X65鋼板邊部浪形的原因分析及控制

龐義行

（山鋼股份萊蕪分公司寬厚板事業(yè)部，山東萊蕪 271104）

生產(chǎn)技術

X65鋼板邊部浪形的原因分析及控制

龐義行

（山鋼股份萊蕪分公司寬厚板事業(yè)部，山東萊蕪 271104）

針對16 mm厚X65鋼板空冷后出現(xiàn)邊浪缺陷的情況，分析認為，主要原因是控軋控冷階段邊部與中心溫差積累，產(chǎn)生了過冷帶，熱應力和組織應力不斷積累，應力在空冷過程中的釋放產(chǎn)生邊浪缺陷。通過優(yōu)化生產(chǎn)工藝，利用MULPIC邊部遮擋功能及水凸度控制，減小鋼板在控軋控冷過程中的溫度梯度，保證鋼板橫向冷卻均勻。改進后，鋼板中心與邊部溫差＜25℃，板形不合格率由46.7%降低為3.5%。

X65鋼板；邊部浪形；邊部遮擋；水凸度控制

1 前言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，對石油、天然氣等能源的需求不斷增加，管線運輸是長距離傳輸石油、天然氣等資源經(jīng)濟、合理的運輸方式。為了提高輸送效率、降低能耗、減少投資，長輸管線向高壓、大口徑輸送發(fā)展已經(jīng)成為趨勢，帶動管線鋼生產(chǎn)技術的快速發(fā)展［1］。制造相應管線所需的X65鋼級管線鋼占有較大比例，該產(chǎn)品在實際生產(chǎn)中常采用控軋控冷技術，容易在控冷過程中因不均勻冷卻導致板形缺陷，嚴重影響產(chǎn)品質(zhì)量和合同兌現(xiàn)。

本研究主要對萊鋼寬厚板在生產(chǎn)16 mm厚X65鋼板空冷后出現(xiàn)邊浪缺陷的原因進行分析，找出影響因素并采取相應措施，保證良好板形。

2 生產(chǎn)流程控制及跟蹤

板坯在加熱爐內(nèi)加熱至一定溫度，出鋼后經(jīng)高壓水除鱗，送至粗軋，由粗軋軋制到設定中間坯厚度；經(jīng)過輥道輸送至精軋機，通過多道次軋制成目標厚度；經(jīng)MULPIC控制冷卻至目標溫度；通過熱矯直機矯直，提高板形質(zhì)量；再由橫移輥道輸送至冷床進行空冷。

設定精軋開軋溫度為960℃，中間坯厚度64 mm，精軋采用6道次負荷軋制，典型軋制負荷分配如表1所示。末道次軋制力控制在4×104kN以下，軋后板形整體平直，頭尾有輕微浪形。

鋼板實際開冷溫度控制在760～780℃，終冷溫度控制在600～620℃，冷速10～12℃/s，鋼板在軋制和水冷剛完成時，整體板形均良好，無浪形缺陷。但是上冷床后，在后續(xù)空冷過程中，鋼板兩側(cè)出現(xiàn)嚴重邊浪，影響了產(chǎn)品質(zhì)量，同時給后工序生產(chǎn)增加了難度，影響了交貨期。

表1 精軋軋制道次負荷分配

3 鋼板邊部浪形缺陷原因分析

鋼板邊部浪形缺陷是由于橫向冷卻不均勻造成的?，F(xiàn)場跟蹤發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)邊浪鋼板的兩側(cè)均存在明顯的“帶狀過冷”區(qū)域。結(jié)合現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)分析，造成鋼板橫向冷卻不均的因素主要有：

1）板坯中心與兩側(cè)存在橫向溫差。目前加熱爐的板坯規(guī)格多，產(chǎn)量變化大，采取雙排料加熱方式。其中加熱段采用了全側(cè)焰供熱方式，由于火焰燃燒的形狀，火焰根部溫度偏低，火焰頭部偏高，導致鋼板在靠近爐膛中心線部位溫度偏高，而靠近爐膛側(cè)墻部位溫度偏低，板坯存在橫向溫度梯度，后序的控軋控冷過程中橫向溫差進一步加大。

2）鋼板控軋過程中，中間與邊部存在較大的溫差。鋼板軋制過程中，因輻射散熱、輥道冷卻水及流落到鋼板表面的軋輥冷卻水等熱交換散熱，造成實際鋼板邊部換熱系數(shù)比中心部位要大，鋼板邊部和中心部位存在較大溫度梯度。現(xiàn)場測溫儀顯示，軋制結(jié)束后，邊部溫度比中心部位低最高約110℃。

3）精軋機采用“CVC”輥形軋制，軋制過程中因板形凸度影響，造成鋼板兩側(cè)與中間延伸不同，使鋼板產(chǎn)生內(nèi)應力，該應力并未達到引起雙邊浪形的程度，但是在隨后的冷卻過程中進一步加大。

4）鋼板在控制冷卻過程中，隨著溫度的變化不僅會發(fā)生組織的轉(zhuǎn)變，而且會出現(xiàn)復雜的應力變化情況［2］。鋼板內(nèi)部的應力包括熱應力和組織應力。當鋼板的溫度發(fā)生變化時，鋼板的各部分就會膨脹或者收縮，這種變形受到鋼板內(nèi)部的變形協(xié)調(diào)要求而不能自由發(fā)生，鋼板內(nèi)部就會產(chǎn)生附加應力，即熱應力。當鋼板溫度降低到一定程度時，鋼板內(nèi)部發(fā)生相變，由于鋼板內(nèi)部相變的時間和相變組織不一樣，各部分的膨脹程度也不相同，因而相變時的自由膨脹受到約束，產(chǎn)生了組織應力。熱應力和組織應力共同作用，引起了鋼板復雜的板形。

