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        高速線材裂紋原因分析與控制

        2023-08-15 02:16:50尚俊男劉磊剛車安楊迎強(qiáng)
        鞍鋼技術(shù) 2023年4期
        關(guān)鍵詞:鋼坯軋件線材

        尚俊男,劉磊剛,車安,楊迎強(qiáng)

        (鞍鋼股份有限公司線材廠,遼寧 鞍山 114021)

        鞍鋼股份有限公司線材廠(以下簡稱“鞍鋼線材廠”)2#線于2010 年投產(chǎn),設(shè)計產(chǎn)品規(guī)格范圍為Ф5.0~Ф25.0 mm,產(chǎn)品包括簾線鋼、冷鐓鋼、鋼繩用鋼、焊絲鋼、彈簧鋼、預(yù)應(yīng)力用鋼六大類400 余個品種。 隨著品種結(jié)構(gòu)以及市場需要的變化,對盤條表面要求逐步提高,尤其汽車彈簧鋼、汽車?yán)溏呬?、簾線鋼等鋼種,要求表面“零缺陷”[1]。2015—2020 年線材廠多次接收到客戶異議和抱怨,如某客戶使用SCM435、ML40Cr 等牌號合金冷鐓鋼打制螺栓時出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。盤條鋼表面裂紋缺陷嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量,因此,為提高產(chǎn)線的控制能力,對盤條表面裂紋控制的要點進(jìn)行分析研究。

        1 工藝路線

        按照軋件通過的順序,鞍鋼線材廠2#線軋線工藝布置依次為:加熱鋼坯—高壓水除鱗裝置—一粗軋(4 架軋機(jī))—脫頭輥道—二粗軋(2 架軋機(jī))—中軋(8 架軋機(jī))—預(yù)精軋1 組(4 架軋機(jī))—預(yù)精軋二組(2 架軋機(jī))—精軋機(jī)組(8 架軋機(jī))—雙模塊減定徑機(jī)組 (4 架軋機(jī))—水箱—測徑儀—吐絲機(jī)前夾送輥—吐絲機(jī),全線軋機(jī)除粗軋1#、2#軋機(jī)采用箱型孔外,其余道次軋機(jī)均采用橢圓-圓孔型系統(tǒng)實現(xiàn)全連續(xù)無扭軋制。其中,Ф5.0~Ф11.5 mm 線材的軋制線為直線,軋件經(jīng)精軋后到減定徑,Ф12.0~Ф25.0 mm 線材的軋制線為軋件經(jīng)預(yù)精軋后經(jīng)過旁通到減定徑。

        2 線材表面裂紋產(chǎn)生原因

        2.1 坯料缺陷

        實際生產(chǎn)過程中,嚴(yán)重的坯料橫裂紋、縱裂紋均會遺傳至成品表面,嚴(yán)重影響線材表面質(zhì)量,嚴(yán)重時需要整批判廢。 坯料常見的表面缺陷有縱裂紋、橫裂紋、氣孔、夾渣等各種缺陷[2]。 判斷盤條上的表面裂紋是由煉鋼連鑄引起的還是由軋鋼引起的,看裂紋周邊有無氧化特征不是唯一判定標(biāo)準(zhǔn)[3]。 經(jīng)試驗研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)鋼坯表面缺陷控制在一定范圍內(nèi),軋制至成品道次缺陷也可消除。 在軋制孔型一定的條件下,裂紋深度隨變形量的增加而減小,而且可以初步認(rèn)為軋制過程中軋件表面裂紋深度與橫截面積的變化成正比[4]。因此,將2#線生產(chǎn)作業(yè)區(qū)生產(chǎn)的鋼坯人為制造缺陷,進(jìn)行實驗軋制并總結(jié)數(shù)據(jù),鋼坯表面橫縱人工裂紋及鋼坯裂紋遺傳金相照片分別如圖1、 圖2所示。通過理論計算得出不同規(guī)格線材表面裂紋深度0.05 mm 時所對應(yīng)的鋼坯裂紋深度,結(jié)果見表1。

