寬厚板生產(chǎn)線鋼板下表面凹坑形成的原因分析及解決方案

熊 偉

（武鋼集團(tuán)鄂鋼公司，湖北　鄂州　436000）

寬厚板生產(chǎn)線鋼板下表面凹坑形成的原因分析及解決方案

熊 偉

（武鋼集團(tuán)鄂鋼公司，湖北鄂州436000）

摘要：武鋼集團(tuán)鄂鋼公司4300m m寬厚板生產(chǎn)線于2006年籌建，2009年投產(chǎn)，近1年來(lái)在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)批量鋼板下表面凹坑，嚴(yán)重影響生產(chǎn)質(zhì)量，采取措施后，問(wèn)題得到解決。

關(guān)鍵詞：寬厚板；軋機(jī)；工作輥?zhàn)o(hù)板；氧化鐵皮；鋼板表面凹坑

一、前言

鄂鋼4300mm寬厚板為“點(diǎn)菜式”引進(jìn)，國(guó)內(nèi)合作制造，分期建設(shè)的雙機(jī)架生產(chǎn)線。一期建設(shè)精軋機(jī)單機(jī)架生產(chǎn)線，配套一條剪切線和兩條熱處理生產(chǎn)線，設(shè)計(jì)產(chǎn)能120萬(wàn)t。二期（目前項(xiàng)目未啟動(dòng)）建設(shè)粗軋機(jī)及其它相關(guān)配套設(shè)備，建成后設(shè)計(jì)總產(chǎn)能160萬(wàn)t。

一期建設(shè)的4300mm精軋機(jī)為四輥可逆軋機(jī)，由西門(mén)子奧鋼聯(lián)英國(guó)公司詳細(xì)設(shè)計(jì)，關(guān)鍵部件點(diǎn)菜式引進(jìn)，中國(guó)一重合作制造。該軋機(jī)于2009年4月30日軋第一塊板。軋機(jī)本體由機(jī)架裝置、輥系（上、下工作輥裝配，上、下支承輥裝配）、上支撐輥平衡裝置、壓下裝置、工作輥平衡和彎輥裝置、液壓AGC缸、竄輥裝置、軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)和機(jī)上除鱗系統(tǒng)等部分組成。軋機(jī)輔助設(shè)備由進(jìn)、出口推床（軋件對(duì)中），進(jìn)、出口轉(zhuǎn)鋼輥道，輸入、輸出輥道和機(jī)后在線測(cè)厚儀等設(shè)備。軋機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

二、生產(chǎn)過(guò)程中存在的問(wèn)題

在生產(chǎn)過(guò)程中，隨著軋機(jī)的運(yùn)行，在鋼板表面逐漸出現(xiàn)了凹坑，該凹坑形狀不規(guī)則，面積約在4～30mm2之間，深度約0.3～3.0mm，均存在于鋼板的下表面，上表面偶爾會(huì)有，可忽略不計(jì)（圖1）。

鋼板下表面凹坑嚴(yán)重影響著產(chǎn)品質(zhì)量和效益，生產(chǎn)組織困難。對(duì)2011年部分月份鋼板表面凹坑情況的統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。

表1

圖1

表2

三、原因分析

根據(jù)鋼板下表面凹坑的形狀、凹坑表層組織和化學(xué)成分分析，初步判斷為夾雜、氧化鐵皮被壓入鋼板下表面，在軋制或矯直的過(guò)程中脫落形成。

1.組織和化學(xué)成分分析

對(duì)X 65鋼板凹坑金相分析：凹坑深3.0mm，凹坑內(nèi)有氧化物，表面凹凸不平，試樣組織為F+B，凹坑處有一定的變形流線，氧化物附近有明顯脫碳。其能譜分析結(jié)果表明：凹坑表面含有MgO，說(shuō)明異物內(nèi)可能含有保護(hù)渣的成分；凹坑表面含有SiO2，說(shuō)明凹坑表面異物含有次生氧化鐵皮（2FeO·SiO2）；凹坑表面含有Fe2O3，說(shuō)明凹坑表面異物含有氧化鐵皮。

2.查找氧化鐵皮來(lái)源

（1）鋼板下表面凹坑位置分布統(tǒng)計(jì)

對(duì)2011年8月初鋼板下表面凹坑位置分布情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，得出結(jié)論：鋼板凹坑主要產(chǎn)生在鋼板下表面；鋼板下表面兩側(cè)出現(xiàn)凹坑主要分布在距軋制中心線1500mm，沿鋼板軋制線方向約300mm寬的兩條帶形區(qū)域，與下工作輥出口護(hù)板上堆積的氧化鐵皮位置高度吻合；鋼板下表面頭部凹坑較少，中間和尾部較多。

（2）實(shí)驗(yàn)排除初除鱗效果不好的影響

實(shí)驗(yàn)一：不使用初除鱗與精軋機(jī)上除鱗，生產(chǎn)完成后對(duì)鋼板進(jìn)行檢查及拋丸處理，鋼板表面發(fā)現(xiàn)有凹坑現(xiàn)象，但凹缺陷形貌和分布與除鱗后鋼板表面有明顯區(qū)別。未除鱗的氧化鐵皮壓入后產(chǎn)生的“凹坑”非常淺，經(jīng)拋丸后基本消失，而且凹坑的邊界很不明顯，氧化鐵皮在軋制過(guò)程中有一定的延展，甚至還附著在鋼板表面。

