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        鋼帶表面質(zhì)量缺陷原因分析及改進(jìn)措施

        2020-12-10 11:04:36范細(xì)忠何士國(guó)于斌賀亮付青才王剛
        鞍鋼技術(shù) 2020年6期
        關(guān)鍵詞:輥輥麻點(diǎn)氧化鐵

        范細(xì)忠,何士國(guó),于斌,賀亮,付青才,王剛

        (鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司,遼寧 營(yíng)口115007)

        熱軋鋼帶產(chǎn)品作為鋼材市場(chǎng)最為重要的品種之一,廣泛應(yīng)用于汽車、家電、管線、造船等領(lǐng)域。隨著鋼鐵市場(chǎng)的發(fā)展,部分鋼鐵企業(yè)更多地把眼光放在追求規(guī)模和成本上,忽視了產(chǎn)品質(zhì)量的提升。由于熱軋高溫連續(xù)化生產(chǎn)以及其工藝特點(diǎn),在常規(guī)軋制時(shí)產(chǎn)品會(huì)出現(xiàn)表面麻點(diǎn)、鐵皮、周期性掛臘等表面質(zhì)量問題,無法正常交貨,嚴(yán)重時(shí)甚至需要判廢處理。因此,研究鋼帶表面質(zhì)量控制技術(shù),對(duì)于提高熱軋表面質(zhì)量,提升產(chǎn)品品質(zhì)有著重要意義。

        1 帶鋼表面質(zhì)量缺陷

        帶鋼在連續(xù)化生產(chǎn)過程中,由于高溫軋制控制不當(dāng),斷面溫度不均,操作控制不當(dāng)?shù)仍?,生產(chǎn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)各種帶鋼表面質(zhì)量缺陷。按缺陷類型來分,有麻點(diǎn)缺陷、鐵皮缺陷、周期性掛臘缺陷、鉻印缺陷、劃傷缺陷、翹皮缺陷、夾雜缺陷、挫傷缺陷、飛刺缺陷、鉻痕缺陷等??紤]到夾雜、翹皮缺陷主要由板坯帶來,飛刺、挫傷、鉻痕等缺陷產(chǎn)生原因單一,因此,著重介紹前三種缺陷,并在后續(xù)進(jìn)行原因分析和控制。

        1.1 麻點(diǎn)缺陷

        麻點(diǎn)缺陷在帶鋼表面上呈針點(diǎn)狀密集分布,嚴(yán)重時(shí)會(huì)呈片塊狀,甚至連續(xù)條狀分布,該缺陷一般產(chǎn)生于鋁鎮(zhèn)靜鋼,軋制溫度越高,軋制成品厚度規(guī)格越薄,缺陷產(chǎn)生幾率及程度都會(huì)明顯增加。缺陷經(jīng)酸洗后,在板面可以看到明顯的密集凹坑,缺陷嚴(yán)重時(shí),有些不能徹底被酸洗干凈,酸洗后板面可見局部黑色物質(zhì)。在生產(chǎn)酸洗板、汽車用鋼、鍍錫板等有高表面質(zhì)量要求的鋼種時(shí),該缺陷會(huì)嚴(yán)重影響后續(xù)產(chǎn)品的表面質(zhì)量。麻點(diǎn)缺陷如圖1所示。

        圖1 麻點(diǎn)缺陷Fig.1 Pitting Defects

        1.2 氧化鐵皮缺陷

        氧化鐵皮缺陷在帶鋼表面上一般呈黑色或淺紅色、長(zhǎng)條柳葉狀,長(zhǎng)寬比一般在5∶1以上,連續(xù)或間斷分布。對(duì)于含硅量偏高的鋼種,在軋后會(huì)發(fā)現(xiàn)帶鋼表面有紅色鐵皮壓入,因壓入鋼帶表面相對(duì)深,在后續(xù)加工時(shí)不容易進(jìn)行去除,對(duì)后續(xù)產(chǎn)品質(zhì)量影響較大,不能直接用作原使用用途,嚴(yán)重時(shí)甚至需要判廢處理。氧化鐵皮缺陷如圖2所示。

