中棒線圓鋼表面劃傷缺陷改善攻關(guān)

張寶華， 周小兵， 李學(xué)保

（廣東韶鋼松山股份有限公司， 廣東 廣州 510160）

韶鋼優(yōu)特鋼中棒線生產(chǎn)Φ20～Φ80 mm規(guī)格圓鋼，生產(chǎn)工藝流程：加熱爐→粗軋→中軋→預(yù)精軋→精軋→減定徑→冷床冷卻→定尺→成品收集。鋼材經(jīng)過軋制后，在由輸送輥道送上冷床的過程中，過鋼通道產(chǎn)生劃傷的隱患點(diǎn)較多，劃傷在各類表面質(zhì)量缺陷中占比高達(dá)35%，尤其對(duì)于直徑Φ50～Φ80 mm大規(guī)格圓鋼，表面劃傷很難避免，成品下線后漏磁初探合格率不足50%。由于優(yōu)特鋼產(chǎn)品經(jīng)過深加工后，零部件被廣泛應(yīng)用于汽車、家電、船舶等工業(yè)制造重要領(lǐng)域，材料使用的工況條件極其復(fù)雜，因此優(yōu)特鋼不僅有嚴(yán)格的組織性能要求，對(duì)表面質(zhì)量要求同樣十分苛刻。為提高中棒線產(chǎn)品等級(jí)和市場認(rèn)可度，改善表面質(zhì)量這一薄弱環(huán)節(jié)，攻克劃傷問題十分關(guān)鍵。

1 中棒線成品表面劃傷產(chǎn)生原因分析

中棒線自2013年投產(chǎn)以來，通過近幾年努力，產(chǎn)品的組織性能控制水平穩(wěn)步提升，逐漸縮小了同國內(nèi)先進(jìn)企業(yè)如興澄特鋼等之間的差距，但表面及外觀質(zhì)量相比仍有很大提升空間，其中表面質(zhì)量問題尤以劃傷缺陷較為突出。中棒線成品機(jī)架距離冷床出口最遠(yuǎn)距離達(dá)到360 m，區(qū)間主要設(shè)備包括機(jī)芯，2號(hào)～5號(hào)飛剪，三組在線穿水冷卻系統(tǒng)，測徑儀，冷床及輸送輥道等。這種過鋼通道距離長、機(jī)組設(shè)備多的特點(diǎn)，決定了成品表面劃傷的潛在隱患非常多。

1.1 圓鋼運(yùn)動(dòng)軌跡不穩(wěn)定

連軋過程中，一方面受張力波動(dòng)影響，另一方面受軋制線難以保證絕對(duì)水平的影響，圓鋼在輸送輥道上前進(jìn)時(shí)會(huì)小幅跳躍、左右擺動(dòng)，運(yùn)動(dòng)軌跡不穩(wěn)定，易與過鋼通道側(cè)壁發(fā)生接觸。由于紅鋼表面溫度高，硬度低，與過鋼通道側(cè)壁接觸后會(huì)產(chǎn)生斷續(xù)或連續(xù)的劃傷。

1.2 輸送地輥材質(zhì)表面易起凹坑與凸點(diǎn)

中棒線原輸送軋件地輥材質(zhì)為球墨鑄鐵，耐磨性不足。圓鋼高速前進(jìn)時(shí)頭部跳動(dòng)、撞擊地輥表面，造成地輥表面形成大量凹坑與凸點(diǎn)，紅鋼與地輥表面凸點(diǎn)接觸即產(chǎn)生斷續(xù)的劃傷。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，需經(jīng)常停機(jī)修磨地輥，影響生產(chǎn)連續(xù)性。

