毛玉川 ，劉英明 ，孫榮生 ，張一凡 ，張福義 ，鄭麟飛

（1.鞍鋼股份有限公司冷軋廠，遼寧 鞍山 114021；2.鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院，遼寧 鞍山114009）

鞍鋼股份有限公司冷軋廠四分廠 （以下簡稱“四分廠”）冷連軋機(jī)組生產(chǎn)厚度0.6 mm以下家電薄料在軋制速度達(dá)到600 m/min以上時，帶鋼板面出現(xiàn)斷續(xù)或連續(xù)通長線狀劃傷缺陷，主要以帶鋼上表面居多，下表面偶爾出現(xiàn)，側(cè)光可見,無手感。隨著軋制速度加快，線狀劃傷缺陷也越嚴(yán)重。每月都會因為家電板產(chǎn)生線狀劃傷缺陷造成一定量的改判，無法交付用戶使用，影響了合同的正常執(zhí)行。為了降低線狀劃傷缺陷對表面質(zhì)量的影響，四分廠只能通過頻繁更換冷連軋機(jī)組工作輥和限制速度進(jìn)行生產(chǎn)，嚴(yán)重制約了四分廠冷連軋機(jī)組生產(chǎn)的產(chǎn)品表面質(zhì)量和生產(chǎn)效率。面對現(xiàn)場無法有效防治家電薄料線狀劃傷缺陷的棘手問題，如何解決家電薄料線狀劃傷缺陷已成為四分廠生產(chǎn)家電薄料的主要問題。

1 線狀劃傷缺陷

1.1 線狀劃傷缺陷的主要特征

根據(jù)對四分廠冷連軋機(jī)組生產(chǎn)家電薄料的跟蹤和分析，該冷連軋機(jī)組線狀劃傷缺陷主要特征如下：

（1）劃傷主要發(fā)生在厚度0.6 mm以下的家電薄料軋制時，總壓下率比較大，一般超過80%。

（2）劃傷主要發(fā)生在3架和4架軋機(jī)，缺陷主要以帶鋼上表面居多，下表面偶爾出現(xiàn)，呈斷續(xù)或連續(xù)線狀劃傷，側(cè)光可見，基本無手感，線狀劃傷缺陷形貌如圖1所示。出現(xiàn)劃傷架次的工作輥輥面也會有不同程度的劃傷。

圖1 線狀劃傷缺陷形貌Fig.1 Appearance of Linear Scratch Defect

（3）劃傷主要發(fā)生在機(jī)組高速生產(chǎn)情況下，當(dāng)軋制速度大于600 m/min時，非常容易產(chǎn)生劃傷缺陷，且軋制速度越高，軋制噸數(shù)越多，線狀劃傷缺陷的數(shù)量越多，產(chǎn)生的劃傷缺陷越嚴(yán)重。

（4）每次更換新工作輥后，前六卷帶鋼基本上不會產(chǎn)生線狀劃傷缺陷。

1.2 線狀劃傷缺陷產(chǎn)生原因分析

目前，對熱劃傷缺陷產(chǎn)生機(jī)理較普遍的解釋是：軋制過程是通過軋輥與軋件的摩擦力將軋件拖至輥縫之間，使其產(chǎn)生平面壓縮變形過程。當(dāng)輥件間軋制變形區(qū)內(nèi)因變形功過大，產(chǎn)生大量的熱能，導(dǎo)致油膜厚度變薄以致局部破裂，使軋輥與帶鋼直接接觸，進(jìn)而產(chǎn)生熱劃傷缺陷。換言之，熱劃傷是冷卻和潤滑效果不良產(chǎn)生的。反之，當(dāng)變形區(qū)內(nèi)的油膜厚度過大，摩擦系數(shù)降低至一定程度時，則容易發(fā)生打滑現(xiàn)象。

四分廠冷連軋機(jī)組生產(chǎn)家電薄料時，各架軋輥速度由低至高排列，但第一和第二機(jī)架的最大速度均不會超過600 m/min，所以前兩個機(jī)架不會產(chǎn)生熱劃傷缺陷。四分廠冷連軋機(jī)組一般均采用C方式軋制，即利用前四個機(jī)架來完成變形過程，第五機(jī)架僅作為平整機(jī)使用，從而獲得較好板形，末機(jī)架相當(dāng)于平整作用，壓下率比較小，而且末架工作輥粗糙度比較大，也不會產(chǎn)生熱劃傷缺陷。第三和第四機(jī)架軋制速度高，容易發(fā)生熱劃傷。由冷連軋機(jī)組乳化液系統(tǒng)噴嘴布置形式的特性和乳化液的流動性可知，下輥的冷卻情況比上輥要好，所以下輥的溫度也隨之比上輥要低。這就是劃傷主要發(fā)生在上表面的原因。

