淺談花紋輥的使用技術(shù)與發(fā)展

曹 鵬

（日照鋼鐵有限公司, 山東 日照276800）

1 花紋板的應(yīng)用

表面帶有花紋的鋼板美觀且能增加摩擦、強(qiáng)化性能、節(jié)約鋼材,在建筑、造船、交通和機(jī)械制造行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。扁豆形花紋板的花紋屬開(kāi)口形, 是目前應(yīng)用最廣泛的花紋板。其優(yōu)點(diǎn)是美觀大方、防滑效果好、不存油水?；y板目前在國(guó)內(nèi)有很大的市場(chǎng), 因此軋制花紋板有較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。[1]某熱軋廠在2007 年4 月試軋扁豆形花紋板（以下簡(jiǎn)稱：花紋板）一次性取得成功。隨后的幾年里花紋板的產(chǎn)量逐漸增加，厚度越軋?jiān)奖?，建筑和機(jī)械制造業(yè)用2.5～3. 0 mm 的花紋板完全可以替代4.0 mm 的平板,每噸可節(jié)約鋼材220 kg[2]。該熱軋廠主軋的幾個(gè)鋼種中，花紋板的噸鋼毛利潤(rùn)始終處于前列。

2 該熱軋廠生產(chǎn)花紋板初期花紋邊緣剝落分析

花紋板是靠最后一個(gè)機(jī)架F7 帶有花紋的花紋輥軋制生產(chǎn)出來(lái)的，而軋輥上上千個(gè)均勻分布的花紋又是靠花紋銑床一個(gè)一個(gè)銑出來(lái)的。加工一支花紋輥非常費(fèi)時(shí)費(fèi)力，所以每個(gè)熱軋廠都希望一支花紋輥能夠軋制盡可能多的花紋板。但是在該熱軋廠花紋輥的使用卻出現(xiàn)了花紋提前報(bào)廢的情況。在主軋寬度1250mm 花紋板的過(guò)程中，在軋輥兩邊距輥身中心610~660mm 的區(qū)域內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)花紋扁豆邊緣的小剝落現(xiàn)象。分析原因主要是由于與帶鋼邊部接觸的扁豆邊緣產(chǎn)生了局部的接觸壓力高點(diǎn)，隨著軋輥的繼續(xù)使用，軋輥的轉(zhuǎn)動(dòng)使得剪切應(yīng)力也逐漸發(fā)生大小和方向的不斷變化。在連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間的周期交變剪切應(yīng)力作用下，反復(fù)變形使與帶鋼溫度較低的邊部接觸的花紋邊緣最先被弱化，達(dá)到疲勞極限時(shí)此區(qū)域花紋豆槽出現(xiàn)微裂紋，這便是造成接觸疲勞裂紋的根源。隨著軋制過(guò)程的繼續(xù)，在花紋板脫離軋輥的過(guò)程中扁豆邊部產(chǎn)生裂紋的部分逐漸脫離軋輥，使得下線花紋輥發(fā)生小剝落。一段時(shí)間以來(lái)，該熱軋廠花紋輥上花紋的報(bào)廢要求無(wú)法執(zhí)行工藝要求的扁豆中心深度標(biāo)準(zhǔn)，而是依據(jù)花紋扁豆剝落的程度決定其花紋是否報(bào)廢。

3 針對(duì)花紋扁豆剝落進(jìn)行的技術(shù)改進(jìn)

3.1 選擇合適的軋輥上銑床銑花紋

由于在軋輥上銑花紋本身對(duì)軋輥就是一種全面損傷，所以每次選輥銑花紋時(shí)要對(duì)該輥的使用檔案進(jìn)行查詢，要求在以往的使用中不得出現(xiàn)剝落，龜裂、嚴(yán)重?zé)崃鸭y等缺陷故障。軋輥銑花紋前輥身必須經(jīng)過(guò)全面的超聲波探傷檢測(cè)，確認(rèn)輥面及其內(nèi)部無(wú)影響繼續(xù)使用的缺陷后才可選取作為銑花紋的備輥。為了保證花紋輥機(jī)架F7 標(biāo)高的規(guī)定，銑花紋時(shí)要盡量選用輥徑符合F7 標(biāo)高范圍的軋輥。由于該熱軋廠F7 用的都是大輥徑軋輥，還要兼顧花紋輥輥系的輥壓要求，所以目前選取銑花紋的軋輥都比F7 范圍內(nèi)的最小輥徑要求大4.5mm 以上；隨著花紋板的常態(tài)化生產(chǎn)，當(dāng)40%以上的F5-7 工作輥需要被銑1~2 次花紋時(shí)，可以考慮讓軋輥制造廠家將軋輥輥身的硬度適度降低，這樣就可以增加其韌性，減少其作為花紋輥在軋鋼時(shí)扁豆邊緣剝落的概率。

