納米噴涂軋輥在CSP產(chǎn)線上的應(yīng)用

劉樹偉，王宏軍，周慶升，李耀輝，張?jiān)棋\，王鴻翔

(馬鋼股份公司第一鋼軋總廠 安徽馬鞍山 243000)

馬鋼CSP生產(chǎn)線于2003年10月份投產(chǎn)。帶鋼在前機(jī)架溫度較高，板坯產(chǎn)生二次氧化鐵皮，易壓入軋輥，造成軋輥表面不光潔，且下機(jī)后輥面的氧化膜剝落較為嚴(yán)重。F2機(jī)架工作輥換輥輥噸位為1300 t，且因帶鋼表面壓氧缺陷的處理均采用定量方式進(jìn)行磨削，輥耗指標(biāo)居高不下。借助于納米噴涂技術(shù)在軋輥表面的處理，改善軋輥表面質(zhì)量，提高換輥噸位。

1 馬鋼精軋機(jī)組工作輥表面氧化膜的特點(diǎn)

馬鋼CSP熱連軋生產(chǎn)線的精軋機(jī)組是由7架CVC軋機(jī)組成的，F(xiàn)1和F2工作輥材質(zhì)為高鉻鋼。目前，該生產(chǎn)線年產(chǎn)量約180萬(wàn)t，其中，70%以上的帶鋼為冷軋基料，主要軋制鋼種為SPHC、SPHC2，帶鋼規(guī)格為(2.0-5.0) mm×1272 mm，F(xiàn)2機(jī)架換輥噸位為1300 t，薄規(guī)格主要以SPA-H、SAE1006B為主，下機(jī)后工作輥表面狀態(tài)如圖1所示。下機(jī)后的F2工作輥氧化膜輥剝落嚴(yán)重，剝落呈條帶狀或呈現(xiàn)麻面，見(jiàn)圖1(a)；下工作輥偏操作側(cè)氧化膜剝落更為嚴(yán)重，見(jiàn)圖1(b)。

由于軋輥氧化膜剝落具有一定的遺傳性，當(dāng)上游機(jī)架發(fā)生氧化膜剝落時(shí)，則必然會(huì)造成下游機(jī)架在軋輥相應(yīng)的位置發(fā)生剝落。

圖1 F2機(jī)架下機(jī)軋輥表面情況

2 馬鋼精軋機(jī)F2工作輥氧化膜剝落的原因

依據(jù)CSP現(xiàn)場(chǎng)情況分析，軋輥表面的接觸負(fù)荷包括以下兩個(gè)方面：變形區(qū)內(nèi)帶鋼對(duì)軋輥的軋制力、支撐輥與工作輥之間的周向應(yīng)力，工作輥表面的熱應(yīng)力是由于工作輥與帶鋼接觸傳熱和變形區(qū)外水冷和空冷的激冷激熱而產(chǎn)生的[1]。工作輥在連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，軋輥所受到的接觸應(yīng)力、熱應(yīng)力會(huì)發(fā)生周期性變化，在以上兩種應(yīng)力的交互作用下，軋輥表面的氧化膜與軋輥基體之間容易產(chǎn)生微觀裂紋，軋輥表面的氧化膜剝落就是裂紋的擴(kuò)展和周向交變剪切應(yīng)力綜合作用的結(jié)果；軋件在變形區(qū)內(nèi)存在前滑和后滑，軋輥氧化膜通過(guò)變形區(qū)會(huì)受到交變剪切應(yīng)力：在前滑區(qū)剪切力指向出口，而在后滑區(qū)剪切力指向入口，如圖2所示這種交變剪切力促使裂紋擴(kuò)展，當(dāng)氧化膜與軋輥基體的黏附力小于剪切力時(shí)，氧化膜就在裂紋處開(kāi)始出現(xiàn)剝落[2]。

3 噴涂軋輥與普通軋輥的使用情況對(duì)比

3.1 納米減磨涂層噴涂基本工藝流程

對(duì)于軋輥而言，納米減磨涂層的噴涂工藝流程如下：

(1)工作輥面原始數(shù)據(jù)采集(輥徑、原始硬度、表面質(zhì)量，材質(zhì)分析等)；

(2)輥面清洗；

(3)毛化處理、輥身噴涂，盡量保證其均勻性；

(4)在輥面局部位置上作工藝校驗(yàn)、自然冷卻、封孔；

(5)對(duì)噴涂效果進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)形成報(bào)告。

3.2 噴涂軋輥上機(jī)試用生產(chǎn)情況

2018年3月份，F(xiàn)2機(jī)架工作輥進(jìn)行第2次噴涂，之后上機(jī)生產(chǎn)，生產(chǎn)情況統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 CSP線F2機(jī)架工作輥納米噴涂上機(jī)及生產(chǎn)情況

