曲義振，胡 柯

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司冷軋總廠，安徽馬鞍山 243000）

引言

高牌號(hào)硅鋼隨著硅含量的不斷提高，冷脆性提高導(dǎo)致全工序的加工性能惡化，尤其是在冷軋工序，斷帶會(huì)造成產(chǎn)品質(zhì)量失控和成本上升。為了穩(wěn)定生產(chǎn)高牌號(hào)薄規(guī)格硅鋼產(chǎn)品，需要通過冷軋全流程系統(tǒng)設(shè)計(jì)，消除制約生產(chǎn)、質(zhì)量、效率的短板，提升制造能力。目前硅含量2.5%以上的高牌號(hào)硅鋼，在冷軋廠主要通過?；瘷C(jī)組后至單機(jī)架軋機(jī)進(jìn)行軋制。影響單機(jī)架軋機(jī)生產(chǎn)穩(wěn)定性的主要因素是軋后邊裂造成斷帶，要提高冷軋穩(wěn)定性，減少邊裂的產(chǎn)生尤為迫切。

1 影響高牌號(hào)軋制穩(wěn)定性因素分析

影響高牌號(hào)硅鋼軋制邊裂的因素很多，其中包含連鑄坯表面邊部橫裂紋[1]、熱軋終軋溫度及層流冷卻工藝[2]、?；瘻囟燃袄鋮s工藝[3]、?；瘷C(jī)組切邊質(zhì)量[4]、冷軋輥徑、張力制度[5]等等。主要研究?；に嚒⑶羞呝|(zhì)量冷軋工藝對(duì)邊裂產(chǎn)生的影響。

1.1 常化溫度對(duì)邊裂影響

在?；瘷C(jī)組采用差異化?；に囍贫葘?duì)熱軋板進(jìn)行?；幚?，如表1。

表1 熱軋板的常化制度

處理后帶鋼都發(fā)生了再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大過程，但程度有所不同，如圖1所示。對(duì)?；に囍贫?～5 進(jìn)行對(duì)比，隨著均熱溫度增加，熱軋板晶粒隨之粗化。當(dāng)均熱溫度達(dá)到980 ℃時(shí)，常化板1/2厚度處平均晶粒尺寸超過300 μm，而當(dāng)均熱溫度繼續(xù)升高到1 020 ℃時(shí)，?；寰Я４笮s有所減小。對(duì)制度3，6，7 進(jìn)行對(duì)比，均熱時(shí)間小到一定程度會(huì)導(dǎo)致纖維狀組織殘留，而增加均熱時(shí)間會(huì)導(dǎo)致?；寰Я４笮≡黾?。對(duì)制度3，8，9 進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)隨著冷卻速度降低，?；寰ЯＳ幸欢ǔ潭却只?。

圖1 不同常化工藝制度下硅鋼板組織形貌

粗大的晶粒在冷軋的過程中易導(dǎo)致位錯(cuò)的產(chǎn)生，進(jìn)而導(dǎo)致邊部裂紋的出現(xiàn)，在軋制過程中，隨著帶鋼逐漸變薄，在張力的作用下，裂紋擴(kuò)大為邊裂，嚴(yán)重時(shí)會(huì)致使軋制斷帶發(fā)生。

1.2 ?；鋮s工藝對(duì)邊裂影響

在?；瘷C(jī)組對(duì)中高牌號(hào)無取向硅鋼?；に囘M(jìn)行調(diào)整，將?；疦OF 段爐溫上調(diào)20 ℃，水噴淋控制段水量加大30 m3/h以加快冷卻速度，試驗(yàn)結(jié)果顯示產(chǎn)品磁性能得到提升，但同時(shí)?；螽a(chǎn)品可軋性變差，冷軋時(shí)容易產(chǎn)生邊裂斷帶。均熱時(shí)間延長(zhǎng)及水噴淋段水流量加大后，帶鋼表面會(huì)出現(xiàn)水聚集現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致鋼帶表面不均勻冷卻，在鋼帶冷卻速度快的區(qū)域，經(jīng)常伴有“紅條斑”。對(duì)“紅條斑”處橫向取樣進(jìn)行硬度測(cè)量，測(cè)量結(jié)果顯示“紅條斑”處硬度值較低，可見水噴淋冷卻方式會(huì)導(dǎo)致帶鋼冷卻不均。在實(shí)際生產(chǎn)中，即使水噴淋系統(tǒng)噴射均勻，帶鋼實(shí)際整體冷卻也并不均勻，這是因?yàn)閲娫阡搸е胁康乃畷?huì)流向帶鋼邊部，致使邊部冷卻速率加快。生產(chǎn)中通過修正各段噴淋管上噴嘴的噴射方向及噴射壓力，將帶鋼冷卻不均區(qū)域減少至20 mm 以內(nèi)，以盡量保證鋼板冷卻趨于均勻，在保證冷軋成品板形的同時(shí)改善邊部裂口的產(chǎn)生。

1.3 切邊質(zhì)量對(duì)邊裂影響

設(shè)置在?；瘷C(jī)組酸洗段后的圓盤剪在剪切無取向高牌號(hào)硅鋼時(shí)，板材經(jīng)過彈性變形、塑性變形和斷裂3 個(gè)階段。剪切后的斷面形貌特征如圖2 所示，剪切斷口包含撕斷面、剪切面、斷裂區(qū)、毛刺。當(dāng)調(diào)整圓盤剪剪刃間隙值超過其設(shè)計(jì)值，會(huì)導(dǎo)致剪切時(shí)搭接量變大，使受剪切帶鋼邊部外側(cè)的上刀片剪切分力增加，致使在圓盤剪刀刃處沒有達(dá)到屈服極限的斷裂帶部分產(chǎn)生應(yīng)力集中點(diǎn)，進(jìn)而致使斷裂區(qū)產(chǎn)生小裂紋。