        表1 鋼坯橫縱裂紋深度Table 1 Depth of Transverse and Longitudinal Cracks in Steel Billetsmm

        圖1 鋼坯表面橫縱人工裂紋Fig. 1 Horizontal and Vertical Artificial Cracks on Surface of Steel Billets

        圖2 鋼坯裂紋遺傳金相照片F(xiàn)ig. 2 Metallographic Photos of Crack Inheritances on Steel Billets (50×)

        2.2 軋制缺陷

        2.2.1 軋輥產(chǎn)生的缺陷

        軋輥產(chǎn)生的缺陷如圖3 所示。

        圖3 軋輥產(chǎn)生的缺陷Fig. 3 Defects Caused by Rolling Rolls

        (1)由于缺少冷卻水、 軋輥超周期使用以及材質(zhì)等原因易造成軋輥表面出現(xiàn)裂紋,如圖3(a)所示。圖3(b)為軋輥表面裂紋對線材的影響,可以看出,軋輥表面裂紋對冷鐓鋼表面產(chǎn)生嚴(yán)重影響,在金相上呈“結(jié)疤狀”裂紋,裂紋呈小角度延伸至基體。

        (2)當(dāng)改變軋輥材質(zhì)時,由于不同材質(zhì)的寬展系數(shù)不同,軋制線上相應(yīng)的鐵型尺寸也發(fā)生了變化,會產(chǎn)生寬展超寬的情況,導(dǎo)致軋件刮磨導(dǎo)衛(wèi)內(nèi)襯板和導(dǎo)輪“軋鋼”的情況,在成品表面會出現(xiàn)多條細(xì)裂紋,如圖3(c)所示。

        (3)軋輥墊片高度的監(jiān)控,水平架次軋輥墊片裝配出現(xiàn)問題影響軋制線高度,一般情況下不會造成質(zhì)量波動,可能會造成堆鋼,同時線上巡檢作業(yè)極易發(fā)現(xiàn),但是立式軋機(jī)裝配錯誤會對質(zhì)量造成嚴(yán)重波動,由于入口滾動導(dǎo)衛(wèi)與軋輥孔型不對中,對導(dǎo)衛(wèi)導(dǎo)輪磨損極其嚴(yán)重,對軋件造成劃痕,成品產(chǎn)生裂紋缺陷。

        (4)軋輥輥錯會對導(dǎo)衛(wèi)導(dǎo)輪造成極大影響,而且軋件扭轉(zhuǎn)極易進(jìn)入槽口區(qū)域,造成成品裂紋,扭轉(zhuǎn)嚴(yán)重時,導(dǎo)輪端部會形成尖銳形狀嚴(yán)重刮傷軋件,對成品影響極其嚴(yán)重。 圖3(d)、3(e)分別為滾動導(dǎo)衛(wèi)嚴(yán)重磨損圖片和軋件扭轉(zhuǎn)時的軋輥圖片。

        2.2.2 導(dǎo)衛(wèi)刮傷產(chǎn)生的裂紋

        滑動摩擦產(chǎn)生的嚴(yán)重刮傷主要體現(xiàn)在大規(guī)格軟線,由于鋼的自重問題,與導(dǎo)衛(wèi)產(chǎn)生刮擦,在成品呈短粗型缺陷。 劃傷是生產(chǎn)過程中最常見的軋制缺陷,產(chǎn)生原因復(fù)雜,難以完全避免,只能盡量減少[5]。

        2.2.3 軋槽充滿產(chǎn)生的裂紋

        由于受孔型限制以及鋼質(zhì)變化時變形抗力的影響,軋件在軋槽充滿易產(chǎn)生裂紋[6]。 對于軋槽充滿產(chǎn)生的裂紋,主要包括鐵型尺寸、軋制線、模塊軋槽、套位四個方面。

