薄規(guī)格鋼板鐮刀彎成因分析及控制措施

龐義行

（山鋼股份萊蕪分公司寬厚板事業(yè)部，山東 濟(jì)南271104）

1 前 言

萊鋼4 300 mm 寬厚板生產(chǎn)線采用雙機(jī)架四輥可逆軋機(jī)，其壓下方式為電動(dòng)壓下和液壓壓下相結(jié)合的方式，軋制過程中可以根據(jù)軋制條件自動(dòng)調(diào)整輥縫，并手動(dòng)調(diào)整輥身方向的輥縫差控制鋼板橫向同板差。實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于軋機(jī)或者軋件在寬度方向上的特性不對(duì)稱，軋件寬度方向上的軋制狀態(tài)不同，導(dǎo)致軋件寬度方向各點(diǎn)的壓下和延伸不一致，出現(xiàn)橫向厚度偏差［1］，當(dāng)橫向厚度偏差達(dá)到一定程度時(shí)會(huì)造成出口軋件由厚度小的向厚度大的彎曲，形成鐮刀彎。

該產(chǎn)線實(shí)際生產(chǎn)16 mm及以下規(guī)格鋼板時(shí)，集中出現(xiàn)鐮刀彎問題，鐮刀彎不僅影響板材外形質(zhì)量，而且對(duì)軋制穩(wěn)定性有嚴(yán)重的影響，鐮刀彎嚴(yán)重時(shí)造成軋機(jī)內(nèi)堆鋼、損傷軋輥等生產(chǎn)事故。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，16 mm 及以下規(guī)格鋼板鐮刀彎比例為17.69%。通過對(duì)鋼板鐮刀彎抑制技術(shù)的研究及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，提高鋼板軋制穩(wěn)定性，減少鐮刀彎鋼板的產(chǎn)生，保證軋線順行。同時(shí)提高設(shè)備精度及運(yùn)行穩(wěn)定性、減少設(shè)備損耗，降低生產(chǎn)成本。

2 鋼板鐮刀彎問題原因分析

通過對(duì)鋼板鐮刀彎統(tǒng)計(jì)分析及現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過程跟蹤記錄，經(jīng)過排查分析，最終確定3個(gè)主要原因。

2.1 軸承座滑板間隙較大

設(shè)備精度低，穩(wěn)定性差。精軋機(jī)架與支撐輥、工作輥軸承座之間的滑板間隙大，輥系穩(wěn)定性差，軋鋼時(shí)軋輥晃動(dòng)嚴(yán)重，不利于板形穩(wěn)定性控制?；灏惭b在機(jī)架與軋輥軸承座之間，其有效間隙起著導(dǎo)向和承載作用。在鋼板軋制過程中，動(dòng)壓力、靜壓力和沖擊力所產(chǎn)生的能量會(huì)通過軋輥輥身傳動(dòng)到輥頸，由輥頸送到軸承座，再由此通過滑板傳動(dòng)到機(jī)架［2］。由于軋機(jī)機(jī)架是不可移動(dòng)的，所以這種沖擊如果在傳送過程中不經(jīng)過分解、吸收，就會(huì)對(duì)軋機(jī)產(chǎn)生非常大的破壞。而滑板的有效間隙可以消解一部分沖擊能量，同時(shí)，在軋輥運(yùn)動(dòng)過程中，滑板間隙可用自身的大小限制軋輥的不合理或者不規(guī)則偏移，起著導(dǎo)向作用。

軋制過程中窗口滑板非常容易磨損，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生局部斷裂。當(dāng)滑板磨損后間隙過大時(shí)，會(huì)使支撐輥在徑向與軸向發(fā)生不同程度的偏轉(zhuǎn)，起不到正常的支撐作用，使工作輥無(wú)法抵制軋制過程中鋼板的巨大的沖擊與軋制力的作用，導(dǎo)致軋制不穩(wěn)定，板形惡化。同時(shí)由于過大的間隙削弱了其導(dǎo)向作用，軋制在運(yùn)動(dòng)過程中還會(huì)出現(xiàn)“刮框”現(xiàn)象。若軸承座和機(jī)架滑板產(chǎn)生彈性或塑性變形，可能會(huì)引起固定螺絲松動(dòng)，導(dǎo)致軸承座與機(jī)架間配合松動(dòng)，對(duì)軸承座造成損傷。相應(yīng)對(duì)其他的關(guān)鍵設(shè)備，如壓下液壓缸和止推軸承也會(huì)造成損壞，甚至?xí)斐蓹C(jī)架嚴(yán)重磨損和變形，給正常生產(chǎn)帶來(lái)困難。相反，間隙過小雖然在理論上對(duì)軋制精度是無(wú)害的，但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于受到設(shè)備水平、操作水平的限制，會(huì)給軋輥的安裝帶來(lái)一定的困難，并且在軋制過程中會(huì)產(chǎn)生壓下受阻或卷輥現(xiàn)象，在影響生產(chǎn)的同時(shí)也會(huì)給設(shè)備帶來(lái)?yè)p傷。