實(shí)驗(yàn)二：對(duì)除鱗后的鋼坯下表面進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)除鱗比較干凈的鋼坯軋制后仍然有凹坑現(xiàn)象，檢查發(fā)現(xiàn)除鱗效果不好的鋼坯軋制后有時(shí)又沒(méi)有凹坑產(chǎn)生。

實(shí)驗(yàn)三：對(duì)經(jīng)過(guò)初除鱗后的鋼坯翻面后進(jìn)行軋制，結(jié)果發(fā)現(xiàn)上表面沒(méi)有凹坑，而下表面仍然有凹坑現(xiàn)象。

3.各鋼種及厚度規(guī)格鋼板凹坑統(tǒng)計(jì)

對(duì)2011年6～7月份各鋼種及厚度規(guī)格鋼板凹坑進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出結(jié)論：鋼板厚度規(guī)格主要集中在30mm及以下薄規(guī)格鋼板；除鱗難度大效果差的鋼種凹坑產(chǎn)生的幾率，反而比容易除鱗效果好的鋼種低，除鱗效果與凹坑不成比關(guān)系（圖2）。

圖2

4.確認(rèn)被壓入的氧化鐵皮來(lái)源

（1）精軋機(jī)結(jié)構(gòu)介紹

軋機(jī)的上、下工作輥裝配由工作輥、軸承座、進(jìn)出口護(hù)板、進(jìn)出口擦輥器等部分組成，具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

圖3

根據(jù)該設(shè)計(jì)，上下工作輥的入口和出口分別都設(shè)計(jì)有護(hù)板，該護(hù)板的主要作用是對(duì)軋件進(jìn)行導(dǎo)向。當(dāng)軋件進(jìn)入軋機(jī)時(shí)，入口的上下工作輥?zhàn)o(hù)板將軋件導(dǎo)入輥縫，減少軋件對(duì)工作輥的沖擊，當(dāng)軋件出工作輥輥縫時(shí)，出口的上下工作輥?zhàn)o(hù)板對(duì)軋件進(jìn)行導(dǎo)向，防止翹頭或扣頭的軋件上躥到上工作輥和出口導(dǎo)衛(wèi)之間或鉆入機(jī)架輥下，導(dǎo)致纏輥和廢鋼事故。因該軋機(jī)軋制的產(chǎn)品厚度設(shè)計(jì)為5～150mm，所以上下工作輥?zhàn)o(hù)板與工作輥滾面的間隙設(shè)計(jì)為2～3mm（實(shí)際裝配間隙為4～6mm）。

（2）檢查分析

在換輥過(guò)程中發(fā)現(xiàn)下工作輥出口護(hù)板上都堆積有很多氧化鐵皮（圖4），經(jīng)分析認(rèn)為：護(hù)板上氧化鐵皮被重新壓入鋼板下表面導(dǎo)致了鋼板下表面凹坑現(xiàn)象。

圖4

寬厚板生產(chǎn)線的初除鱗箱為上下表面除鱗設(shè)計(jì)，上下除鱗極管的高壓水將不能夠除去鋼坯兩側(cè)和頭尾四面氧化鐵皮。鋼坯第一道次軋制時(shí)，四個(gè)立面的氧化鐵皮經(jīng)過(guò)壓下破鱗過(guò)程，由于軋件的初速度被拋灑在軋機(jī)出口工作輥?zhàn)o(hù)板上表面，堆積起來(lái)。

當(dāng)軋件從出口咬入軋制時(shí)，出口護(hù)板上堆積的的氧化鐵皮因軋機(jī)振動(dòng)或與軋件的接觸發(fā)生位移，散落到工作輥輥面上（軋件咬入角的弧面），因?yàn)楣ぷ鬏佪伱胬鋮s水的粘附和轉(zhuǎn)動(dòng)，氧化鐵皮被帶入軋件下表面和下工作輥之間，最終壓入鋼板下表面，在隨后的軋制、輥道運(yùn)輸或矯直過(guò)程中脫落，形成鋼板下表面凹坑。

在更換工作輥的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)下工作輥的上半弧表面（未經(jīng)擦輥器清掃的弧面）有比較薄的氧化鐵皮粘附的現(xiàn)象，進(jìn)一步說(shuō)明以上分析的正確性。

（3）進(jìn)一步驗(yàn)證

安排生產(chǎn)過(guò)程中，第一道次軋制后即對(duì)工作輥?zhàn)o(hù)板上的氧化鐵皮用1.0MPa高壓水水沖洗，當(dāng)班生產(chǎn)的薄規(guī)格鋼板經(jīng)精整翻板檢查未發(fā)現(xiàn)凹坑缺陷。