1.3 圓鋼與管壁接觸摩擦產(chǎn)生劃傷

為解決中棒GCr15軸承鋼碳化物網(wǎng)狀缺陷，在線穿水冷卻系統(tǒng)是輔助實(shí)現(xiàn)快速降溫，越過冷卻過程中奧氏體與滲碳體的兩相區(qū)，避免二次碳化物形成，控軋控冷的重要手段。但由于為了保證穿水管道水封充滿，確保紅鋼均勻冷卻，穿水管管徑一般較小，因此紅鋼通過穿水管時(shí)，稍有波動(dòng)便會(huì)與管壁接觸，產(chǎn)生劃傷。GCr15軸承鋼是韶鋼優(yōu)特鋼的戰(zhàn)略產(chǎn)品，生產(chǎn)量大，劃傷問題是GCr15生產(chǎn)時(shí)的一大難題。

1.4 成品冷床制動(dòng)裙板之間摩擦

冷床制動(dòng)裙板的作用在于將經(jīng)飛剪分段的圓鋼拋上冷床。中棒線產(chǎn)品規(guī)格小，速度快，最高速度16 m/s，高速行進(jìn)的紅鋼進(jìn)入冷床時(shí)，與制動(dòng)裙板直接接觸、滑動(dòng)摩擦，極易產(chǎn)生劃傷。并且冷床距離長達(dá)120m，生產(chǎn)時(shí)冷床受熱鋼高溫烘烤，溫度高，給生產(chǎn)人員進(jìn)入排查劃傷點(diǎn)造成很大的困難，因而裙板劃傷是中棒線劃傷問題的最大隱患。

2 攻關(guān)措施

針對(duì)成品表面劃傷的原因，分別對(duì)中棒線過鋼通道、輸送地輥、穿水管和冷床裙板進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn)。

2.1 過鋼通道加裝側(cè)立輪

為避免圓鋼與過鋼通道側(cè)壁發(fā)生直接接觸，在過鋼通道兩側(cè)每隔10 m左右加裝一組側(cè)立輪，使圓鋼在行進(jìn)過程中發(fā)生擺動(dòng)時(shí)與側(cè)立輪接觸，變圓鋼與通道側(cè)壁之間的滑動(dòng)摩擦為圓鋼與側(cè)立輪之間的滾動(dòng)摩擦，從而解決過鋼通道劃傷問題[1]。并且通道兩側(cè)的側(cè)立輪均設(shè)計(jì)可調(diào)節(jié)開口度的螺桿，確?？筛鶕?jù)成品規(guī)格大小調(diào)整合適的的側(cè)立輪開口度，糾正圓鋼運(yùn)動(dòng)軌跡，防止過度擺動(dòng)。側(cè)立輪安裝效果見圖1。

圖1 過鋼通道側(cè)立輪

2.2 優(yōu)化輸送地輥材質(zhì)

中棒線原地輥材質(zhì)為不耐磨的球墨鑄鐵，硬度（HRC）約為45[1]。改用表面鑲嵌陶瓷片的新材質(zhì)地輥，其耐磨性可保證過鋼量達(dá)30萬t以上，以中棒線目前產(chǎn)能水平，新型地輥使用周期可達(dá)至少1 a。

2.3 穿水管入口加裝導(dǎo)衛(wèi)

中棒線在線穿水冷卻系統(tǒng)共三組，分別位于預(yù)精軋機(jī)組、精軋機(jī)組和減定徑機(jī)組出口，各由4節(jié)、4節(jié)、2節(jié)整體式穿水小車組成，每節(jié)穿水小車上均布置2組穿水管。為解決穿水管劃傷問題，在每節(jié)小車的穿水管入口加裝一種周向扶持性的導(dǎo)衛(wèi)。生產(chǎn)過程中，當(dāng)使用穿水冷工藝時(shí)，根據(jù)不同成品規(guī)格，提前調(diào)節(jié)好穿水管入口處導(dǎo)衛(wèi)的上下、左右開口度，利用導(dǎo)衛(wèi)扶持紅鋼穩(wěn)定通過穿水管，避免紅鋼通過時(shí)上下、左右擺動(dòng)，從而解決穿水管劃傷問題[2]。圖2為穿水管入口導(dǎo)衛(wèi)使用情況。

圖2 穿水管入口導(dǎo)衛(wèi)