萊鋼4 300 mm 寬厚板精軋機(jī)支撐輥設(shè)計(jì)滑板間隙3～3.6 mm，工作輥設(shè)計(jì)滑板間隙為2.5～3.3 mm。對(duì)比同類產(chǎn)線，本線設(shè)計(jì)間隙偏大，無(wú)法保證實(shí)際生產(chǎn)中輥系穩(wěn)定性需求。

通過拆開工作輥滑板，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部墊鐵不均勻磨損且銹蝕嚴(yán)重，影響實(shí)際軋鋼過程作用在滑板接觸面上沖擊載荷分布，出現(xiàn)滑板變形，再次導(dǎo)致滑板間隙增大，無(wú)法保證輥系穩(wěn)定性。

在軋制過程中，軋輥冷卻水經(jīng)摩擦器導(dǎo)流后，直接沖刷在軋輥軸承座上，將軋輥軸承座與機(jī)架之間的潤(rùn)滑油脂沖刷掉一部分。同時(shí)在咬鋼和拋鋼的沖擊下，軋輥軸承座會(huì)來(lái)回晃動(dòng)并將軸承座和機(jī)架之間的油水混合物噴濺出去，進(jìn)一步加劇了潤(rùn)滑油脂的流失。潤(rùn)滑油脂的流失造成軸承座滑板和機(jī)架滑板之間的磨損加劇，間隙也逐漸增大。

2.2 軋制工藝不合理

控制軋制是熱軋過程中通過對(duì)金屬加熱制度、變形制度和溫度制度的合理控制，使熱塑性變形與固態(tài)相變相結(jié)合，以獲得細(xì)小的晶粒組織，使鋼材具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能的軋制工藝?？剀堖^程中奧氏體狀態(tài)的控制，主要包括奧氏體晶粒尺寸的大小，晶粒亞結(jié)構(gòu)的控制、碳氮化物的析出控制等。目前控制軋制的方式有3種：奧氏體再結(jié)晶區(qū)控制軋制、奧氏體未再結(jié)晶區(qū)域控制軋制和兩相區(qū)（γ+α）控軋軋制［3］。再結(jié)晶區(qū)軋制要求大壓下量，盡可能地破碎奧氏體晶粒，實(shí)現(xiàn)軋制過程中奧氏體晶粒細(xì)化；未再結(jié)晶區(qū)和兩相區(qū)軋制要求對(duì)開軋和終軋溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制，并要求一定的壓縮比，在細(xì)化晶粒的同時(shí)，避免晶?；貜?fù)和長(zhǎng)大。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)晶粒亞結(jié)構(gòu)控制和碳氮化物的固溶強(qiáng)化?？剀堖^程中軋制溫度主要強(qiáng)調(diào)的是對(duì)終軋溫度的控制，終軋溫度越高，奧氏體晶粒越粗大，相變后越容易出現(xiàn)魏氏組織。未再結(jié)晶區(qū)軋制時(shí)終軋溫度應(yīng)盡可能的接近奧氏體開始轉(zhuǎn)變的溫度?？剀堖^程中要設(shè)置合理的中間坯厚度，在低溫區(qū)保證足夠的變形量。在再結(jié)晶區(qū)軋制時(shí)，要求道次變形必須大于臨界變形量，并采用不間斷軋制。

而控軋工藝未再結(jié)晶區(qū)軋制時(shí)，軋制溫度在800～950 ℃，同時(shí)為改善力學(xué)性能、細(xì)化晶粒多采用大壓下軋制，精軋壓下率達(dá)到60%～70%，末道次壓下率＞10%。由于軋制溫度降低和道次壓下率增加，導(dǎo)致鋼板軋制力增加，板凸度控制難度加大，進(jìn)而造成板形控制困難。

現(xiàn)有軋制工藝給定16 mm及以下規(guī)格Q345系列、船板等品種規(guī)格采用首道次高溫區(qū)控軋及末道次低溫區(qū)控溫軋制，這樣造成末道次控溫階段溫降不同、末道次軋制負(fù)荷大，穩(wěn)定性差，經(jīng)常出現(xiàn)嚴(yán)重鐮刀彎或“刮框”問題。例如：鋼種Q35B、板坯尺寸199 mm × 1 500 mm × 3 240 mm、成品尺寸9.75 mm×2 600 mm×38 121 mm，控軋工藝如表1所示，具體軋制規(guī)程如表2所示。

表1 控軋工藝制度

表2 軋制規(guī)程

同時(shí)，結(jié)合軋線PDA對(duì)軋制情況進(jìn)行分析，由于控軋工藝進(jìn)行末道次控溫，造成末道次負(fù)荷增加，加上末道次7.2 s 控溫過程中存在不均勻溫降，造成末道次軋制過程中軋制力波動(dòng)大，軋件延伸不均勻，鋼板向操作側(cè)跑偏鐮刀彎。

