盧 杰，楊洪凱，孫光中，張 良

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北 唐山 063210）

在某十八輥單機(jī)架軋機(jī)的生產(chǎn)過(guò)程中，下線(xiàn)帶鋼表面出現(xiàn)密集橫紋缺陷，幾乎覆蓋全部鋼種。缺陷在各個(gè)鋼種、規(guī)格中的分布沒(méi)有明顯差異。橫紋卷出現(xiàn)頻率較高，超過(guò)30%。實(shí)際主要降級(jí)品是一般強(qiáng)度高強(qiáng)鋼和普鋼，超高強(qiáng)鋼降級(jí)較少，主要原因是超高強(qiáng)鋼屬于結(jié)構(gòu)鋼，對(duì)表面要求較低，對(duì)橫紋缺陷沒(méi)有要求。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，此缺陷為振動(dòng)紋缺陷，但是在實(shí)際測(cè)量和軋制實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，此缺陷并非通常意義上的軋機(jī)振動(dòng)紋缺陷[1]，而是由于側(cè)支撐受力不足導(dǎo)致的打滑傳遞到帶鋼表面的一種現(xiàn)象。在本文中將此缺陷定義為密集橫紋缺陷。

本文從實(shí)際測(cè)量和軋制實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出影響密集橫紋缺陷的因素，并提出針對(duì)性的處理措施。文中如無(wú)特別標(biāo)注，光輥指粗糙度為1.0 μm的工作輥，毛輥指粗糙度為2.0 μm的工作輥。

1 十八輥單機(jī)架軋機(jī)簡(jiǎn)介

某十八輥單機(jī)架軋機(jī)[2]生產(chǎn)線(xiàn)具備生產(chǎn)高強(qiáng)度汽車(chē)板產(chǎn)品能力，強(qiáng)度等級(jí)可達(dá)1 470 MPa。該產(chǎn)線(xiàn)以軋制高強(qiáng)、超高強(qiáng)鋼汽車(chē)板為主，為高強(qiáng)汽車(chē)板鍍鋅生產(chǎn)線(xiàn)提供原料。

軋機(jī)主體設(shè)備選用當(dāng)今主流的S6-high十八輥單機(jī)架機(jī)型[3]，如圖1所示，其輥徑小，軋制強(qiáng)度大，工作輥軸頸無(wú)軸承套裝置，在工作輥軸兩側(cè)各配置一套側(cè)支撐機(jī)構(gòu)來(lái)固定軋輥的軸向位置。該機(jī)構(gòu)主要包括側(cè)支撐系統(tǒng)、中間輥傳動(dòng)系統(tǒng)、中間輥彎竄系統(tǒng)、快速換輥系統(tǒng)和高張力卷取機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備，并配置板形儀、測(cè)厚儀、測(cè)速儀等關(guān)鍵儀表，以保證高強(qiáng)鋼的穩(wěn)定軋制和高品質(zhì)質(zhì)量需求。

圖1 十八輥軋機(jī)輥系圖

2 橫紋缺陷產(chǎn)生原理分析

通過(guò)分析得知，每次更換新的側(cè)支撐輥后1～2 d內(nèi)，即使以800 m/min的最高速度運(yùn)行，帶鋼表面也不會(huì)出現(xiàn)橫紋缺陷。連續(xù)生產(chǎn)2～3 d后，軋后帶鋼表面開(kāi)始出現(xiàn)橫紋缺陷，打磨后缺陷更明顯。密集橫紋缺陷如圖2、圖3所示。

圖2 軋后卷密集橫紋缺陷圖

圖3 鍍鋅后密集橫紋缺陷圖

帶鋼出現(xiàn)橫紋缺陷后，對(duì)工作輥、中間輥、側(cè)支撐以及擠干輥等輥系進(jìn)行反查，在工作輥輥面、中間輥輥面均未發(fā)現(xiàn)橫紋，在側(cè)支撐輥面及背襯軸承表面均發(fā)現(xiàn)明顯橫紋缺陷，側(cè)支撐輥輥面橫紋如圖4所示。

