Клеть шестерённая “480” черновой линии сортопрокатного стана предназначена для разделения и передачи крутящего момента на рабочую клеть. Количество валков – 3, число зубьев – 27, модуль – 16 мм, межцентровое расстояние – 480 мм.

При прокатке полосы 45 × 6 мм из заготовки сечением 140 × 140 мм произошло разрушение среднего шевронного валка шестерённой клети черновой линии сортопрокатного стана со стороны рабочей клети по галтели в плоскости, перпендикулярной продольной оси, за посадочным местом подшипника. Нарушений температурного режима и режима обжатий, согласно показаниям технологического персонала, не было. В ходе прокатки выполнялась обрезка обоих концов заготовки. Замечаний по работе клети не отмечалось. Вибрация и шум не превышали обычный уровень.

После демонтажа при обследовании поверхности излома установлено, что разрушение вызвано воздействием высоких повторно-переменных нагрузок на фоне неудовлетворительного качества изготовления валка. Наличие многочисленных очагов разрушения в виде рубцов и ступенек по окружности сечения детали (рисунок 1) свидетельствует о зарождавшихся с поверхности усталостных трещинах. Зона начала разрушения, занимающая примерно 65% поверхности излома, имеет сглаженное, притёртое строение с намечающимися линиями усталости, сильно окислена, что указывает на наличие в изломе старой трещины. Зона долома, находящаяся в центре детали и занимающая примерно 35% площади, имеет крупнокристаллическое строение, покрыта грубыми рубцами. Такое строение излома свидетельствует о микронеоднородности металла и отсутствии необходимой по требованиям чертежа термообработки (категория прочности поковки КП 636, согласно ГОСТ 8479-70, обеспечивается только после закалки и отпуска материала детали). При осмотре зубьев шевронного валка отмечено наличие наплывов (рисунок 2), что также свидетельствует о недостаточном качестве изготовления шевронного валка.

Внешний вид поверхностей разрушения 1 Внешний вид поверхностей разрушения 2
Рисунок 1 – Внешний вид поверхностей разрушения

Внешний вид зубьев

Рисунок 2 – Внешний вид зубьев

Контрольным химическим анализом установлено, что материал валка не соответствует марке стали 30Х2ГМТ, причём при проведении спектрального химического анализа наблюдался разброс данных по ряду элементов, что подтверждает наличие химической неоднородности. Твёрдость образцов (163-170 НВ) значительно ниже требуемой по чертежу (248-293 НВ).

Шевронный валок был приобретен четырьмя годами ранее, установлен за полтора года до выхода из строя в период капитального ремонта. С пуска стана после капитального ремонта осуществлялась прокатка непрерывно литой заготовки, которая имеет худшие технологические характеристики по сравнению с традиционно использовавшейся ранее катаной заготовкой (на заготовке, полученной путём горячего реза на МНЛЗ, отсутствует скругление края, характерное для холодного реза, что приводит к повышенным ударным нагрузкам при задаче такой заготовки в клеть; “рыхлая” сердцевина приводит к дополнительной деформации концов заготовки, что влечёт необходимость обрезки их в процессе прокатки). Применяемые в настоящее время температурные режимы прокатки соответствуют использованию нижних пределов интервала допустимых температур, что также ведёт к повышенным нагрузкам на оборудование сортовых станов.

Причина аварии – разрушение среднего шевронного валка вследствие низкой эксплуатационной стойкости, обусловленной:

  • несоответствием марки стали требованиям чертежа;
  • значительной химической неоднородностью материала;
  • отсутствием термообработки, обеспечивающей необходимую категорию прочности материала детали.

Технические факторы, определившие возникновение и развитие аварии:

  • повышенные нагрузки при осуществлении прокатки, связанные с особенностями применяемой технологии и используемой заготовки;
  • отсутствие возможности выявления зарождающихся трещин в валках при проведении периодических работ по техническому обслуживанию и ремонтам оборудования.