2.4 冷床裙板變滑動(dòng)摩擦為滾動(dòng)摩擦

裙板與軋件接觸產(chǎn)生劃傷是中棒線成品劃傷缺陷改善攻關(guān)的難點(diǎn)，也是攻關(guān)措施的重中之重。在不改變中棒線冷床裙板原有動(dòng)作的基礎(chǔ)上，結(jié)合原設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)裙板進(jìn)行改造，在每組裙板上加設(shè)1個(gè)滾動(dòng)輪，將軋件與裙板之間的滑動(dòng)摩擦變成滾動(dòng)摩擦，圖3為裙板改造后示意圖。改造的設(shè)計(jì)與選型，主要考慮裙板的結(jié)構(gòu)位置和空間，以及高溫下潤滑因素。

圖3 裙板加裝立輪俯視圖

受裙板安裝空間限制，滾動(dòng)輪潤滑方式采用油氣潤滑的方式難以實(shí)現(xiàn)，可選潤滑方式有干油潤滑和石墨潤滑等。實(shí)踐證明干油潤滑受紅鋼高溫烘烤，滾動(dòng)輪易出現(xiàn)卡阻，采用石墨潤滑后成功解決滾動(dòng)輪潤滑問題。

2.5 提高成品表面硬度

針對(duì)普通優(yōu)碳鋼及部分合金結(jié)構(gòu)鋼，如10號(hào)鋼、45號(hào)鋼、40Cr等，通過設(shè)置合理的穿水冷卻參數(shù)，控制軋后冷卻，提高軋件表面硬度，經(jīng)實(shí)踐證明是一種經(jīng)濟(jì)、高效的防劃傷手段，并且不會(huì)對(duì)材料的顯微組織與性能造成不良影響。

以Φ50 mm規(guī)格10號(hào)鋼為例，預(yù)精軋出口成品溫度一般960℃左右，10號(hào)鋼屬于低碳鋼，表面硬度低，易劃傷。通過設(shè)定合適的水管噴嘴壓力，使紅鋼通過穿水管后表面溫度快速降低至580～600℃左右，隨后在空氣中靠芯部溫度，快速返紅至800℃左右進(jìn)入冷床空冷。由于弱穿水工藝快速降低了紅鋼表面溫度，提高了表面硬度，極大增強(qiáng)了紅鋼軋后抗劃傷能力。同時(shí)通過控制水量，控制穿水后紅鋼表面溫度冷卻至580～600℃，快冷終止溫度遠(yuǎn)高于10號(hào)鋼Ms點(diǎn)的溫度，所以表面不會(huì)發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。而在580℃溫度區(qū)間，需要10 s左右孕育時(shí)間才能生成貝氏體，因此盡管終冷溫度具備生成貝氏體條件，但時(shí)間上不滿足孕育周期要求，故不會(huì)發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變，并且軋后穿水冷阻止了奧氏體晶粒長大[2]，細(xì)化鐵素體晶粒，提高了綜合性能。

3 攻關(guān)效果

攻關(guān)措施實(shí)施后，中棒線劃傷缺陷發(fā)生率由2016年0.17%降低至2017年0.05%，劃傷占總表面質(zhì)量缺陷比例由2016年35%降低至2017年11%。各類表面質(zhì)量缺陷中，劃傷由排名第1降低至第5，次于彎曲、壓痕、尺寸超差和端部毛刺。同時(shí)，由于劃傷問題得到有效控制，中棒生產(chǎn)效率顯著提升，2017年中棒線有效作業(yè)率對(duì)比2016年提升4.7%。表1為中棒線劃傷缺陷發(fā)生情況。

表1 中棒線劃傷缺陷發(fā)生率

4 結(jié)語

通過對(duì)中棒線成品劃傷產(chǎn)生的原因進(jìn)行總結(jié)和剖析，從設(shè)備和工藝兩端開展了系列攻關(guān)。措施實(shí)施后，中棒線劃傷問題基本受控，工藝、質(zhì)量故障大幅下降，生產(chǎn)組織連續(xù)性明顯提升，產(chǎn)能和質(zhì)量得到雙提升。