        圖2 氧化鐵皮缺陷Fig.2 Scale Defects

        1.3 周期性掛蠟缺陷

        周期性掛蠟缺陷在板面呈點(diǎn)狀或圓餅狀,相同缺陷在鋼帶上間距相等,且呈周期性分布。該缺陷比較容易在精軋機(jī)末機(jī)架帶鋼跑偏甩尾或者順折時(shí)發(fā)生,主要是工作輥粘連異物或者輥面受損造成,相同缺陷的間距基本與工作輥輥身周長(zhǎng)相當(dāng)。該缺陷通過在線表面檢測(cè)儀表或?qū)嵨餀z查很容易發(fā)現(xiàn),缺陷程度經(jīng)判定不符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)時(shí),需要及時(shí)停軋更換工作輥。在生產(chǎn)薄規(guī)格出現(xiàn)此類缺陷時(shí),由于更換工作輥后無法直接繼續(xù)生產(chǎn)原規(guī)格,對(duì)生產(chǎn)影響比較大。鋼板表面周期性掛臘缺陷見圖3。

        圖3 周期性掛臘缺陷Fig.3 Periodic Wax-hanging Defects

        2 表面質(zhì)量缺陷產(chǎn)生原因及分析

        2.1 麻點(diǎn)缺陷

        對(duì)鋼板麻點(diǎn)缺陷位置進(jìn)行能譜分析,檢測(cè)缺陷構(gòu)成元素主要是Fe和O,初步可以判定麻點(diǎn)缺陷屬于氧化鐵皮的一種類型。根據(jù)麻點(diǎn)缺陷鋼卷的統(tǒng)計(jì),產(chǎn)生麻點(diǎn)缺陷的鋼種95%以上均屬于鋁鎮(zhèn)靜鋼,且軋制溫度越高,麻點(diǎn)缺陷的程度越重,但硅含量超過0.15%的鋼種基本不產(chǎn)生麻點(diǎn)缺陷。從下機(jī)工作輥輥面看,對(duì)應(yīng)產(chǎn)生麻點(diǎn)缺陷的生產(chǎn)周期,下機(jī)工作輥輥身狀態(tài)不良,工作輥輥面有麻坑,甚至有氧化膜剝落現(xiàn)象發(fā)生。通過在線表面檢測(cè)儀發(fā)現(xiàn),板面出現(xiàn)麻點(diǎn)缺陷時(shí),立即對(duì)工作輥進(jìn)行全部更換后,在不改變?cè)泄に嚨那闆r下,麻點(diǎn)缺陷隨之消失,但在軋制一段時(shí)間后會(huì)再次出現(xiàn),由此可以判斷,麻點(diǎn)的產(chǎn)生與工作輥輥面的狀態(tài)有直接關(guān)系。工作輥氧化膜不良如圖4所示。

        圖4 工作輥氧化膜不良Fig.4 Poor Oxidation Film on Work Rolls

        結(jié)合上述實(shí)際生產(chǎn)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析,可以判斷麻點(diǎn)缺陷產(chǎn)生的過程為:鋼帶在高溫軋制過程中表面氧化形成氧化鐵皮,在工作輥軋制時(shí)被粗糙的工作輥輥面碾碎并壓入帶鋼表面,在帶鋼表面形成麻點(diǎn)缺陷[1]。而在生產(chǎn)硅含量較高品種時(shí),由于表面氧化鐵皮的致密結(jié)構(gòu),工作輥輥身氧化膜損傷小,氧化鐵皮被破碎反壓入帶鋼表面的幾率也大大降低,故麻點(diǎn)缺陷在此類鋼種發(fā)生幾率也比較低。

        2.2 氧化鐵皮缺陷

        根據(jù)氧化鐵皮缺陷顏色不同,分為黑色氧化鐵皮和紅色氧化鐵皮。針對(duì)黑色氧化鐵皮,根據(jù)產(chǎn)生原因不同,可以將氧化鐵皮缺陷大致分成三類。第一類是除鱗不盡鐵皮,主要由除鱗壓力不足、噴嘴堵塞、除鱗時(shí)序不對(duì)等原因造成;第二類是刮擦式鐵皮,主要是因板通道存在局部高點(diǎn),帶鋼與這些過渡板高點(diǎn)刮碰造成的,這類缺陷一般發(fā)生在產(chǎn)品下表面;第三類是氧化膜脫落式鐵皮,主要是軋輥氧化膜形成不好,在生產(chǎn)過程中帶鋼表層氧化鐵皮破碎,軋輥氧化膜剝落導(dǎo)致鐵皮壓入帶鋼表面形成[2]。

        紅色氧化鐵皮缺陷產(chǎn)品主要品種多為硅鎮(zhèn)靜鋼。從缺陷能譜檢測(cè)看,缺陷成分含硅、鐵和氧。通過查閱文獻(xiàn)資料[3-5],結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際,分析主要是硅含量高,在加熱過程中,形成硅鐵化合物釘扎帶鋼表面,而軋線除鱗壓力有限,無法徹底除去,在后續(xù)軋制過程中壓入帶鋼表面,氧化形成紅色氧化鐵皮缺陷。

