繆軍紅， 王 永， 張文亮， 劉朝強(qiáng)

(1.首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司， 河北 唐山 063200； 2.寶鋼軋輥科技有限責(zé)任公司， 江蘇 常州 213019)

引 言

國(guó)內(nèi)某鋼鐵冷連軋生產(chǎn)線布局為五機(jī)架六輥連軋+單機(jī)架四輥平整機(jī)，主要軋制產(chǎn)品為鍍錫板(馬口鐵)，軋制產(chǎn)品入口厚度為1.5～4.0 mm，出口厚度為0.15～1.0 mm，軋制速度1800 m/min，軋機(jī)最大軋制力為2200 t，平整機(jī)最大軋制力為1500 t。由于該產(chǎn)線的軋制產(chǎn)品主要供知名飲料企業(yè)做包裝罐，所以對(duì)產(chǎn)品的各項(xiàng)指標(biāo)要求都極高，尤其對(duì)產(chǎn)品表面質(zhì)量的要求更是極盡苛刻。2017年3月，該生產(chǎn)線發(fā)現(xiàn)一批板帶經(jīng)平整后表面存在色差，導(dǎo)致部分產(chǎn)品降級(jí)和報(bào)廢。經(jīng)對(duì)不合格板帶的檢查發(fā)現(xiàn)，板面色差存在周期性，在板面上分布的位置、大小、形狀基本不變，高度懷疑與平整機(jī)工作輥輥面質(zhì)量存在直接關(guān)系。經(jīng)停機(jī)核實(shí)，在編號(hào)為TW30079的平整機(jī)工作輥輥面對(duì)應(yīng)位置發(fā)現(xiàn)類似形狀的亮帶，由于該生產(chǎn)線的平整機(jī)工作輥都是鍍鉻后使用，經(jīng)跟蹤試驗(yàn)，這種輥面亮帶在毛化鍍鉻前并不明顯，但經(jīng)毛化鍍鉻后，亮帶則非常明顯，以至于可以復(fù)制到板帶表面，影響板帶表面質(zhì)量。

1 試驗(yàn)材料與方法

該鋼廠使用的平整機(jī)工作輥材質(zhì)為鍛鋼5%Cr材質(zhì)，這是當(dāng)前冷軋工作輥中應(yīng)用最廣的材質(zhì)之一。鍛鋼冷軋輥的制造工序一般包括：電弧爐煉鋼—鑄造—電渣重熔(ESR)—鍛造—鍛后熱處理—調(diào)質(zhì)—輥身表面感應(yīng)淬、回火—精加工至成品。該廠使用的平整機(jī)工作輥圖紙技術(shù)要求為：新輥輥身表面硬度95～98 HSD，淬硬層深度≥30 mm，軋輥?zhàn)钚≈睆綍r(shí)硬度≥93 HSD。該平整機(jī)工作輥使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)部分存在輥面亮帶，影響最終板面質(zhì)量。

針對(duì)輥面存在亮帶的軋輥，采用斯派克SDR-800型直讀光譜儀對(duì)亮帶區(qū)域和周邊區(qū)域的化學(xué)成分進(jìn)行定量分析。采用MEF-4型金相顯微鏡觀察亮帶和周邊正常區(qū)域的顯微組織，浸蝕劑為4%硝酸酒精。采用JJF-065肖氏硬度計(jì)對(duì)亮帶和周邊正常區(qū)域進(jìn)行硬度檢測(cè)。

2 結(jié)果分析與討論

2.1 亮帶區(qū)域宏觀形貌

編號(hào)為TW30079的平整機(jī)工作輥，新輥輥身尺寸為Φ435 mm，輥身使用至Φ403.25 mm時(shí)，輥身表面發(fā)現(xiàn)亮帶，亮帶宏觀形貌如圖1所示(鍍鉻后)，亮帶位于輥身軸向約中心位置，亮帶軸向長(zhǎng)度約40 mm，周向?qū)挾燃s2 mm。對(duì)亮帶區(qū)域采用4%的硝酸酒精溶液進(jìn)行腐蝕后觀察，亮帶更加明顯，腐蝕后的宏觀形貌如圖2所示。

圖1 平整機(jī)工作輥表面亮帶未腐蝕的宏觀形貌

2.2 工作輥的化學(xué)成分和硬度

采用斯派克直讀光譜儀對(duì)編號(hào)為TW30079的平整機(jī)工作輥正常區(qū)域和亮帶區(qū)域的化學(xué)成分進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表1所示。參照技術(shù)條件中MC5的成分標(biāo)準(zhǔn)，亮帶區(qū)域和非亮帶區(qū)域的化學(xué)成分并無(wú)明顯差異。

圖2 平整機(jī)工作輥表面亮帶腐蝕后的宏觀形貌

表1 平整機(jī)工作輥的正常區(qū)域和亮帶區(qū)域化學(xué)成分/%

采用JJF-065肖氏硬度計(jì)對(duì)亮帶和正常區(qū)域進(jìn)行了硬度檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果顯示，亮帶區(qū)域和正常區(qū)域硬度均在93～94HSD，兩區(qū)域的硬度并無(wú)明顯差異，也均符合圖紙技術(shù)條件要求。

