保持如初（图6），从生产实际卷筒使用情况，没有发生助卷打滑等影响质量的问题，修复前后效果非常明显。在采用上述修复方案前，曾与国内生产卷筒的厂家联系，答复做备件的采购费用至少30 万元，非常昂贵。通过上述方案进行修复，实际花费1.53 万元，大大节约了维护成本，到达了良好的效果。

图6 使用半年后的情况

6 结束语

经过摸索试验，喷丸强化使用在卷筒表面是切实可行的，具有修复时间短、修复价格低的优势，很好地解决了因卷筒表面打滑造成产品质量事故的问题，在处理卷取打滑时具有一定的借鉴性和参考价值。