鋼套筒收縮變形的成因與防治指南
2025-08-21 16:41鋼套筒收縮變形的成因與防治指南也稱steel spool ( 部分地區(qū)稱mandrel )|適用:軋制/熱處理工藝、設(shè)備與檢修團(tuán)隊(duì)。
結(jié)論先讀在不改變內(nèi)徑、兼容漲縮卷軸的前提下，采用“爐內(nèi)可拆式內(nèi)撐+端部隔熱/均熱控溫+表面粗糙度分區(qū)(中段薄噴h-BN)”的組合，可將中段收縮穩(wěn)定降低約50-70%，并較好改善圓度保持。
1.背景與問題
典型場景:鋼套筒長度約2350mm，鋁卷寬約1600mm并居中繞卷，卷重約15t。經(jīng)歷加熱/退火循環(huán)后，常出現(xiàn)中部外徑較端部更小、圓度下降，影響壽命與產(chǎn)品質(zhì)量。
2.為什么“中部更容易縮”?(通俗解釋)
●中部更熱、時(shí)間更久:兩端散熱快，中部在高溫停留更久，材料更軟，易“被壓癟”。
●熱脹差+摩擦→擠壓力:鋁比鋼膨脹多，滑移受限時(shí)會(huì)把套筒向內(nèi)“擠”;壓力峰值在中部。
●結(jié)構(gòu)更“軟”:自由跨中剛度較低，先橢圓化，易由彈性形變轉(zhuǎn)為不可逆收縮。
3.快速自檢
●中部硬度低于端部(中部回火/穩(wěn)定化更充分)。
●空載加熱(無卷)幾乎不縮或明顯好轉(zhuǎn)。
●N2氣氛下更易嚴(yán)重(氧化膜薄、摩擦系數(shù)高、滑移受限)。
●每次循環(huán)后，中部外徑持續(xù)變小而端部變化不明顯。
4.總體策略(不改內(nèi)徑)
5.可落地方案與參數(shù)
5.1 爐內(nèi)可拆式內(nèi)撐(僅爐內(nèi)使用，出爐拆除)
●覆蓋長度:≥1600mm+兩側(cè)各50-100 mm(總長1700-1800mm)。
●漲緊與接觸壓:徑向0.2-0.5 mm可調(diào);目標(biāo)接觸壓力5-10MPa;漲緊后圓跳動(dòng)≤0.05mm。
●材料/表面:主體合金鋼;接觸面耐磨涂層+高溫固體潤滑( h-BN/MoS2)，禁油脂。
●使用流程:上爐前裝入并漲緊→升/保/降溫全程在位→<150℃卸壓抽出。
●預(yù)期降幅:約40-70%(與控溫/分區(qū)疊加更穩(wěn))。
5.2 端部隔熱+均熱控溫(強(qiáng)制項(xiàng))
●目標(biāo):軸向AT(卷區(qū)-端部)≤30-40℃;厚度向AT≤40-60℃。
●做法:端部陶瓷纖維板 25-50 mm +金屬反射面;2-4℃/min升/降溫;目標(biāo)溫度前均熱10-20 min。監(jiān)測:端/中/端三點(diǎn)熱電偶全程記錄，超限及時(shí)修正曲線。
●預(yù)期降幅:約15-30%。
5.3 表面粗糙度分區(qū)+中段薄噴 h-BN(降中段擠壓峰值)
●中段(寬 1200-1600 mm ):Ra 12-15 μm，Rpk≈2 μm;薄噴h-BN5-15μm(高純、耐溫>900℃)。
●兩端(各200-300mm ):Ra 20-25 μm，Rpk 3-4 μm，提供“抓力”防整體打滑。
●打滑應(yīng)對:優(yōu)先加寬端部高Rpk 帶或略增端部Ra;保持中段低摩擦。
●預(yù)期降幅:約15-25%(N2氣氛更明顯)。
5.4 可選增強(qiáng):爐內(nèi)外托輥/鞍座
●在卷邊外側(cè)無卷區(qū)布置兩個(gè)耐熱托輥/鞍座，分擔(dān)重量，降低跨中彎矩與橢圓化。
●預(yù)期降幅:約10-20%。
5.5 長期升級(jí):外徑加厚(內(nèi)徑不變)
●壁厚 30→35 mm可顯著提升穩(wěn)定性、降低高溫蠕變速率;建議與5.1-5.3疊加實(shí)施。
●需評(píng)估重量與升溫時(shí)間增加對節(jié)拍與能耗的影響。
5.6 機(jī)上階段:漲縮卷軸脹緊壓力優(yōu)化
●在滿足扭矩傳遞的前提下，采用“較小必要脹緊壓力”(安全系數(shù)1.3-1.5)，降低內(nèi)孔局部環(huán)向高應(yīng)力。
●建議進(jìn)行一次“扭矩-壓力-打滑”標(biāo)定，形成現(xiàn)場曲線。
6.快速落地路線圖
7.SOP 摘要
7.1爐內(nèi)可拆式內(nèi)撐
●檢查→插入對中→漲緊至標(biāo)定位(接觸壓約6-8MPa)→升/保/降溫全程在位→出爐冷卻至<150℃卸壓→抽出檢查。
●每100-200h檢查接觸面與涂層;跳動(dòng)≤0.05 mm。
7.2 端部隔熱與均熱
●擋板(陶纖板 25-50mm +金屬反射面)固定可靠;2-4℃/min升/降溫;均熱 10-20min; AT 超限報(bào)警糾偏。
7.3 表面分區(qū)與 h-BN
●中段:Ra 12-15 μm、Rpk≈2μm + h-BN 薄噴并低溫烘干定型;端部:Ra 20-25 μm、Rpk 3-4 μm。
8.驗(yàn)收與監(jiān)測
技術(shù)支持
公司:洛陽廣緯精工科技有限公司(GW Precision Technology Co.,Ltd.)