        2.3 周期性掛蠟缺陷

        周期性缺陷主要發(fā)生在精軋末機(jī)架軋機(jī),由于帶鋼跑偏導(dǎo)致尾部甩尾,頭尾部順折,破碎的局部帶鋼粘連在工作輥上,在后續(xù)帶鋼上形成連續(xù)、間距相等的周期性凹坑,或者是帶鋼快速跑偏軋碎造成工作輥局部受損,在后續(xù)生產(chǎn)出的帶鋼上形成連續(xù)、間距相等的周期性凸起。

        3 控制措施

        3.1 麻點(diǎn)缺陷控制

        根據(jù)麻點(diǎn)缺陷產(chǎn)生原因分析,麻點(diǎn)缺陷產(chǎn)生的兩個(gè)必要條件:一是帶鋼在進(jìn)入工作輥前表面形成相對(duì)脆性的氧化鐵皮,二是工作輥輥身氧化膜不良(輥面粗糙)。為了控制麻點(diǎn)缺陷的產(chǎn)生,主要從上述兩個(gè)方面采取措施。

        (1)限制精軋機(jī)入口上限溫度。在保證帶鋼終軋溫度的前提下,盡可能限制精軋機(jī)入口上限溫度,可以有效降低帶鋼在軋制過程中的表面氧化,進(jìn)而降低麻點(diǎn)缺陷產(chǎn)生幾率。以低碳鋼SPHC 2.75 mm×1 250 mm為例,精軋機(jī)入口上限溫度最好控制在1 050℃以下。

        (2)投入熱軋工藝潤(rùn)滑。工藝潤(rùn)滑的投入,不僅可以改善工作輥輥面,還可以有效控制帶鋼在機(jī)架間的高溫氧化,有效降低麻點(diǎn)缺陷產(chǎn)生。

        (3)增設(shè)并充分利用輥縫冷卻水。輥縫冷卻水增設(shè)在工作輥入口,起到有效降低軋前表面溫度的目的,不僅可以減輕鐵皮產(chǎn)生,還對(duì)輥面改善有著較好的效果。

        (4)前機(jī)架使用高速鋼材質(zhì)工作輥。相對(duì)其它材質(zhì)軋輥,高速鋼軋輥具有高耐磨性、輥身氧化膜致密,能大大延長(zhǎng)工作輥使用周期,改善帶鋼表面質(zhì)量。

        (5)保持良好的工作輥冷卻狀態(tài)。利用檢修、換輥等停軋期間,定期對(duì)工作輥冷卻水狀態(tài)進(jìn)行檢查,保證冷卻通暢。同時(shí),定期檢測(cè)噴嘴流量,確保流量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

        3.2 氧化鐵皮缺陷控制

        針對(duì)除鱗不盡原因?qū)е碌蔫F皮壓入缺陷,在生產(chǎn)線上可以明顯判斷,通過更換噴嘴、調(diào)整角度、優(yōu)化時(shí)序等措施比較容易解決。對(duì)第二類刮擦式鐵皮缺陷,通過氧化鐵皮的形貌、大小、分布可以較容易找準(zhǔn)產(chǎn)生缺陷的區(qū)域,再有針對(duì)性地采取相應(yīng)措施予以解決。第三類氧化鐵皮壓入缺陷因影響因素相對(duì)較多,缺陷形貌復(fù)雜,大小不一,判斷相對(duì)困難。由于其主要因軋輥輥面狀態(tài)不好造成,所以表現(xiàn)出來的缺陷一般為帶鋼上表面有零星或間斷連續(xù)鐵皮缺陷,并且軋頭部缺陷較重,軋尾相對(duì)較輕,而在對(duì)應(yīng)的下表面主要表現(xiàn)為比較嚴(yán)重的麻點(diǎn)缺陷。對(duì)第三類鐵皮缺陷,可以從提高軋機(jī)冷卻水通透性,改變軋機(jī)冷卻水量分布,投入工藝潤(rùn)滑和使用輥縫冷卻水等措施予以解決。

