冷軋板表面球狀異物壓入控制分析

供稿|黃小山，王振基，唐小勇 / HUANG Xiao-shan, WANG Zhen-ji, TANG Xiao-yong

2014年10月到11月，新余鋼鐵股份有限公司冷軋廠連續(xù)退火線生產(chǎn)出的冷軋板表面多次出現(xiàn)周期性嚴(yán)重壓印事故。其中2014年10月31日爐內(nèi)壓印，經(jīng)6小時打磨后消失，詳見圖1(a)。但是2014年11月19日至20日連續(xù)3次爐內(nèi)壓印，前兩次打磨后消失，最后一次長時間打磨無效后不得不開爐處理，詳見圖1(b)。根據(jù)其周期長度，可確定為爐輥輥印。出現(xiàn)此類情況后，需先采用爐內(nèi)升降速打磨爐輥，如果無效則必須開爐處理。而無論哪種方法，都將造成數(shù)百噸鋼卷改判，且嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)進(jìn)度。

圖1 冷軋板表面周期性壓印：(a) 打磨爐輥后消失的壓??；(b) 長時間打磨爐輥仍無法消失的壓印

球狀異物壓入的分布規(guī)律及形貌特征

針對該問題，對產(chǎn)生壓印的第一卷鋼和前一卷鋼實施重新開卷檢查，發(fā)現(xiàn)鋼卷的頭部200 m內(nèi)有大量疑似夾雜及球狀異物壓入現(xiàn)象。從提取的樣板板面情況能夠發(fā)現(xiàn)，這些嵌入基體的小球與基體結(jié)合并不牢固，可以活動，部分壓入板面的球狀異物已經(jīng)從板面脫落，留下基板上的凹坑。

球狀異物壓入原因分析

形貌與成分分析

根據(jù)開爐后從爐輥上找到的球狀異物及其形狀特征，可以確定該球狀異物是板面凹坑產(chǎn)生的原因，見圖2。該異物直徑約5 mm，厚度約2 mm，與圖1(b)板面壓印吻合。

通過電鏡對爐輥上球狀異物和板面上壓入物的成分進(jìn)行分析(見圖3、表1、圖4、表2)，可知其成分是基本相似的(Cr、Ni含量極高)，與鋼卷基體成分差異很大，因此可以確定該爐內(nèi)球狀異物為板面帶入并脫落后產(chǎn)生的，且為外來物壓入帶鋼表面。

圖2 2014-1-2069號爐輥上粘附的球狀異物

圖3 粘附在爐輥上的異物成分分析圖：(a) 異物形貌；(b) 異物成分

工序排查

根據(jù)以上結(jié)果，球狀異物成分中Cr、Ni含量極高，且為外來物壓入帶鋼表面所致，可以排除普通碳鋼材質(zhì)。于是對生產(chǎn)線的軋制通道Cr、Ni含量較高的部件進(jìn)行排查，把可疑點主要集中在不銹鋼材質(zhì)上。

表1 粘附在爐輥上的異物成分?jǐn)?shù)據(jù)表

首先對連退線進(jìn)行排查。連退爐內(nèi)襯板為不銹鋼成分，但內(nèi)襯板厚度為1mm，小于爐內(nèi)異物的厚度。爐內(nèi)最高溫度為850 ℃，不至于導(dǎo)致內(nèi)襯板碎裂。即使有異物黏附在連退爐爐輥上，由于爐內(nèi)張力不大，只會導(dǎo)致帶鋼表面上出現(xiàn)一面凹陷，另一面突出的壓痕，絕對不會造成這種嵌入型的壓入。而目前發(fā)現(xiàn)的異物壓入也僅僅是帶鋼頭尾部分比較多，帶鋼中間位置很少。隨后加大連退線入口檢查力度，對連退入口剪切的頭尾廢板進(jìn)行清理檢查，發(fā)現(xiàn)入口板面就存在球狀異物壓入情況。因此排除連退線產(chǎn)生該類異物壓入的可能性。

圖4 板面上的異物成分分析圖：(a) 異物形貌；(b) 異物成分

表2 板面上的異物成分?jǐn)?shù)據(jù)表

其次對酸軋線進(jìn)行排查。酸軋工作輥、中間輥材質(zhì)為Cr5鍛鋼，支撐輥材質(zhì)為45Cr4NiMoV，酸軋生產(chǎn)這些卷期間也從未發(fā)現(xiàn)有軋輥異常剝落現(xiàn)象。拉矯破鱗機工作輥材質(zhì)為GCr15(Cr含量1.30~1.65，Ni≤0.30)，與電鏡分析的成分結(jié)果不相符。因此可排除酸軋產(chǎn)生異物壓入的可能。