鋼板在MULPIC冷卻過程中，橫向邊部與中間冷卻不均，冷卻水向鋼板邊部流動，使邊部的換熱系數(shù)相對于中心部位大得多，邊部熱交換速度快，邊部溫降更嚴重，進而加重了邊部過冷，使鋼板邊部與中心溫差擴大。結(jié)合現(xiàn)場熱成像結(jié)果分析，水冷結(jié)束后，鋼板邊部溫度明顯低于中心部位溫度，存在明顯的不同溫度區(qū)間。邊部溫度平均在400～510℃，而中間溫度在590～630℃，平均溫差155℃。

因此，鋼板軋制過程中橫向延伸不均產(chǎn)生內(nèi)應力，同時因控軋控冷階段邊部與中心溫差積累，產(chǎn)生了“過冷帶”，在“過冷帶”與中間區(qū)域之間因溫度不同產(chǎn)生的熱應力和組織轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的組織應力不斷積累，在隨后的空冷過程中，應力釋放導致產(chǎn)生邊浪缺陷。

4 解決措施

為減小在控軋控冷過程中鋼板邊部與中間的溫差，保證鋼板寬度方向上的溫度均勻性，主要采取以下措施：

1）提高板坯加熱溫度均勻性。優(yōu)化加熱工藝，合理分配板坯在加熱爐內(nèi)加熱段及均熱段的加熱時間和加熱溫度，保證板坯加熱均勻性。2）合理設定軋制參數(shù)，優(yōu)化輥形配置，減小軋制過程中的不均勻變形。軋制過程中通過調(diào)整彎輥量和竄輥位置，降低鋼板邊緣擾動，保證軋制變形均勻。3）優(yōu)化調(diào)整軋輥刮擦器和精軋機后水吹掃裝置，減少鋼板表面的積水，進而減小鋼板邊部與中間部位的溫差。4）優(yōu)化MULPIC控冷系統(tǒng)工藝參數(shù)，減小因水冷過程中冷卻不均造成的溫差。合理運用邊部遮擋技術及水凸度控制，對關鍵參數(shù)進行優(yōu)化。

邊部遮擋技術是鋼板水冷時通過MULPIC邊部遮擋裝置，對鋼板邊部一定范圍進行遮擋，減小邊部冷卻強度，保證鋼板橫向溫度的均勻性［3］。遮擋量參數(shù)的選擇和鋼板厚度、鋼板寬度等因素有關。邊部遮擋的位置由以下方程確定：

Z=A0+A1H+A2W+A3Q。

其中：Z為邊部遮擋位置；H為鋼板厚度，mm；W為鋼板寬度，mm；Q為上表面水流量，m3/h；A0、A1、A2、A3均為模型參數(shù)。由公式及模型參數(shù)計算，實際現(xiàn)場邊部遮擋量約為50 mm。

水凸度控制是通過控制水凸度平衡閥開口度，調(diào)整寬度方向上的水流量分布。當水凸度平衡閥開度100%時，在集管的整個寬度斷面上水流分配是平的直線即整個寬度方向上水流量一致；當水凸度平衡閥開度0%時，邊部的水流量是0。通過調(diào)整水凸度平衡閥，實現(xiàn)鋼板寬度方向上兩側(cè)比中部水流量略小的拱狀水流分布，可有效減小鋼板在控冷過程中出現(xiàn)的溫度梯度，保證鋼板橫向冷卻的均勻性。

采取上述措施后，鋼板水冷后寬度方向的溫度均勻性明顯提高，中心與邊部溫差＜25℃，水冷后的“過冷帶”消失，在冷床空冷過程中未再出現(xiàn)邊浪問題。同前期生產(chǎn)相比，板形不合格率由46.7%降低為3.5%，板形質(zhì)量得到極大改善，提高了合同兌現(xiàn)率及客戶滿意度，提高了產(chǎn)品的市場競爭力。

［1］張慶國.管線鋼的發(fā)展趨勢及生產(chǎn)工藝評述［J］.河北冶金，2003（5）：12-17.

［2］龔彩軍.中厚板控制冷卻過程中溫度均勻性的研究［D］.沈陽：東北大學，2005.

［3］周娜，吳迪，張殿華.邊部遮蔽在中厚板冷卻中的研究與應用［J］.冶金設備，2008（1）：21-23.

Reason Analysis and Control of X65 Steel Plate Edge Wave

PANG Yixing

（The Heavy Plate Department of Laiwu Branch Company of Shandong Iron and Steel Co.,Ltd.,Laiwu 271104,China）

To the edge wave defects of X65 steel plate with 16mm thickness appeared after air cooling,the main reasons were analysed as follows:the temperature difference between the edge with the center,that was accumulated in the controlled rolling and controlled cooling stage,and produced overcooled region,the thermal and structural stress were accumulated,and the edge wave defects were caused by the stresses released in air cooling process.By optimizing the production process,using MULPIC edge masking function and water crown control,the temperature gradient of the steel plate was reduced during controlled rolling and controlled cooling process,it could guarantee the plate transverse cooling uniform.After the improvement,the temperature difference of plate edge with the center was less 25℃and the shape unqualified rate was reduced to 3.5%from 46.7%.

X65 steel plate;edge wave;edge masking function;water crown control

TG335.5

B

1004-4620（2015）01-0013-02

2014-08-13

龐義行，男，1987年生，2010年畢業(yè)于武漢科技大學材料成型及控制工程專業(yè)?，F(xiàn)為萊鋼寬厚板事業(yè)部助理工程師，從事軋鋼工藝技術工作。