3.2 改進(jìn)花紋輥輥系的輥型及支承輥倒角

該熱軋廠F7 普通輥都采用的為-0.18mm 的正弦凹輥型，但是為了減輕花紋輥在軋鋼時(shí)兩邊部扁豆剝落的現(xiàn)象，就需要對(duì)其輥型進(jìn)行優(yōu)化，以減輕扁豆剝落區(qū)域的受力，從而減少F7 花紋輥邊部扁豆剝落狀況。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，在保證花紋板板型的前提下，花紋輥采用最普通的圓柱輥型，而與其配對(duì)的下輥則采用-0.02~-0.08mm 之間的正弦凹輥型，下輥輥型的具體數(shù)值由軋輥溫度、主軋花紋板厚度等因素決定。另外要提到的一點(diǎn)是與花紋輥接觸的支承輥倒角形式也要做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，根據(jù)花紋輥扁豆發(fā)生小剝落的位置確定支承輥倒角的長(zhǎng)度和深度，其中主要是要讓支承輥輥身負(fù)荷最高的區(qū)域與花紋輥發(fā)生小剝落的區(qū)域不重疊，這樣做也是為了保護(hù)支承輥。

3.3 改進(jìn)花紋輥的豆形

為了減少花紋扁豆邊部的小剝落，另一個(gè)重要措施就是從減小其剝落位置扁豆邊緣的受力情況進(jìn)行著手。這其中最有效的辦法之一就是改變花紋扁豆的豆形。方案一是將距離輥身中心590~690 區(qū)域內(nèi)容易發(fā)生小剝落的扁豆豆形角度由70°改為80°，這種方案的缺點(diǎn)是加工過(guò)程中需要換銑刀；方案二是將所有扁豆豆形由70°改為80°，這種方案的缺點(diǎn)是增加了金屬的加工量，但是省去了換銑刀，還有就是整支輥花紋的豆形保持一致。下圖是豆形由70°改為80°的示意圖。

3.4 對(duì)花紋容易發(fā)生小剝落的區(qū)域進(jìn)行反復(fù)修磨

無(wú)論采取那種方案銑花紋，在花紋輥加工完畢后都要對(duì)容易發(fā)生小剝落區(qū)域的花紋進(jìn)行修磨處理，選用的工具最好是可裝微型圓錐形磨頭的電磨頭，這樣可以對(duì)整個(gè)扁豆的邊緣進(jìn)行修磨，使其扁豆邊緣形成一個(gè)圓滑的小倒角，減輕軋制時(shí)的應(yīng)力集中點(diǎn)的最大受力。經(jīng)過(guò)修磨的扁豆邊緣的受力得到了進(jìn)一步降低，發(fā)生小剝落的扁豆幾乎可以杜絕。但是隨著花紋輥的反復(fù)使用，這個(gè)修磨出來(lái)的小倒角會(huì)越來(lái)越小，這樣就要繼續(xù)反復(fù)修磨來(lái)保證每次上線的花紋輥在易發(fā)生扁豆剝落區(qū)域的花紋都有圓滑的小倒角。

3.5 合理優(yōu)化花紋輥的使用工藝

為降低變形抗力, 在軋制花紋板時(shí)應(yīng)提高軋制溫度[3]，所以軋制花紋板時(shí)FT7 要求要比其它鋼種略高，尤其軋制厚度2.0mm 及其以下規(guī)格時(shí)FT7 的要求更重要。花紋輥輥系的換輥周期也要規(guī)范，不能因?yàn)榛y沒(méi)有發(fā)生損傷就將花紋板的軋制計(jì)劃隨意延長(zhǎng)，根據(jù)該熱軋廠的經(jīng)驗(yàn)22±2 公里作為F7 花紋輥單個(gè)使用周期的軋制量是最合理的。F7 上支承輥由于其換輥周期較長(zhǎng)，軋制量較大，所以F7 支承輥的一個(gè)換輥周期內(nèi)花紋板的總量最好不要超過(guò)8000 噸或300 公里，如果花紋板生產(chǎn)計(jì)劃確實(shí)太多，可以考慮縮短F7 支承輥的換輥周期，否則F7 與花紋輥接觸的支承輥會(huì)發(fā)生環(huán)狀連續(xù)性剝落，這些缺陷基本可以讓此支撐輥報(bào)廢。