將一件工作輥?zhàn)o(hù)板與工作輥接壤部分切割兩缺口（中心距約2800mm），并于2011年8月3日上線使用。生產(chǎn)過(guò)程中，多次停機(jī)檢查工作輥?zhàn)o(hù)板處，仍發(fā)現(xiàn)大量氧化鐵皮薄片堆積（主要分布在中心距1800mm范圍）。當(dāng)班生產(chǎn)的薄規(guī)格鋼板經(jīng)精整翻板檢查未發(fā)現(xiàn)凹坑缺陷，后期凹坑現(xiàn)象仍然存在，數(shù)量有相當(dāng)減少。

為進(jìn)一步驗(yàn)證護(hù)板氧化鐵皮堆積與鋼板凹坑產(chǎn)生的關(guān)系，采取對(duì)護(hù)板進(jìn)行每間隔一段距離后（約100mm）部分切割（圖5），擴(kuò)大護(hù)板與輥面的的距離，更大限度地阻斷氧化鐵皮過(guò)渡到輥面的路徑。切割的護(hù)板于8月12日開(kāi)始上機(jī)使用，8月12～17日共計(jì)產(chǎn)生凹坑鋼板8塊，凹坑缺陷大幅減少。8月17日再更換上未切割工作輥?zhàn)o(hù)板，連續(xù)出現(xiàn)多塊鋼板表面凹坑，隨后換輥、更換切割后的護(hù)板，凹坑鋼板產(chǎn)生數(shù)量減少。

（4）其他現(xiàn)象的解釋

厚板軋制時(shí)，軋輥線速度相對(duì)較低，粘附在輥面的氧化鐵皮不易隨軋輥的轉(zhuǎn)動(dòng)被帶到軋輥軋制區(qū)域，同時(shí)厚板板型相對(duì)于薄板要好，在軋制的過(guò)程中不易因上下擺動(dòng)將堆積的氧化鐵皮掃到工作輥輥面上，所以下表面凹坑薄板（≤30mm鋼板）多，而厚板少。

雙機(jī)架軋機(jī)軋制時(shí)，加熱后鋼坯四周的氧化鐵皮均落在粗軋機(jī)工作輥?zhàn)o(hù)板上，粗軋機(jī)軋制時(shí)，軋件厚度通常較厚。軋件較薄的軋制道次基本上在精軋機(jī)上能夠完成，精軋機(jī)工作輥?zhàn)o(hù)板上不會(huì)有氧化鐵皮堆積的現(xiàn)象。故雙機(jī)架軋機(jī)未出現(xiàn)鋼板下表面凹坑現(xiàn)象。

鋼板下表面凹坑主要分布在距軋制中心線1500mm，沿鋼板軋制線方向約300mm寬的兩條帶形區(qū)域。其原因是：鋼板下表面凹坑分布的兩條帶形區(qū)域的距離與坯料的寬度尺寸比較一致，也就是說(shuō)主要是由鋼坯第一道次軋制時(shí)，兩側(cè)的氧化鐵皮脫落在出口工作輥?zhàn)o(hù)板上造成的。

圖5

四、設(shè)計(jì)方案及實(shí)施

因?yàn)樵谲堉七^(guò)程中人工清掃工作輥?zhàn)o(hù)板上的氧化鐵皮操作難度大，安全隱患大，經(jīng)切割的工作輥?zhàn)o(hù)板也不能徹底解決鋼板下表面凹坑現(xiàn)象，就必須尋找其他更好的解決方案——設(shè)計(jì)自動(dòng)吹掃系統(tǒng)。

因加熱的鋼坯第一道次軋制時(shí)，都是從軋線的進(jìn)口方向軋向出口方向，所以鋼坯四周（側(cè)面）大量的氧化鐵皮脫落后均堆積在軋機(jī)出口方向，所以只考慮軋機(jī)出口下工作輥?zhàn)o(hù)板上表面的吹掃。于是對(duì)軋機(jī)上工作輥?zhàn)o(hù)板進(jìn)行改造——加工管路和水孔，安裝噴嘴，使噴嘴噴出的高壓水（精軋機(jī)濁環(huán)高壓水，壓力1.0MPa），以合適的角度吹掃對(duì)應(yīng)的下工作輥出口護(hù)板上堆積的氧化鐵皮。上工作輥?zhàn)o(hù)板改造詳見(jiàn)圖6、7。

工作輥上護(hù)板上的吹掃水采用軟管連接，在換輥時(shí)拆裝方便，同時(shí)吹掃水的控制采用電磁閥門(mén)自動(dòng)控制，啟閉程序?qū)戇M(jìn)精軋機(jī)一級(jí)，在每塊板的第一二道次之間和二三道次之間的間隙時(shí)間開(kāi)啟吹掃。自動(dòng)吹掃效果顯著。

圖6

圖7

五、效果

通過(guò)以上改造后，經(jīng)過(guò)一年多的生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證，該質(zhì)量問(wèn)題的原因分析是準(zhǔn)確的，改造方案是科學(xué)、可行和有效的。鄂鋼寬厚板成品下表面凹坑的質(zhì)量問(wèn)題得到了徹底解決。

中圖分類(lèi)號(hào)：TG333.7

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-0711（2016）01-0071-04

收稿日期：（2015-11-10）