        (1)鐵型尺寸和軋制線不當(dāng)會在軋件上產(chǎn)生單、雙邊耳子,導(dǎo)衛(wèi)開檔,輥錯以及軋輥軸向竄動,繼而在后續(xù)道次軋制后形成折疊,影響成品表面質(zhì)量。 鐵型尺寸和軋制線不當(dāng)產(chǎn)生的缺陷示意圖見圖4。

        圖4 鐵型尺寸和軋制線不當(dāng)產(chǎn)生的缺陷Fig. 4 Defects Caused by Swage Dimensions and Rolling Line Being Improper

        (2)雙模塊軋機(jī)軋槽的充滿量需要特殊說明,考慮到加工難度,高速段雙模塊孔型沒有外圓角,尖銳的槽邊易對軋件產(chǎn)生刮傷型缺陷,因此對軋槽的充滿程度要求極高,實際生產(chǎn)過程中又要考慮成品尺寸精度問題,在鞍鋼線材2#線生產(chǎn)作業(yè)區(qū)雙模塊控制是重中之重,同時也具有難度。

        (3)高速線材連續(xù)軋制過程,遵循兩機(jī)架間秒流量相等原則,但實際軋制時,存在很多不穩(wěn)定因素,導(dǎo)致各機(jī)架之間的秒流量暫時或長期不能達(dá)到完全相同,軋機(jī)間存在嚴(yán)重堆鋼狀態(tài)時,頭尾起高套,導(dǎo)致頭尾鐵型尺寸較大,雙模塊軋件尺寸超標(biāo),造成表面出現(xiàn)刮傷型裂紋,呈單邊、雙邊等不同形態(tài)。正常情況下,對于同一軋件由頭部到尾部活套允許±15 mm 左右的高度變化[10],見圖5。

        圖5 立活套示意圖Fig. 5 Schematic Diagram of Vertical Loops

        3 控制措施

        3.1 坯料缺陷控制措施

        從表1 可知,對于肉眼可見的鋼坯裂紋,線材規(guī)格越大,鋼坯裂紋對成品表面的影響越大,為保證成品表面質(zhì)量,鋼坯裂紋深度應(yīng)控制在0.4 mm以內(nèi)。

        3.2 軋制缺陷控制措施

        3.2.1 軋輥產(chǎn)生缺陷的控制措施

        (1)防止軋輥產(chǎn)生裂紋最基本做到保證在線冷卻水水壓、水量達(dá)標(biāo),冷卻水嘴對準(zhǔn)軋槽,選用合適的材質(zhì),防止軋輥裂紋除了選擇合適的材質(zhì)外,還要注意軋制噸位,防止軋輥疲勞[5]。建立軋輥倒槽換輥系統(tǒng),單槽過鋼量按噸統(tǒng)計。

        (2)在更換軋輥材質(zhì)的時候,需要根據(jù)不同的摩擦系數(shù)調(diào)整相應(yīng)的鐵型尺寸,防止軋件超寬,重點架次在5#、7#、9#,各機(jī)架寬展控制見表2。

        表2 各機(jī)架寬展控制Table 2 Control of Broadening for Indivisual Rolling Mill Standmm

        (3)軋輥墊片要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)裝配,同時定期檢查軋輥墊片和軋機(jī)牌坊上的墊片磨損程度,是否出現(xiàn)異??梢詮能堉凭€對中情況體現(xiàn)。

        (4)各個關(guān)鍵工位點嚴(yán)格控制,導(dǎo)衛(wèi)按周期更換,嚴(yán)禁出現(xiàn)輥錯、導(dǎo)衛(wèi)輪偏等現(xiàn)象。

        在生產(chǎn)中,對軋輥、軋槽和導(dǎo)衛(wèi)要及時更換,防止軋槽磨損程度過大或備件損壞對軋制調(diào)整帶來的不利影響[8]。

        3.2.2 導(dǎo)衛(wèi)刮傷產(chǎn)生裂紋的控制措施

        對線上易產(chǎn)生刮劃傷位置由滑動導(dǎo)衛(wèi)改為滾動導(dǎo)衛(wèi)可有效減少劃傷產(chǎn)生。 圖6、7 是導(dǎo)衛(wèi)改進(jìn)前后對比照片。