根據(jù)線狀劃傷的特征規(guī)律和熱劃傷產(chǎn)生原因，結(jié)合四分廠冷連軋機(jī)組情況分析，確定本文所述的線狀劃傷為熱劃傷。

2 改進(jìn)措施

結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際和工藝潤滑理論，主要從三個方面進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn)：

（1）軋制壓下規(guī)程；

（2）軋輥參數(shù)：工作輥粗糙度及磨削工藝；

（3）乳化液系統(tǒng)：乳化液的濃度、各機(jī)架乳液流量壓力和軋制油配方。

2.1 軋制壓下規(guī)程的優(yōu)化

總壓下率一定情況下，變形量越大，加工硬化越大的道次，產(chǎn)生的變形熱也越多，輥縫間的溫度也會較高，隨著軋制速度的升高，越容易發(fā)生熱劃傷。對軋制壓下規(guī)程進(jìn)行優(yōu)化，降低3架和4架壓下率，增加卷取張力，降低3架、4架變形熱，能夠有利于熱劃傷缺陷的減輕，壓下規(guī)程優(yōu)化見表1。

表1 壓下規(guī)程優(yōu)化Table 1 Optimization of Reduction Procedures

2.2 軋輥參數(shù)的改進(jìn)

四分廠冷連軋機(jī)組各架工作輥使用樹脂砂輪磨削，輥面存在不同程度的磨削劃痕問題，尤其3架工作輥使用60樹脂砂輪磨削，輥面劃痕較重，數(shù)量較多，長度5～10 mm；4架工作輥使用80樹脂砂輪磨削，輥面劃痕也較重，數(shù)量較多，長度3～5 mm，兩個機(jī)架輥面粗糙度較低，容易出現(xiàn)輥打滑情況，影響表面質(zhì)量控制。輥面磨削劃痕的存在，使得油膜厚度不均，造成潤滑不均勻。為此，改進(jìn)3架和4架工作輥磨削工藝，優(yōu)化粗糙度控制，改進(jìn)磨削砂輪材質(zhì)，由原來的樹脂砂輪改為陶瓷砂輪，3架、4架工作輥粗糙度優(yōu)化見表2。

表2 3架、4架工作輥粗糙度優(yōu)化Table 2 Optimization of Roughness of Work Rolls of No.3 and No.4 Rolling-mill Housings

使用F級3NQ陶瓷砂輪磨削，解決了短劃傷的問題，輥面劃痕很輕，數(shù)量幾乎沒有，長度為1～3 mm，但進(jìn)刀紋較重；使用G級3NQ陶瓷砂輪磨削，進(jìn)刀紋消除，但磨削比低；最終通過使用F+級3NQ陶瓷砂輪，綜合性能較好，磨削比達(dá)到5.68。

通過優(yōu)化工作輥粗糙度和磨削工藝，提高了磨削質(zhì)量，減少了輥面的磨削劃痕和進(jìn)刀紋等缺陷，兩種磨削工作輥對比如圖2所示。由圖可知，使用樹脂砂輪普通磨削，磨削傷較多，而陶瓷砂輪精磨削，磨削傷很少，潤滑的均勻性得到了改善，對減少熱劃傷有一定作用。

圖2 兩種磨削工作輥對比Fig.2 Comparison of Two Types of Work Rolls after Grinding

2.3 乳化液系統(tǒng)的改進(jìn)

變形區(qū)的油膜是在軋制過程中，乳化液進(jìn)入輥縫，由于乳化液的離水展著性，油水分離形成的一層油膜。它的特性決定了冷軋的潤滑效果成膜能力。油膜越厚，油膜強(qiáng)度越大，潤滑效果越好。

2.3.1 乳化液濃度的改進(jìn)

改進(jìn)前A系統(tǒng)乳化液濃度控制在2.5%～3.5%，熱劃傷缺陷比較明顯。對A系統(tǒng)乳化液的濃度提高至3.8%～4.5%。乳化液濃度增加，進(jìn)入輥縫的有效油量增加，潤滑效果增加。潤滑效果的增加降低了軋輥的溫度，從而減少了熱劃傷出現(xiàn)的概率。