3.3 噴涂軋輥上機(jī)試用的效果對(duì)比

(1)軋輥噴涂后表面質(zhì)量情況

圖2 噴涂軋輥輥面

經(jīng)噴涂處理工藝，軋輥輥面形成了一層致密光滑的淺灰色涂層，涂層厚度在0.3 mm右，涂層基本保持與CVC輥形曲線的一致。

(2)噴涂軋輥與普通軋輥下機(jī)后的表面情況

圖3顯示普通軋輥下機(jī)后磨損較嚴(yán)重，輥面氧化膜呈環(huán)帶狀剝落，且面積較大，而噴涂軋輥下機(jī)后輥面狀態(tài)良好，形成均勻的藍(lán)黑色氧化膜。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：F2普通軋輥平均軋制1442噸SAE1006B，軋輥下輥表面氧化膜剝落嚴(yán)重；F2噴涂軋輥上機(jī)軋制4934噸，SAE1006B，軋輥下機(jī)的輥面狀態(tài)良好，沒(méi)有產(chǎn)生裂紋、凹坑、小剝落等缺陷，經(jīng)測(cè)量下機(jī)軋輥涂層還有剩余。

圖3 普通軋輥下機(jī)表面情況圖

(3)噴涂軋輥下機(jī)輥形曲線磨損情況

圖4、圖5顯示了下機(jī)后上、下工作輥的磨損情況和磨損曲線。由圖5可看出，上工作輥的磨損量較小，而下工作輥的磨損量大于上工作輥。

圖4 噴涂軋輥下機(jī)表面情況

普通軋輥和噴涂軋輥使用磨損量的測(cè)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示。

圖5 下機(jī)后工作輥的磨損曲線

表2 軋輥輥形磨損誤差

在軋制工藝和板坯條件一致的情況下，普通軋輥與噴涂軋輥輥形磨損的主要影響因素為軋輥表面硬度、粗糙度和軋輥表面氧化膜的形成狀況[3]。由于噴涂軋輥形成的氧化膜良好，所以，噴涂軋輥在線磨損量較小。

(4)噴涂軋輥與普通軋輥生產(chǎn)SAE1006B規(guī)格帶鋼的板形情況

噴涂軋輥與普通軋輥通過(guò)板形儀回放對(duì)比，噴涂軋輥在生產(chǎn)SAE1006B鋼種時(shí)，其板形無(wú)明顯差別。

(5)帶鋼表面質(zhì)量

F2噴涂軋輥與普通軋輥通過(guò)表檢儀圖片對(duì)比，噴涂軋輥在生產(chǎn)SAE1006B鋼種時(shí)，其表面質(zhì)量無(wú)明顯差別，如圖6-9所示。

圖6 噴涂軋輥軋制2.3帶鋼的板形

(6)噴涂軋輥與普通軋輥下機(jī)的磨削情況

為了客觀地評(píng)價(jià)噴涂軋輥的試用效果，對(duì)比數(shù)據(jù)采用2018年軋制SAE1006B鋼種普通F2工作輥的使用數(shù)據(jù)，軋輥下機(jī)后均為正常磨削，對(duì)比數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

圖7 普通軋輥軋制2.3帶鋼的板形

圖8 噴涂軋輥軋制SAE1006B的表面情況

圖9 普通軋輥軋制SAE1006B的表面情況

從上表可看出，普通軋輥軋制SAE1006B在機(jī)生產(chǎn)平均噸位為1442 t，毫米軋制量為2526 t/mm，噴涂軋輥在機(jī)生產(chǎn)噸位為4934 t，毫米軋制量為9627 t/mm，噴涂軋輥毫米軋制量較普通軋輥高7101 t，增長(zhǎng)幅度為281%。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)馬鋼CSP生產(chǎn)線精軋機(jī)組工作輥的表層氧化膜與納米涂層的使用分析，可得到以下結(jié)論：

(1)軋輥氧化膜的剝落機(jī)制是軋輥氧化膜在變形區(qū)內(nèi)在交變剪切應(yīng)力、正向壓應(yīng)力和熱應(yīng)力的綜合作用下使得裂紋擴(kuò)展并相互連接最終導(dǎo)致剝落。

(2)與普通軋輥相比，納米噴涂處理后的軋輥具有良好的耐磨性，所形成的氧化膜不易剝落，換輥噸位提升顯著。

(3)控制軋輥氧化膜的關(guān)鍵是在氧化膜初期的形成時(shí)的控制和中后期氧化膜的保護(hù)?？刹扇〈胧┯校和队幂伩p潤(rùn)滑系統(tǒng)、增強(qiáng)工作輥冷卻能力、保證刮水板效果、優(yōu)化燙輥制度和軋制節(jié)奏、優(yōu)化負(fù)荷分配、合理調(diào)整除磷機(jī)壓力減少板坯氧化鐵皮的粘接等措施，投用噴涂軋輥后基本解決軋輥氧化膜的剝落問(wèn)題[4]。