(1. 北京首钢冷轧薄板有限公司连退作业部， 北京 101300；2. 北京科技大学机械工程学院， 北京 100083)

  针对某厂连退平整机组在生产的全部过程中发生的支撑辊剥落问题，从现场测试、理论分析、有限元仿真等方面开展了研究，发现支撑辊剥落与中间辊和支撑辊辊间接触压力的应力集中有关。结合该平整机的设备工艺特点，对支撑辊辊形来优化设计，新辊形使支撑辊与中间辊之间的接触压力的压力分布更加均匀，辊间接触压力平均值较原辊形可下降5.82%~17.16%，辊间接触压力尖峰值较原辊形可下降26.16%~62.37%，减小了应力集中且未对板形的调控性能产生一定的影响。新辊形上机应用后，该机组再未发生支撑辊的剥落现象，生产带钢板形质量良好。

  经过再结晶退火的冷轧带钢有必要进行平整，以获得交货状态需要的各种各样的性能。平整作为冷轧带钢生产的重要工序，其最大的作用为：消除退火带钢的屈服平台，防止在冲压加工时产生滑移线，调制好带钢的力学性能；改善带钢的平直度，得到较为平坦的带钢；通过对平整机工作辊表面的毛化处理，使带钢呈现不同粗糙度的表面结构，以得到镜面钢板或用于深冲用途的钢板。

  某厂冷轧连退平整机组为六辊单机架轧机，且辊系为反对称分布，可轧制厚度为0.3~2.5 mm、宽度为900~1 870 mm的带钢，最大轧制力为12 000 kN，其支撑辊材质为合金锻钢，边部存在圆弧倒角，中间辊采用CVC辊形，工作辊为平辊。在轧制某些规格的钢卷时，支撑辊发生剥落(现场称“掉肉”)现象。由于支撑辊使用周期长，在循环应力作用下，上下支撑辊与中间辊鱼尾端的边部接触点极容易产生应力集中，导致局部疲劳寿命短，形成疲劳裂纹，疲劳裂纹产生后向表面弥散，最终引发剥落。在冷轧带钢生产的全部过程中，支撑辊制造成本高、采购周期长，发生剥落事故不仅会增加生产所带来的成本，而且会极大影响轧机的正常生产。而辊形的优化有助于使辊间接触压力分布更加均匀，减小应力集中，缓解辊面剥落问题。此外支撑辊辊形也是影响轧制工艺和板形的主要的因素，对改善连退平整机的板形质量有着非常明显效果。因此，研究支撑辊剥落原因，预防支撑辊剥落，对改善轧制状态、提高产品质量有着重要的意义。

  长期以来，国内外学者针对支撑辊的剥落情况进行了很多研究，并取得了显著的成果。文献对某厂冷轧支撑辊剥落原因进行了分析，得出支撑辊剥落是由于接触高点应力集中导致次表层产生疲劳裂纹，疲劳裂纹向表层扩展最终产生剥落，针对该原因，此文提出了提高轧辊硬度、缩短使用周期、强化支撑辊超声波探伤等措施，使支撑辊剥落现象得到了有效的控制。文献中认为支撑辊剥落是由于边部倒角结构不合理引起的，并针对其轧制特点，对冷轧支撑辊边部进行了边部倒角处理，预防了支撑辊剥落事故的发生。虽然这些方法都能有效控制支撑辊的剥落情况，但提高轧辊硬度、更换轧辊会使生产成本提高，降低工作效率，而对支撑辊进行边部倒角处理，并不能有效改善此类情况的发生。本研究通过应用VCL辊形技术对支撑辊进行优化设计，使支撑辊与中间辊辊间接触压力分布更加均匀，减小了应力集中，延长了轧辊的使用周期，大大降低了生产成本，有效控制了支撑辊的剥落情况。

  首先对该厂的支撑辊剥落情况进行仿真分析，得出支撑辊与中间辊辊间接触压力存在应力集中现象，从而导致支撑辊剥落。然后，针对此原因，应用VCL辊形技术对支撑辊进行辊形优化设计，并建立三维辊系有限元模型，得出在不同工况下边部倒角辊形的支撑辊与CVC辊形的中间辊之间的辊间接触压力分布情况，以及原辊形和新辊形对连退平整机组的基本凸度点的影响。最终通过上机应用，取得了支撑辊使用周期提高的显著效果。结果表明，本文所提的方法可以使支撑辊与中间辊之间的辊间接触压力分布更加均匀，辊间接触压力平均值和辊间接触压力尖峰值显著下降，并且运用了VCL辊形技术的支撑辊板形调控效果与原支撑辊几乎相同，大大改善了冷轧连退平整机组的板形调控能力和支撑辊剥落问题。

  1)针对某厂连退平整机组支撑辊剥落问题，仿真分析发现平整轧制过程支撑辊与中间辊CVC辊形鱼尾处存在应力集中现象，同时由于弯辊力的作用，使得其接触应力成倍增加，最后导致了支撑辊出现剥落。

  2)为解决支撑辊剥落问题，考虑轧制带钢的规格、轧制力、弯辊力、工作辊辊形等影响因素，优化设计了支撑辊辊形，并对比原支撑辊辊形和新支撑辊辊形，发现采用新辊形后，支撑辊与中间辊之间的辊间接触压力分布更加均匀，且辊间接触压力平均值和尖峰值均显著下降，同时新支撑辊辊形与原支撑辊辊形的板形调控效果几乎相同。

  3)将新的支撑辊辊形进行上机应用，有效解决了支撑辊剥落的问题，且生产的带钢板形质量良好。

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