圖4 側(cè)支撐輥輥面橫紋

2.1 軋機(jī)控制系統(tǒng)測(cè)試

軋機(jī)壓下控制系統(tǒng)中，工作側(cè)和驅(qū)動(dòng)側(cè)各有一套單獨(dú)的磁尺檢測(cè)機(jī)構(gòu)、程序控制模塊和伺服閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其中伺服閥慢閥是主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用來(lái)進(jìn)行位置的精細(xì)調(diào)整，采用比例控制算法。伺服閥快閥用來(lái)進(jìn)行快速、大行程時(shí)的調(diào)節(jié)，是一種粗調(diào)結(jié)構(gòu)。

十八輥軋機(jī)在提速到800 m/min的過(guò)程中，可能發(fā)生振動(dòng)，振動(dòng)周期5～6 m。

從控制方面進(jìn)行了多項(xiàng)優(yōu)化，主要包括：限制壓下系統(tǒng)對(duì)伺服閥的輸出開(kāi)度，正常生產(chǎn)中輸出開(kāi)度不超過(guò)30%；降低壓下系統(tǒng)的自動(dòng)增益系數(shù)，由4 700降到2 500；優(yōu)化自動(dòng)增益系數(shù)，程序根據(jù)速度給出不同的增益系數(shù)，速度越高給出系數(shù)越低[4-5]。

實(shí)施以上措施后，軋制振蕩幅度明顯改善，但是軋機(jī)橫紋出現(xiàn)的頻率沒(méi)有明顯變化。橫紋周期在5～10 mm，而軋機(jī)壓下系統(tǒng)振動(dòng)周期5～6 m，周期差3個(gè)數(shù)量級(jí)，據(jù)此判斷密集橫紋與軋機(jī)壓下系統(tǒng)振動(dòng)無(wú)直接關(guān)系。

2.2 軋機(jī)振動(dòng)檢測(cè)

軋機(jī)運(yùn)行最高速度為800 m/min。在330 m/min的運(yùn)行速度下，檢測(cè)到軋機(jī)存在一個(gè)共振區(qū)，頻率集中。越過(guò)這個(gè)共振區(qū)之后，直到運(yùn)行速度為800 m/min，沒(méi)有檢測(cè)到共振區(qū)。軋機(jī)振動(dòng)測(cè)量曲線(xiàn)圖如圖5所示。

圖5 軋機(jī)振動(dòng)測(cè)量曲線(xiàn)圖

由測(cè)量數(shù)據(jù)可知，軋機(jī)只存在一個(gè)共振區(qū)，且軋機(jī)一般不會(huì)長(zhǎng)期運(yùn)行在此共振區(qū)，這就表明，軋機(jī)本體振動(dòng)不是造成密集橫紋缺陷的直接因素。

2.3 軋輥磨削振動(dòng)檢測(cè)

軋輥磨削采用頂磨模式，該模式相對(duì)于托磨更穩(wěn)定。測(cè)試參數(shù)為：砂輪轉(zhuǎn)速24 m/s，軋輥直徑158 mm，軋輥轉(zhuǎn)速50 r/min。磨床的振動(dòng)頻率主要集中在200～300 Hz，與軋輥橫紋沒(méi)有明顯對(duì)應(yīng)性。軋輥磨床振動(dòng)測(cè)量曲線(xiàn)如圖6所示。

圖6 軋輥磨床振動(dòng)測(cè)量曲線(xiàn)

2.4 軋輥工藝實(shí)驗(yàn)

軋機(jī)橫紋缺陷出現(xiàn)在軋制SK85鋼或批量軋制光輥之后，因?yàn)檐堉芐K85時(shí)用粗糙度0.3 μm的工作輥，導(dǎo)致側(cè)支撐輥面粗糙度下降較多[6]，極易造成側(cè)支撐輥打滑，產(chǎn)生比較明顯的橫紋缺陷。

