熱軋鋼帶邊部局部高點(diǎn)成因分析與改善方法

徐曉榮

(江蘇德龍鎳業(yè)有限公司)

由于家電、汽車、電子等行業(yè)的精密材用戶對(duì)帶鋼表面質(zhì)量要求日趨嚴(yán)格，同時(shí)也越來越注重帶鋼橫截面形狀的高精度，要求帶鋼橫截面為平滑的拋物線狀及較小的三點(diǎn)差，如圖1 所示。

鼓包缺陷是指冷軋板帶材在卷取過程中由于局部高點(diǎn)逐層累加而在鋼卷成卷后顯現(xiàn)，鋼帶開卷后產(chǎn)生附加小波浪、邊部摩擦痕跡，嚴(yán)重影響產(chǎn)品外觀及表面質(zhì)量。熱軋產(chǎn)品在冷軋過程中出現(xiàn)邊部鼓包問題，使卷形及表面質(zhì)量受到影響，冷軋產(chǎn)品必須降價(jià)銷售，同時(shí)精密材客戶質(zhì)量投訴多發(fā)。

1 熱軋板帶邊部局部高點(diǎn)現(xiàn)象

熱軋帶鋼橫截面邊部局部高點(diǎn)是指帶鋼邊部厚度比板寬中間區(qū)域厚，如圖2 所示即為熱軋典型鼓包截面形狀，由于熱軋帶鋼很界面邊部局部高點(diǎn)通常只是比板寬中間區(qū)域厚10～50um 左右，并且卷取后層與層之間存在間隙，所以在熱軋板帶成卷后無法用肉眼觀察到，經(jīng)過冷軋軋制后，因局部高點(diǎn)的積累，在鋼帶的外圈，用手觸摸有明顯凸出鋼，肉眼也能觀察到。通過對(duì)冷軋后帶鋼的觀察和實(shí)測(cè)，寬度上單邊、雙邊都有發(fā)生，通常為距離邊部50～150mm 的位置。

圖1 板帶理想截面形狀

圖2 典型邊部鼓包截面形狀

2 熱軋板帶邊部局部高點(diǎn)影響因素分析

熱軋精軋工作輥的工作環(huán)境惡劣，輥面溫度波動(dòng)大，軋制力大，工作輥磨損尤為嚴(yán)重。一般把工作輥磨損分為中間較均勻磨損和邊部局部嚴(yán)重磨損兩部分。形成邊部局部嚴(yán)重磨損的主要原因是帶鋼邊部溫度低，金屬的變形抗力增大，同時(shí)帶鋼邊部金屬的橫線流動(dòng)也加大了工作輥邊部的磨損，同時(shí)在此區(qū)域內(nèi)工作輥受到的帶鋼邊部對(duì)軋輥的切削作用應(yīng)力狀況復(fù)雜，這些導(dǎo)致了邊部局部磨損的形成，導(dǎo)致工作輥出現(xiàn)不同程度的貓耳形磨損輥型，如圖3 所示。

帶鋼的橫截面形狀直接取決于精軋機(jī)有載輥縫，而工作輥輥縫又是由軋輥的原始輥型、熱膨脹、磨損、榨汁壓力、彎輥力以及竄輥位置決定的，其中軋制壓力在軋輥橫向上的分布直接影響了軋輥的磨損曲線。軋輥靠近板帶邊部的局部磨損則直接影響板帶邊部的局部高點(diǎn)，降低邊部局部磨損是改善熱軋邊部局部高點(diǎn)的主要方向。

2.1 原始輥型

輥型設(shè)計(jì)的目的就是通過確定合理的初始輥型曲線形狀，在軋制過程中利用輥型曲線一定程度上補(bǔ)償軋輥磨損等因素對(duì)帶鋼橫斷面形狀的不良影響，從而改善帶鋼斷面的形態(tài)。

初始輥型采用合適的負(fù)凸度對(duì)于抑制帶鋼邊部局部高點(diǎn)的高度是很有意義的。生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)適當(dāng)提高軋輥原始凸度有助于補(bǔ)償邊部磨損。有文章認(rèn)為，工作輥輥型采用余弦輥型曲線對(duì)邊部抑制局部高點(diǎn)的控制能力明顯好于普通負(fù)輥型，我們實(shí)際生產(chǎn)采用的原始輥型正弦-150 凸度，如圖4 所示。

圖3 精軋機(jī)工作輥磨損

圖4 軋輥原始輥型圖

2.2 軋輥熱膨脹

在熱軋軋制過程中，軋輥冷卻水持續(xù)冷卻輥面，但由于工作輥與高溫軋件直接接觸，熱傳導(dǎo)使工作輥在軋制過程中溫度顯著升高，由于帶鋼邊部與工作輥接觸處散熱高于中部，從而導(dǎo)致工作輥凸度增大。如果冷卻效果不好，提高了軋輥中部與邊部的溫差，這就有可能加劇軋輥邊部磨損嚴(yán)重區(qū)域與中部的輥縫差，進(jìn)而促進(jìn)邊部局部高點(diǎn)的形成。