薄規(guī)格軋制過程中，精軋階段后幾個(gè)道次，由于軋件薄、散熱快，對(duì)于不均勻變形的敏感性顯著增強(qiáng)，即使是絕對(duì)壓下量的微小的變化也可能導(dǎo)致相對(duì)伸長(zhǎng)率的顯著不均，從而引起板形惡化。

2.3 軋輥冷卻水加劇不均勻溫降

在中厚板軋制過程中，溫度是最重要的參數(shù)之一，溫度直接影響軋制力。軋制過程中軋輥冷卻水流落到鋼板表面，產(chǎn)生溫降，因水的流動(dòng)性造成鋼板產(chǎn)生不均勻溫降，造成軋制力波動(dòng)，軋制過程中軋件延伸不均勻，造成鐮刀彎問題出現(xiàn)。

3 改善措施

3.1 軋機(jī)附件精細(xì)化控制技術(shù)

調(diào)整滑板間隙，改善輥系穩(wěn)定性：調(diào)整軋輥軸承座與機(jī)架原設(shè)計(jì)間隙，將機(jī)架滑板厚度增加1 mm，同時(shí)在軋輥軸承座滑板內(nèi)側(cè)增加墊鐵，減小了軸承座與機(jī)架間隙，使輥系能夠在軋制過程中更加穩(wěn)定。定期對(duì)軸承座滑板內(nèi)部銹蝕墊鐵更換，并及時(shí)調(diào)整墊鐵尺寸，控制滑板間隙在要求范圍內(nèi)，提高輥系穩(wěn)定性，鐮刀彎板形得到有效抑制，調(diào)整后間隙見表3。

表3 滑板調(diào)整后間隙 mm

在下工作輥和下支撐輥軸承座兩側(cè)增加擋水裝置，由弧形擋水皮墊及防水支擋組成。增加擋水皮墊后，能直接阻止軋輥冷卻水對(duì)軸承座的沖刷，同時(shí)又能減少流入軸承座與機(jī)架間隙的水量，減少了咬鋼時(shí)軋輥晃動(dòng)對(duì)油脂的噴濺，保證了軸承座與機(jī)架間隙間的潤(rùn)滑油脂，提高了潤(rùn)滑效果，減輕了滑板磨損，保證輥系長(zhǎng)期穩(wěn)定。

3.2 16 mm及以下規(guī)格鋼板控軋工藝優(yōu)化

優(yōu)化16 mm 及以下普碳低合金及船板等鋼板軋制工藝，分別對(duì)控軋模式、中間坯、精軋開軋溫度等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，見表4，減少因工藝給定不合理，低溫區(qū)壓下率大，實(shí)現(xiàn)薄規(guī)格產(chǎn)品軋制順行，抑制鐮刀彎產(chǎn)生。

表4 16 mm以下寬薄規(guī)格鋼板工藝優(yōu)化參數(shù)

3.3 減少精軋過程鋼板表面殘余積水

改造精軋上工作輥擋水器，精軋上工作輥原設(shè)計(jì)的擋水器中間會(huì)存在一定的間隙，導(dǎo)致工作輥冷卻水流到鋼板表面并成為精軋鋼板上表面殘余水的主要來(lái)源。為此設(shè)計(jì)了一種安裝時(shí)可以彼此搭接的擋水器，消除了彼此之間的間隙，阻斷了冷卻水流向鋼板的通道，實(shí)現(xiàn)軋輥冷卻水由工作輥兩側(cè)流出，避免水流落到鋼板表面，如圖1所示。

4 應(yīng)用效果

圖1 改造前后擋水器效果示意圖

通過定期測(cè)量軋輥軸承座與機(jī)架滑板間隙，調(diào)整軸承座滑板內(nèi)側(cè)墊鐵尺寸，保證間隙控制在要求范圍內(nèi)，有效地提高了輥系穩(wěn)定，抑制了鐮刀彎的產(chǎn)生，同時(shí)減少了設(shè)備損耗。

統(tǒng)計(jì)1—12 月累計(jì)軋制16 mm 以下薄規(guī)格鋼板57 851 支，主要品種為Q345 普碳低合金、船板等，產(chǎn)品質(zhì)量明顯提升，薄規(guī)格鐮刀彎問題得到有效的改善，鐮刀彎比例有了明顯的降低，由改善前17.69% 降為10.78%，減少了鋼板剪切過程因粗分、下線等生產(chǎn)過程浪費(fèi)。同時(shí)，延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命，減少了備件更換數(shù)量及頻次，滑板每年更換由50 塊減少為25 塊，降低了噸鋼成本，提高了產(chǎn)線效益。