圖2 硅鋼熱板剪切后形貌

剪切過程中帶鋼邊部的斷裂區(qū)由于發(fā)生塑性變形而產(chǎn)生加工硬化，造成該區(qū)域變形抗力增加，進(jìn)而使斷裂區(qū)塑性大幅下降，斷裂區(qū)的變化進(jìn)一步導(dǎo)致冷軋過程中裂紋的產(chǎn)生。斷裂區(qū)中微裂紋和硬化層的存在，在軋制過程中引起應(yīng)力集中的產(chǎn)生，進(jìn)而導(dǎo)致在軋制的過程中產(chǎn)生邊裂。因此，圓盤剪的尺寸精度、剪刃間隙以及剪刃重合量的設(shè)定是決定帶鋼剪切質(zhì)量的重要因素。選定圓盤剪尺寸，設(shè)定好圓盤剪剪刃隙和剪刃重合量在一定程度上可以改善切邊后帶鋼切邊質(zhì)量，甚至可以避免邊裂的產(chǎn)生。

1.4 冷軋工藝對(duì)邊裂影響

單機(jī)架軋機(jī)軋制無取向高牌號(hào)硅鋼，當(dāng)帶鋼進(jìn)入軋制區(qū)時(shí)，帶鋼邊部有裂口部位的尖端應(yīng)力會(huì)增大，進(jìn)而在裂口尖端沿軋制方向前側(cè)出現(xiàn)裂紋，隨著壓下率的不斷增大，裂紋繼續(xù)擴(kuò)展，同時(shí)在裂口尖端另一側(cè)也出現(xiàn)一條裂紋。軋制時(shí)使用不同的工作輥輥徑，軋后邊裂缺口形貌不同。隨著工作輥半徑的增大，裂紋尺寸逐漸減小，如表2所列。

表2 裂紋長(zhǎng)度隨軋輥半徑的變化

這說明選擇大直徑的工作輥進(jìn)行軋制可以控制帶鋼邊部裂紋的擴(kuò)大。軋制時(shí)使用不同摩擦因數(shù)，軋制后帶鋼邊部損傷分布情況不同，研究表明沿著軋制方向上缺口前側(cè)的裂紋比后倒裂紋更容易產(chǎn)生，當(dāng)摩擦因數(shù)增大兩側(cè)的裂紋長(zhǎng)度也隨之增加如表3。

表3 裂紋長(zhǎng)度隨摩擦因數(shù)的變化

軋制時(shí)使用不同單位張力，軋制后邊裂隨著張力的增加損傷帶的分布發(fā)生變化，在沒有張力時(shí)，雖然會(huì)產(chǎn)生微裂紋，但其長(zhǎng)度很短，伴隨單位張力增大，裂紋尺寸也會(huì)迅速增大如表4。

表4 裂紋長(zhǎng)度隨單位張力的變化

除了軋輥輥徑、摩擦系數(shù)、單位張力對(duì)邊裂有影響外，軋制浪形對(duì)邊裂的產(chǎn)生也有一定的影響。為了減少?gòu)埩?duì)帶鋼邊部的拉應(yīng)力作用，在軋制時(shí)通過改變彎輥力的設(shè)定，使帶鋼產(chǎn)生一定的邊浪。通過在單機(jī)架軋機(jī)的多輪高牌號(hào)軋制試驗(yàn)對(duì)比如表5，邊浪大小與邊裂產(chǎn)生有明顯的相關(guān)性。

表5 裂紋長(zhǎng)度隨邊浪大小的變化

2 邊裂改善措施

為減少冷軋邊裂的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)冷軋的高效穩(wěn)定軋制，制定相應(yīng)改善措施。

（1）針對(duì)不同硅含量的硅鋼制定最優(yōu)的?；瘻囟?，即保證產(chǎn)品的電磁性能，又保證冷軋后不產(chǎn)生邊裂。

（2）針對(duì)不同硅含量的硅鋼制定最優(yōu)的常化冷卻工藝，保證帶鋼寬度方向上晶粒均勻性。

（3）對(duì)不同厚度的熱卷，設(shè)定好圓盤剪側(cè)間隙和重合量，保證切邊后切斷面與撕斷面的比例大于1/2。

（4）對(duì)冷軋工藝進(jìn)行優(yōu)化固化，軋制高牌號(hào)是選擇合適的工作輥輥徑、摩擦系數(shù)、單位張力和邊浪幅度。

3 結(jié)論

（1）常化溫度不同會(huì)導(dǎo)致再結(jié)晶晶粒的不同，大小不一的晶粒在冷軋的過程中易導(dǎo)致位錯(cuò)的產(chǎn)生，進(jìn)而導(dǎo)致邊部裂紋的出現(xiàn)。

（2）加大水噴淋控制段水量可提高冷卻速度，使產(chǎn)品磁性能有所提高，但同時(shí)使冷卻速度不均勻，易致使冷軋時(shí)發(fā)生斷帶事故。

（3）斷裂區(qū)中微裂紋和硬化層的存在，在軋制過程中引起應(yīng)力集中的產(chǎn)生，進(jìn)而導(dǎo)致在軋制的過程中產(chǎn)生邊裂。

（4）冷軋工藝中工作輥輥徑、摩擦系數(shù)、單位張力和邊浪幅度對(duì)邊裂產(chǎn)生有一定影響。