5道次軋制過(guò)程中，前4道次未觀察到橫紋缺陷，末道次明顯可見(jiàn)。軋制規(guī)程中，末道次壓下率小于3%，在實(shí)際軋制中導(dǎo)致側(cè)支撐受力變小，小粗糙度的輥面受力較小，使得側(cè)支撐輥出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，造成輥面受損，復(fù)制到帶鋼上。末道次毛輥軋制時(shí)，一般不會(huì)出現(xiàn)橫紋缺陷。在軋制SK85后，切換毛輥軋制，會(huì)出現(xiàn)幾卷輕微橫紋卷，在軋制5卷以后基本消失。由此判斷工作輥粗糙度對(duì)側(cè)支撐輥影響較大[7]。軋制過(guò)程中，軋機(jī)輥?zhàn)哟植诙人p如表1所示。

表1 軋機(jī)輥?zhàn)哟植诙人p表

對(duì)軋機(jī)輥系粗糙度進(jìn)行測(cè)量[8]，各輥組的粗糙度衰減不同，衰減最多的是側(cè)支撐輥，在下線(xiàn)時(shí)，最低粗糙度為0.091 μm，低粗糙度成為打滑的主要因素。由此可知，側(cè)支撐輥面的粗糙度降低可以產(chǎn)生密集橫紋缺陷。

2.5 橫紋缺陷產(chǎn)生機(jī)理總結(jié)

通過(guò)上述分析可知，軋輥與側(cè)支撐輥的粗糙度以及兩者之間的壓力，直接影響到他們之間的受力關(guān)系，側(cè)支撐所受摩擦力不僅與軋輥表面粗糙度相關(guān)，還與軋輥與側(cè)支撐之間的相互作用力相關(guān)，如果兩者輥面所受的摩擦力變小，則可能會(huì)導(dǎo)致軋輥與側(cè)支撐輥的打滑，產(chǎn)生密集橫紋缺陷。

3 橫紋缺陷的處理措施

針對(duì)側(cè)支撐受力問(wèn)題，提出的措施主要包括3個(gè)方面：側(cè)支撐位置補(bǔ)償、工作輥粗糙度調(diào)整和軋制壓下率調(diào)整。

3.1 側(cè)支撐位置補(bǔ)償

對(duì)側(cè)支撐位置補(bǔ)償系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整為原先的50%，以增加側(cè)支撐對(duì)工作輥的支撐力。

3.2 工作輥粗糙度調(diào)整

增加工作輥粗糙度，進(jìn)行大粗糙度的毛輥軋制實(shí)驗(yàn)，下線(xiàn)后表面檢測(cè)全部合格。大粗糙度軋制增加了軋輥粗糙度，相當(dāng)于增加了軋輥與側(cè)支撐的摩擦力，可以有效控制側(cè)支撐打滑問(wèn)題。

3.3 軋制壓下率調(diào)整

在軋制模型表中，壓下率設(shè)定原則：第一道次壓下率為8%～15%，過(guò)大的壓下率會(huì)造成軋制和甩尾跑偏，因?yàn)殚_(kāi)卷張力本身就很小，再加上甩尾軋制，壓下率越大，跑偏風(fēng)險(xiǎn)越大[9]。充分利用中間道次，壓下率為15%～30%，中間道次可以多壓，沒(méi)有問(wèn)題；末道次如果使用光輥，壓下率范圍為5%～12%，如果使用毛輥，壓下率范圍為3%～5%。

增加壓下率，可以增加壓下軋制力，從而增加軋輥與側(cè)支撐的摩擦力，有效減緩側(cè)支撐打滑問(wèn)題[10]。已經(jīng)進(jìn)行的壓下調(diào)整實(shí)驗(yàn)全部覆蓋了超高強(qiáng)、低合金及精沖鋼，實(shí)驗(yàn)效果滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。

3.4 實(shí)施效果

上述措施實(shí)施后，帶鋼表面的密集橫紋缺陷得到有效控制，缺陷率低于5%，滿(mǎn)足了生產(chǎn)需求。

4 結(jié)論

經(jīng)分析后得出，造成軋制過(guò)程出現(xiàn)密集橫紋缺陷的原因是軋輥與側(cè)支撐輥打滑。通過(guò)調(diào)整軋輥粗糙度，優(yōu)化軋制道次的壓下率分配，增加軋輥與側(cè)支撐的摩擦力，減少了側(cè)支撐輥打滑的幾率，密集橫紋缺陷出現(xiàn)的頻次大大減少。