再次對熱軋線進(jìn)行排查。根據(jù)上述排查情況，我們初步判斷該異物壓入為原料帶入，非冷軋工序產(chǎn)生。隨后與熱連軋廠進(jìn)行溝通排查。經(jīng)現(xiàn)場觀察及分析，精軋后帶鋼板形出現(xiàn)不良時，帶鋼頭部容易偏離軋制中心線，而為了防止鋼卷頭塔，側(cè)導(dǎo)板頭部短行程開口度又不宜過大。因此，帶鋼頭部時常與卷取機前側(cè)導(dǎo)板撞擊，存在火花濺落在帶鋼表面的現(xiàn)象。這是因為側(cè)導(dǎo)板雖是碳鋼，但磨損后會采用不銹鋼焊條進(jìn)行堆焊修復(fù)，當(dāng)修復(fù)面打磨不夠光滑，尤其是存在部分焊渣又受到帶鋼頭部撞擊時，這些不銹鋼焊渣會飛濺到帶鋼上表面，經(jīng)卷取機前夾送輥壓入帶鋼基體。經(jīng)成分對比分析，發(fā)現(xiàn)不銹鋼焊條成分與球狀異物壓入成分相符，進(jìn)一步驗證了冷軋連退后帶鋼表面球狀異物壓入為此處側(cè)導(dǎo)板焊渣所致，詳見圖5和表3。

最后，我們還對其他類似缺陷進(jìn)行了詳細(xì)的排查。在排查分析過程中，還發(fā)現(xiàn)有另外一種類似上述球狀壓入的缺陷，形貌及成分如圖6和表4所示。這類形貌的缺陷不含Cr、Ni等元素，而是Fe與O元素，或100%為Fe元素。

在該“小球”缺陷與其基體界面處的成分(見圖7和表5)，為夾雜物成分。經(jīng)分析，認(rèn)為這類“小球”缺陷與異物壓入型球狀缺陷產(chǎn)生的機理不同，產(chǎn)生原因與帶鋼表面皮下夾雜物有關(guān)，帶鋼經(jīng)冷軋延伸后，由于皮下夾雜物存在，表層帶鋼無法隨基體伸長，導(dǎo)致形成此類“小球”缺陷或剝落殘留坑。

此外，冷軋前熱卷板面刮傷也可能會形成類似“小球”嵌入形缺陷[1]，與前者的區(qū)別在于“小球”與基體交界處是否存在夾雜物成分。

球狀異物壓入的控制效果分析

由于球狀異物壓入是因為帶鋼撞擊側(cè)導(dǎo)板后產(chǎn)生的飛濺物所致。為了消除飛濺物，除控制帶鋼板形不良外，還需要讓已產(chǎn)生的飛濺物不落在帶鋼表面。為此，在卷取機前的側(cè)導(dǎo)板處增設(shè)一組壓縮空氣吹掃裝置，采用兩組噴嘴，從帶鋼兩側(cè)向入口方向逆吹，可將帶鋼撞擊側(cè)導(dǎo)板后產(chǎn)生的飛濺物強制吹離帶鋼表面，詳見圖8。

通過采取上述吹掃裝置，并做好該裝置的維護(hù)和點檢工作，確保氣源壓力和吹掃角度，飛濺物的運動方向由原來被帶鋼帶入卷取前壓輥，就會改變?yōu)楸粔嚎s空氣吹掃到生產(chǎn)線兩側(cè)。這樣飛濺物就到達(dá)不了壓輥，也就不存在被壓輥壓入帶鋼表面的情況。經(jīng)跟蹤帶鋼表面質(zhì)量，自采取上述控制措施后，帶鋼表面球狀異物壓入情況基本消失，從2014年12月到2015年5月未發(fā)現(xiàn)該缺陷。

圖5 熱軋廠側(cè)導(dǎo)板修復(fù)用不銹鋼焊條成分分析圖：(a) 焊條形貌；(b) 焊條成分

表3 熱軋廠側(cè)導(dǎo)板修復(fù)用不銹鋼焊條成分?jǐn)?shù)據(jù)表

圖6 類似球狀壓入形貌成分分析圖：(a) 壓入物形貌；(b) 壓入物成分

表4 類似球狀壓入形貌成分?jǐn)?shù)據(jù)表

結(jié)論

連續(xù)退火后的爐內(nèi)周期性輥印為爐輥粘附了外來球狀異物導(dǎo)致。

冷軋板板面含Cr、Ni球狀異物壓入為熱軋線卷取機前側(cè)導(dǎo)板不銹鋼堆焊物飛濺并壓入帶鋼表面所致。通過控制熱軋卷取機前側(cè)導(dǎo)板吹掃可有效消除異物壓入。

冷軋板板面不含Cr、Ni球狀類似“異物壓入”，與煉鋼夾雜或熱卷劃傷有關(guān)。煉鋼應(yīng)加強保護(hù)澆鑄，穩(wěn)定拉速。熱軋廠應(yīng)防止輥面異物結(jié)瘤導(dǎo)致的板面劃傷。

圖7 “小球”缺陷與其基體界面處的成分分析圖：(a) 界面處形貌；(b) 界面處成分

表5 “小球”缺陷與其基體界面處的成分?jǐn)?shù)據(jù)表

圖8 熱軋卷取機前新增壓縮空氣吹掃裝置

[1] 德國鋼鐵學(xué)會編. 熱軋、冷軋、熱鍍、電鍍金屬板帶的表面缺陷圖譜(第二版)。北京：中國金屬學(xué)會, 2000.