        針對(duì)紅色氧化鐵皮缺陷,由于出現(xiàn)該類缺陷的鋼種一般硅含量相對(duì)高(通常>0.15%),硅鐵形成化合物對(duì)鋼坯的釘扎作用,去除相對(duì)困難。表1為鞍鋼1580熱軋產(chǎn)線SPA-H紅色氧化鐵皮缺陷控制措施。經(jīng)試驗(yàn),采取以下四項(xiàng)措施后,產(chǎn)品表面紅色氧化鐵皮的缺陷大大減少。

        表1 鞍鋼1580熱軋產(chǎn)線SPA-H紅色氧化鐵皮缺陷控制措施Table 1 SPA-H Red Scale Defect Control Measures of 1580 Hot Rolling Production Line in Ansteel

        3.3 周期性掛蠟缺陷控制

        在生產(chǎn)過程中發(fā)生甩尾、順折等異常狀態(tài)后,需及時(shí)通過在線表面檢測(cè)儀表,觀測(cè)帶鋼是否存在周期性缺陷。確認(rèn)缺陷存在之后,可以視情況采取如下措施:

        (1)帶鋼破碎非常嚴(yán)重的,立即停軋,對(duì)工作輥進(jìn)行更換。

        (2)對(duì)于帶鋼破碎中等及以下程度的,屈服強(qiáng)度大于350 MPa的相對(duì)硬質(zhì)帶鋼,根據(jù)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn),一般為輕微鉻印缺陷(板面表現(xiàn)為周期性凸起狀態(tài)),可以視產(chǎn)品用途,后續(xù)是否需要再次平整等情況,決定是否停軋立即更換工作輥。

        (3)對(duì)于帶鋼破碎中等程度的,屈服強(qiáng)度小于350 MPa的相對(duì)軟質(zhì)帶鋼,根據(jù)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)一般為周期性掛臘缺陷 (板面表現(xiàn)為周期性凹坑狀態(tài)),可以在軋制間隙,通過反復(fù)采取控制末機(jī)架工作輥壓靠至0~300 t的方式,結(jié)合后續(xù)實(shí)物檢查、產(chǎn)品用途等,決定是否停軋更換工作輥。

        4 實(shí)施效果

        根據(jù)上述措施,形成作業(yè)指導(dǎo)文件,在鞍鋼1580熱軋生產(chǎn)線運(yùn)行實(shí)施。采取措施前后缺陷發(fā)生率對(duì)比見圖5,經(jīng)過一年的評(píng)價(jià),產(chǎn)品麻點(diǎn)鐵皮質(zhì)量缺陷發(fā)生率降幅80%,周期性質(zhì)量缺陷發(fā)生率降幅77%,鋼帶表面質(zhì)量總?cè)毕莅l(fā)生率在0.2%以下,產(chǎn)品品質(zhì)得到較大改善。產(chǎn)品經(jīng)下游冷軋客戶使用評(píng)價(jià),一致反映帶鋼表面質(zhì)量缺陷非常少,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

        圖5 采取措施前后缺陷發(fā)生率對(duì)比Fig.5 Comparison of Defect Rates before and after Taking Measures

        5 結(jié)論

        在熱軋連續(xù)化生產(chǎn)過程中,采取適當(dāng)措施,可以有效控制并消除生產(chǎn)時(shí)常出現(xiàn)的麻點(diǎn)、氧化鐵皮、周期性缺陷,提升熱軋帶鋼的產(chǎn)品品質(zhì)。

        (1)采取限制帶鋼進(jìn)精軋機(jī)入口上限溫度,增設(shè)并充分利用輥縫冷卻水,投入工藝潤(rùn)滑等措施,可以大大減少甚至可以消除麻點(diǎn)缺陷的產(chǎn)生。

        (2)采取區(qū)分氧化鐵皮形貌,定期實(shí)施除鱗打擊試驗(yàn),更換噴嘴,保護(hù)軋輥氧化膜,調(diào)整空燃比,以及優(yōu)化除鱗道次等方式,可以大大減少氧化鐵皮缺陷的發(fā)生。

        (3)根據(jù)帶鋼跑偏程度,結(jié)合材質(zhì)硬度,采取無鋼工作輥壓靠的方式,可以減少掛臘缺陷的發(fā)生,結(jié)合管理措施,可以降低周期性缺陷發(fā)生幾率。

        (4)通過帶鋼表面質(zhì)量缺陷改善對(duì)策的實(shí)施,產(chǎn)品麻點(diǎn)鐵皮質(zhì)量缺陷發(fā)生率降幅80%,周期性質(zhì)量缺陷發(fā)生率降幅77%,鋼帶表面質(zhì)量缺陷發(fā)生率可以控制在0.2%以下。

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