Por que ocorrem danos nas ranhuras em rolos de aço rápido – e como resolvê-los

Os rolos de aço rápido (HSS) são amplamente utilizados em laminadores a quente devido à sua excelente resistência ao desgaste, longa vida útil e forte relação custo-desempenho. Na produção de barras de aço nervuradas, os rolos HSS podem proporcionar uma produção de laminação muito maior do que muitos materiais de rolo convencionais. No entanto, na operação real do moinho, o desempenho final dos rolos HSS depende não apenas do material em si, mas também do projeto da ranhura, das condições de resfriamento, da prática de reparo e do controle operacional.

Um caso prático da produção de barras nervuradas mostrou que dois modos de falha comuns podem ocorrer durante o serviço de rolo de HSS: quebra do colar do rolo entre ranhuras adjacentes e lascamento ou descascamento da ranhura na parte inferior da ranhura. Esses problemas podem afetar diretamente a qualidade do produto, reduzir a vida útil do rolo e, em casos graves, até causar acidentes de rolamento ou paradas inesperadas. De acordo com o documento, tais defeitos já criaram um risco oculto significativo na produção e levaram a uma taxa média anual de produtos defeituosos de cerca de 0,02%.

Do ponto de vista técnico, este tipo de dano é essencialmente um processo de falha por fadiga. Durante a laminação, as ranhuras são submetidas a condições de trabalho complexas, incluindo força de laminação, carga de impacto, tensões térmicas repetidas causadas por material quente e água de resfriamento, bem como tensões de compressão axial. Sob essas cargas combinadas e flutuantes, microfissuras podem iniciar e se propagar gradualmente até aparecerem fraturas visíveis, descascamento ou lascamento local.

O artigo identifica várias razões principais por trás dos danos. Um fator chave foi a resistência insuficiente do colar de enrolamento. Na prática, uma dureza mais elevada melhora a resistência ao desgaste, mas também reduz a tenacidade, o que torna a área do colar mais vulnerável à quebra. A experiência de design tradicional já não era suficiente nas condições reais de rolamento. Outro fator importante foi o baixo desempenho de refrigeração. A descoloração azulada na borda do sulco e temperaturas superficiais acima de 80°C indicaram que o efeito de resfriamento foi inadequado, o que promoveu a formação de trincas. Além disso, se a margem de reparo da ranhura fosse muito pequena, microfissuras poderiam permanecer após o torneamento e crescer rapidamente quando o rolo fosse colocado novamente em serviço. O documento também observa que a largura excessiva da passagem K2 e a operação inadequada, como contato anormal da guia ou enrolamento do rolo, podem acelerar ainda mais os danos na ranhura.

Para resolver estes problemas, foram implementadas diversas medidas práticas. Primeiro, a distância central da ranhura foi aumentada e a largura do colar do rolo foi ampliada para melhorar a resistência do colar. Ao mesmo tempo, o raio do filete da ranhura foi aumentado para reduzir a concentração de tensão. Em segundo lugar, o sistema de refrigeração foi atualizado. Um novo sistema de recirculação de água de média pressão foi introduzido e o dispositivo de resfriamento do rolo foi otimizado várias vezes para melhorar a eficiência do resfriamento. Durante a produção, a pressão da água de resfriamento foi mantida acima de 0,5 MPa e, após a parada da laminação, a temperatura da superfície da ranhura foi controlada abaixo de 35°C. Terceiro, a margem de reparo foi aumentada para garantir que todas as rachaduras na parte inferior e na borda da ranhura fossem completamente removidas antes que o rolo voltasse ao serviço. Finalmente, foi aplicado um controle mais rígido no projeto do passe e na operação do moinho, a fim de evitar sobrecargas e danos mecânicos acidentais.

Os resultados da melhoria foram muito claros. Depois que essas ações corretivas foram aplicadas, a fábrica não sofreu mais quebras repetidas do colar de rolo ou lascamento de ranhuras na produção de barras nervuradas. Para a laminação de barras nervuradas de 12 mm, a produção média por canal atingiu cerca de 350 toneladas, cerca de 230 toneladas superior à dos rolos bainíticos. Com maior vida útil da ranhura e frequência de troca de rolo reduzida, a eficiência da produção melhorou significativamente. O documento informa que a taxa de funcionamento da fábrica aumentou em média 2,08%, enquanto a produção anual aumentou cerca de 15.000 toneladas, criando benefícios económicos consideráveis.

Este caso mostra mais uma vez que o sucesso da aplicação de rolos HSS não é determinado apenas pela qualidade do material. O projeto adequado da ranhura, resfriamento suficiente, remoção completa de trincas durante o reparo e prática operacional disciplinada são essenciais para alcançar desempenho estável e vida útil máxima do rolo. Para siderúrgicas que desejam melhorar a eficiência da laminação e reduzir o custo total do rolo, esses detalhes são tão importantes quanto o próprio material do rolo.