2.3 軋輥磨損

生產(chǎn)實(shí)踐表面軋輥磨損影響帶鋼的橫截?cái)嗝嫘螤詈瓦叢繙p薄。跟蹤軋輥下線冷卻后磨損曲線發(fā)現(xiàn)工作輥邊部局部磨損相對(duì)于中部磨損普遍多10～30um?？紤]工作輥的熱膨脹壓延過程中，實(shí)際偏差會(huì)更劇烈。由于軋件邊部相對(duì)冷卻硬度高的區(qū)域與工作輥的位置相對(duì)固定，對(duì)應(yīng)軋輥該處的磨損集中累計(jì)，造成磨損程度差異越發(fā)明顯。

3 熱軋板帶邊部局部高點(diǎn)改善方法及效果

3.1 采用寬度混編

為了避免逆寬軋制，減少軋制單位內(nèi)同寬度的軋制塊數(shù)，降低狀局部磨損。實(shí)際生產(chǎn)中采取同一個(gè)輥單位內(nèi)5 尺材和4 尺材混合編排軋制的策略，4 尺材安排在5 尺材后面，以防止4 尺材作業(yè)時(shí)，處于輥單位后期軋輥嚴(yán)重磨損區(qū)域，同時(shí)必須控制軋輥軋制塊數(shù)。

3.2 控制軋輥冷卻水分布及水量

加強(qiáng)對(duì)軋輥冷卻水的管理，為滿足軋輥下線溫度≤70℃，必須保證工作輥冷卻效果。實(shí)際生產(chǎn)中精軋機(jī)工作輥冷卻水嘴型號(hào)進(jìn)行優(yōu)化，增大軋輥中部冷卻水流量，減低軋輥的熱凸度。

3.3 加強(qiáng)精軋機(jī)工作輥邊部潤(rùn)滑

為改善精軋工作輥邊部磨損，實(shí)際生產(chǎn)中變更了軋制油的噴射位置分布，油壓延在輥身噴射分布由以前均勻分布優(yōu)化為現(xiàn)在的嚴(yán)重磨損區(qū)域的集中噴射，該方案有效降低了工作輥邊部磨損情況，降低了邊部與輥身中間的磨損差異。

3.4 控制帶鋼的凸度及楔形

冷軋希望熱軋?zhí)峁┑臒彳埐木哂休^好的平直度及較小的截面凸度，這導(dǎo)致部分熱軋卷生產(chǎn)設(shè)定凸度很小。熱軋為實(shí)現(xiàn)較小的目標(biāo)凸度，對(duì)精軋工作輥加大了彎輥力的設(shè)定，從而可能導(dǎo)致工作輥實(shí)際凸度為負(fù)，這更加劇了邊部鼓包的形成。同時(shí)，熱軋多功能凸度儀是檢測(cè)帶鋼凸度控制、控制板型的關(guān)鍵檢測(cè)設(shè)備，但是凸度儀工況惡劣，測(cè)量結(jié)果失真頻繁，嚴(yán)重影響帶鋼凸度及板型控制。精軋機(jī)前中間坯的楔形量過大影響了精軋帶鋼楔形的控制能力，可能產(chǎn)生單邊浪，并且對(duì)精軋工作輥兩側(cè)磨損差異產(chǎn)生很大的影響。

針對(duì)上述情況，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，需要保證送入精軋機(jī)的中間坯較小的楔形，設(shè)定合適的板帶目標(biāo)凸度避免工作輥實(shí)際凸度為負(fù)，從而達(dá)到減小工作輥邊部磨損的發(fā)生。

3.5 優(yōu)化工作輥竄輥策略

熱軋帶鋼由于邊部散熱相對(duì)較大，邊部溫度要比中間寬度低20～30℃，所以鋼帶邊部硬度相對(duì)較大，對(duì)工作輥邊部磨損較中間磨損要大。通過實(shí)際軋制過程中工作輥的竄動(dòng)，減少對(duì)工作輥同一位置反復(fù)磨損導(dǎo)致磨損在局部位置累計(jì)，降低帶鋼邊部的局部高點(diǎn)發(fā)生。

一般來說，工作輥竄輥行程越大，對(duì)分散軋輥邊部嚴(yán)重磨損區(qū)域越有利。實(shí)際生產(chǎn)過程中，我們需要選擇合適的竄輥行程個(gè)步長(zhǎng)，采用竄輥模式如圖5 所示。同時(shí)由于竄輥行程受軋程限制，在竄輥位置重新歸零時(shí)邊部鼓包發(fā)生率會(huì)明顯上升，于是在實(shí)際生產(chǎn)過程中，我們采用了新的竄輥模式，該竄輥模式對(duì)分散磨損有一定大改善效果。

圖5 精軋機(jī)竄輥模式

4 結(jié)語(yǔ)

（1）冷軋鼓包發(fā)生程度在工作輥使用后期增加明顯；

（2）冷軋鼓包卷的特點(diǎn)為帶鋼凸度過小甚至為負(fù)凸度，并且伴隨著楔形量過大；

（3）降低軋輥的局部磨損、控制帶鋼橫斷面凸度及楔形是改善帶鋼邊部鼓包的主要方向；

（4）采用寬度混編、加強(qiáng)工作輥中部冷卻、采取邊部潤(rùn)滑軋制、設(shè)定制板帶合適的目標(biāo)凸度及采用適當(dāng)?shù)母Z輥策略，有助于降低帶鋼邊部鼓包的發(fā)生；

（5）冷軋?jiān)谠O(shè)備允許情況下，可優(yōu)先采用較厚原料生產(chǎn)冷軋帶鋼，這主要考慮熱軋厚料卷主要在輥單位前期作業(yè)，產(chǎn)生的局部高點(diǎn)較小。