        圖6 旁通鑄鐵導(dǎo)槽改單排的底輥托動Fig. 6 Moving by Holding of Lower Rolls by Replacing Bypassing Cast Iron Guided Grooves with Rolls in Single Row

        圖7 改進(jìn)前后彎道圖片F(xiàn)ig. 7 Pictures of Curved Conduits before and after Improvement

        3.2.3 軋槽充滿產(chǎn)生裂紋的控制措施

        (1)在實際生產(chǎn)過程中,對于軋槽充滿產(chǎn)生的裂紋第一要做到軋制線對中、無輥錯、導(dǎo)衛(wèi)有效扶持軋件等關(guān)鍵工藝點執(zhí)行有效。 第二要了解軋槽充滿產(chǎn)生裂紋的特點,與坯料遺傳缺陷的無規(guī)則斷續(xù)型不同,孔型充滿產(chǎn)生的裂紋為連續(xù)型缺陷,垂直或大角度延伸至基體,而且部分與修剪環(huán)數(shù)有關(guān),修剪量增加后,缺陷可能完全消除。

        (2)雙模塊孔型充滿程度可通過輥縫調(diào)整、1#測徑儀鐵型尺寸(3#剪鐵型尺寸)以及修改原始設(shè)定軋機(jī)檔位進(jìn)行完善。比如軋制Φ18 mm 線材時,31#軋槽充滿,可通過增加31#輥縫、減少1#測徑儀鐵型尺寸、減少29#、30#輥縫進(jìn)行改善,也可改變原始齒數(shù)比,31#、32#檔位由BL 改至CL (增加單機(jī)組之間的張力)。

        (3)目前,大部分生產(chǎn)高速線材企業(yè)引入無張力軋制技術(shù),通過活套控制方式提高生產(chǎn)效率[9]。活套機(jī)構(gòu)需要定時點檢,并根據(jù)活套產(chǎn)生異常的原因及時調(diào)整壓下量、R 因子、零位和機(jī)械結(jié)構(gòu),避免異常磨損,保證軋制狀態(tài)順行。

        4 實際應(yīng)用效果

        通過采取上述控制措施,2022—2023 年鞍鋼線材廠2#線生產(chǎn)作業(yè)區(qū)生產(chǎn)冷鐓鋼開裂率降低15%,初驗合格率達(dá)到95%以上,廢次降率達(dá)到0.5%,彈簧鋼表面裂紋可控制在30 μm 以下,大幅度降低客戶異議、抱怨頻率,得到多個國內(nèi)知名緊固件廠家好評,產(chǎn)線過程控制能力有效提高。

        5 結(jié)論

        (1)線材表面產(chǎn)生裂紋的主要原因是坯料遺傳裂紋和軋制裂紋,其中軋制缺陷包括軋輥產(chǎn)生裂紋、導(dǎo)衛(wèi)刮傷產(chǎn)生的裂紋和軋槽過充滿產(chǎn)生的裂紋。

        (2)通過細(xì)化鋼坯裂紋標(biāo)準(zhǔn)、 對軋輥實施精準(zhǔn)控制、導(dǎo)衛(wèi)由滑動摩擦改至滾動摩擦、細(xì)化鐵型尺寸防止軋槽充滿四項控制措施,2022—2023 年鞍鋼線材廠2#線生產(chǎn)作業(yè)區(qū)生產(chǎn)冷鐓鋼開裂率降低15%,初驗合格率達(dá)到95%以上,廢次降率可達(dá)到0.5%,彈簧鋼表面裂紋可控制在30 μm 以下,大幅度降低客戶異議、抱怨頻率,得到多個國內(nèi)知名緊固件廠家好評,產(chǎn)線過程控制能力有效提高。

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