2.3.2 乳化液流量和壓力的改進(jìn)

對四分廠冷連軋機(jī)組A系統(tǒng)各架乳化液壓力進(jìn)行了改進(jìn)，同時提高了3架和4架乳化液流量，3架、4架乳化液流量、壓力改進(jìn)前后對比如表3所示。

表3 3架、4架乳化液流量、壓力改進(jìn)前后對比Table 3 Comparison of Emulsion Flow and Pressure for No.3 and No.4 Rolling-mill Housings before and after Improvement

通過3架、4架乳化液流量和壓力的提高，使得進(jìn)入輥縫的乳化液量增多，油膜更容易形成，以此來提高軋制潤滑，有利于熱劃傷缺陷的減輕。

2.3.3 軋制油配方的改良

軋制油為混合物，由基礎(chǔ)油和添加劑組成，其中基礎(chǔ)油包括合成脂、動物油和礦物油，添加劑包括乳化劑、油性劑、極壓劑和防銹劑等。極壓劑能提高抗極壓性和潤滑性，在軋制過程中吸附在帶鋼摩擦面上，反應(yīng)形成具有層狀結(jié)晶構(gòu)造的薄膜，在邊界潤滑狀態(tài)下發(fā)揮作用，達(dá)到抗磨和極壓效果。對現(xiàn)用油第一次改良油中添加了極壓劑。高粘度合成酯能夠提高潤滑性，在第二次改良油中加入，具體改進(jìn)如表4所示。

表4 軋制油配方改良Table 4 Improvement of Formula for Rolling Oil

第一次改良軋制油主要是S系極壓劑進(jìn)行增量，通過試生產(chǎn)，軋制速度有了一定的提高，但當(dāng)軋制速度超過700 m/min時，熱劃傷缺陷又出現(xiàn)。第二次改良軋制油，再次對S系極壓劑進(jìn)行增量，同時新增加了高粘度合成酯，進(jìn)一步提高潤滑性能和抗極壓性能。通過兩次改良軋制油配方，四分廠冷連軋機(jī)組生產(chǎn)家電薄料軋制速度由600 m/min提高至800 m/min，無熱劃傷發(fā)生，同時，退火后的鋼卷表面質(zhì)量沒有明顯變化。改良軋制油配方，提高了乳化液的潤滑性能和抗極壓性能，對消除熱劃傷起到了明顯的作用。

3 實(shí)施效果

通過采用以上改進(jìn)方案，四分廠冷連軋機(jī)組生產(chǎn)家電薄料軋制速度提高至1 000 m/min以上時，無線狀劃傷缺陷出現(xiàn)。機(jī)組軋制狀態(tài)穩(wěn)定，生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量均得到了顯著提升，每月再未出現(xiàn)線狀劃傷缺陷的改判損失。此外，對下工序的跟蹤生產(chǎn)，以及對用戶的走訪交流，均反映家電薄料表面質(zhì)量良好，對冷連軋機(jī)組改進(jìn)效果表示非常滿意。

4 結(jié)論

（1）家電薄料在高速軋制下產(chǎn)生線狀劃傷缺陷的原因是輥件間軋制變形區(qū)內(nèi)變形功過大，大量的熱能使油膜厚度變薄甚至局部破裂，導(dǎo)致軋輥與帶鋼直接接觸。

（2）總壓下率一定情況下，優(yōu)化軋制壓下規(guī)程，降低3架和4架壓下率、增加卷取張力，有利于線狀劃傷缺陷的減輕。

（3） 通過優(yōu)化工作輥粗糙度（3 架 0.6±0.1 μm，4架0.5±0.1 μm）和使用陶瓷砂輪精磨削工藝，減少了輥面的磨削劃痕缺陷，對減少線狀劃傷有一定作用。

（4）通過乳化液系統(tǒng)的改進(jìn)：乳化液的濃度提高至3.8%～4.5%、3架和4架乳化液的流量提高至5 000～6 500 L/min、壓力提高至0.7 MPa，以及改良軋制油配方，提高了乳化液的潤滑性能和抗極壓性能，對消除線狀劃傷起到了明顯的作用。

（5）通過優(yōu)化軋制壓下規(guī)程、改良軋制油配方、提高乳化液濃度和乳化液流量、壓力以及提高軋輥磨削質(zhì)量的綜合方案，可有效控制高速軋制下的線狀劃傷缺陷。