2.3 工作輥的顯微組織

TW30079平整機(jī)工作輥正常區(qū)域的顯微組織形貌[1]如圖3,4所示，亮帶區(qū)域的顯微組織形貌如圖5,6所示。從顯微組織中可以看出，亮帶區(qū)域與正常區(qū)域的顯微組織均為回火馬氏體+顆粒狀碳化物+殘余奧氏體，但亮帶區(qū)域存在較為明顯的偏析條帶，放大至400X時(shí)，可以觀察到亮帶區(qū)域存在較多的顆粒狀、條帶狀共晶碳化物偏聚；這說(shuō)明亮帶區(qū)域的微觀成分存在不均勻的現(xiàn)象。由于這類成分不均勻是微觀上的不均勻且亮帶面積較小，不能滿足直讀光譜的檢測(cè)要求，所以在進(jìn)行化學(xué)成分檢測(cè)時(shí)無(wú)法檢出亮帶區(qū)域與正常區(qū)域的區(qū)別。這些微觀成分不均勻的區(qū)域正常情況下靠目視觀察是無(wú)法發(fā)現(xiàn)的，但鍍鉻工序有放大軋輥表面質(zhì)量缺陷的效果，所以鍍鉻后往往表現(xiàn)得更加明顯。

圖3 正常區(qū)域的顯微組織形貌(100×)

圖4 正常區(qū)域的顯微組織(400×)

圖5 亮帶區(qū)域的顯微組織形貌(100×)

圖6 亮帶區(qū)域的顯微組織形貌(400×)

2.4 亮帶的形成機(jī)制與預(yù)防措施

TW30079平整機(jī)工作輥輥面存在的亮帶從檢測(cè)結(jié)果分析主要為碳化物的局部偏聚所致，這些碳化物為顆粒狀和條帶狀的共晶碳化物。根據(jù)軋輥的制造過(guò)程分析，應(yīng)主要是在電渣重熔過(guò)程中工藝控制不當(dāng)形成的，這類冶金過(guò)程中造成的共晶碳化物分布不均勻在后續(xù)的鍛造和鍛后熱處理過(guò)程中如果工藝控制合理，會(huì)有一定程度的改善，即可以通過(guò)鍛造過(guò)程，將大塊的碳化物破碎并通過(guò)合理的鍛后熱處理工藝改變成圓潤(rùn)、細(xì)小的碳化物，但卻無(wú)法徹底消除。

這類碳化物的偏聚對(duì)于一般的冷軋機(jī)軋輥影響并不大，也不會(huì)在軋制板面上形成明顯的表面質(zhì)量問(wèn)題，但對(duì)于軋制鍍錫板的平整機(jī)工作輥來(lái)說(shuō)，由于這是板材冷軋的成品工序，對(duì)板材最終的表面質(zhì)量起著決定性作用，此外，平整機(jī)工作輥出于粗糙度保持性能提升的考慮，也往往是毛化鍍鉻后使用，毛化鍍鉻又常常會(huì)放大軋輥的表面質(zhì)量缺陷，使得輥面的亮帶更加明顯，從而造成了對(duì)軋制板帶表面質(zhì)量的影響。

針對(duì)鍍錫板連退平整機(jī)工作輥的特殊質(zhì)量要求，為避免連退平整機(jī)工作輥存在的碳化物偏聚，需要在前期輥坯制造過(guò)程中關(guān)注輥坯的制造工序，尤其是電渣重熔過(guò)程中要嚴(yán)格控制熔速，避免電壓、電流的過(guò)大波動(dòng)[2]，同時(shí)也需要對(duì)結(jié)晶器的冷卻速度重點(diǎn)關(guān)注，以減少或杜絕該類碳化物偏聚的存在。

3 結(jié)束語(yǔ)

由于鍍錫板連退平整機(jī)工作輥使用過(guò)程中作為板材成品軋制軋輥使用，使用過(guò)程中又需要進(jìn)行毛化鍍鉻，TW30079平整機(jī)工作輥在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了輥身表面亮帶的存在，這種亮帶的存在是由于軋輥輥坯冶煉過(guò)程中的電渣重熔工藝控制不當(dāng)所造成的局部碳化物偏聚，局部碳化物的偏聚使得該區(qū)域毛化鍍鉻后與周邊區(qū)域存在明顯的色差，這類輥面色差在進(jìn)行成品板帶軋制時(shí)，又復(fù)制到了板帶表面，從而形成了板帶的表面色差，影響了產(chǎn)品質(zhì)量。

為避免該類問(wèn)題的再次發(fā)生，需從軋輥制造源頭輥坯的電渣重熔工序強(qiáng)化工藝控制，避免電渣重熔過(guò)程中存在的電流、電壓波動(dòng)造成的局部成分偏析。