4 實(shí)施上述花紋輥改進(jìn)技術(shù)后的效果

經(jīng)過(guò)以上技術(shù)改進(jìn)，該熱軋廠單支花紋輥軋制花紋板的總量得到顯著提高，由之前的3 個(gè)計(jì)劃，約66 公里，提高到了7 個(gè)計(jì)劃154 公里。以平均軋制厚度3.0mm，寬度1250mm 進(jìn)行核算，每支花紋輥所軋制的花紋板的重量則由1930 噸提高至4500 噸，這樣在花紋輥加工能力一定的前提下，花紋板的放量生產(chǎn)量具備了必要條件。該熱軋廠主要生 產(chǎn) 的 幾 個(gè) 鋼 種 SPHC、Q215B、Q235B、Q345B、花紋板等的市場(chǎng)售價(jià)差別不是很大，但是在扣除原料成本、加工成本、銷售成本等幾個(gè)主要成本指標(biāo)以后，各鋼種的毛利潤(rùn)則區(qū)別很大。2011 年進(jìn)入第四季度以后，隨著鋼材市場(chǎng)的變化，鋼鐵行業(yè)出現(xiàn)了大面積虧損，上述幾個(gè)鋼種的毛利潤(rùn)同步出現(xiàn)了分化，SPHC 甚至出現(xiàn)虧損。在這種市場(chǎng)形勢(shì)下，該熱軋廠迅速調(diào)整策略，根據(jù)10 月份各鋼種的毛利情況，決定立即提高了毛利最高的花紋板的產(chǎn)量。

5 該熱軋廠花紋輥使用技術(shù)的完善與繼續(xù)改進(jìn)

5.1 大幅延長(zhǎng)花紋輥總軋制量后的負(fù)面影響

由于花紋輥邊部扁豆剝落問(wèn)題得到了解決，為了提高單支花紋輥的總軋制量，該熱軋廠在加工花紋輥時(shí)銑出的花紋扁豆深度逐漸增加，最深時(shí)曾經(jīng)達(dá)到3.3mm，而報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)在該廠確是花紋深度小于1.9mm。這樣直徑方向花紋的有效使用范圍達(dá)到了2.8mm。按照每個(gè)軋制計(jì)劃22±2 公里計(jì)算，單支花紋輥?zhàn)疃鄷r(shí)軋到了9 個(gè)計(jì)劃。由于花紋輥本身就是缺陷輥，所以在使用期間根本無(wú)法進(jìn)行任何形式的探傷檢測(cè)，一旦形成微小裂紋，無(wú)法被立即檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，隨著該輥的繼續(xù)使用，這些缺陷將繼續(xù)擴(kuò)大，最終使得這些花紋輥在后續(xù)作為普通輥使用時(shí)，頻繁出現(xiàn)深度數(shù)量都很大的45°角裂紋，這對(duì)輥耗成本的控制極為不利，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)在軋線上一旦形成大剝落或斷輥等事故，真就是過(guò)猶不及了。鑒于上述情況，目前規(guī)定銑花紋的深度盡量不要超過(guò)3.0mm，上線軋制不要超過(guò)7 個(gè)計(jì)劃。

5.2 選用接近報(bào)廢的軋輥銑花紋

該熱軋廠目前開(kāi)始著手改造F7 在線調(diào)標(biāo)高裝置了，一旦條件成熟，銑花紋選輥時(shí)就不用考慮大輥徑的次新輥了?？梢允褂媒咏鼒?bào)廢直徑半徑方向剩余量為4~5mm 的軋輥用來(lái)銑花紋。例如：F5 -7 軋輥報(bào)廢直徑630mm，選輥銑花紋時(shí)可以使用638~640mm之間的軋輥。這樣做的好處很多，由于軋輥接近軋輥報(bào)廢直徑時(shí)硬度已經(jīng)降低所以首先可以減少銑刀的消耗，增加銑床工作效率；其次由于輥徑較小軋制薄規(guī)格花紋板時(shí)可以減輕F7 的符合；再有就是花紋輥花紋報(bào)廢后不必進(jìn)行車磨加工，節(jié)約了大量的車刀、砂輪消耗以及人力、電耗等；最后有點(diǎn)冒險(xiǎn)的就是可以將花紋的深度銑的更深，增加該輥軋制計(jì)劃數(shù)到8~9 個(gè)，只要保證在線不發(fā)生故障即可。

總結(jié)

花紋板是該熱軋廠毛利最高的鋼種之一，只有合理充分的使用每一支花紋輥，才能讓它創(chuàng)造出更高的經(jīng)濟(jì)效益。截止2012 年4月，該熱軋廠生產(chǎn)的花紋板最薄已經(jīng)達(dá)到1.7mm，3 月份花紋板單月最大產(chǎn)量更是首次突破5 萬(wàn)噸大關(guān)達(dá)到50800 噸，這其中厚度2.0mm 及其以下規(guī)格花紋板占花紋板總重的比例超過(guò)29%，在創(chuàng)造效益的同時(shí)，該熱軋廠花紋板的綜合生產(chǎn)能力在國(guó)內(nèi)已處于領(lǐng)先水平。

[1]王建剛.花紋板的研制與開(kāi)發(fā)[J].包鋼科技,2004,30(2):13-15.

[2]吳國(guó)良.花紋板的軋制工藝[J].軋鋼,1986,21(9):35-40.

[3]吳國(guó)良,王國(guó)棟.圓豆形花紋板軋制及變形機(jī)理的研究[J].鋼鐵,1989,(12):39-42.