中厚鋼板表面麻點(diǎn)控制技術(shù)優(yōu)化與實(shí)踐

吳 翔，周焱民

（新余鋼鐵股份有限公司，江西338001）

0 引言

近年來(lái)，為滿(mǎn)足市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的個(gè)性化需求，各類(lèi)商品對(duì)外觀(guān)質(zhì)量的要求也越來(lái)越高，如中厚板方面，用戶(hù)對(duì)表面質(zhì)量提出了較高的要求。并且受產(chǎn)能及市場(chǎng)的影響，船體及容器用等建造鋼板的檢驗(yàn)愈加嚴(yán)格，對(duì)表面質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。其中中厚板表面麻點(diǎn)缺陷嚴(yán)重影響鋼板表面質(zhì)量，既帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)損失，又影響到產(chǎn)品的市場(chǎng)形象。鑒于此，新鋼公司中厚板廠(chǎng)找準(zhǔn)麻點(diǎn)產(chǎn)生的原因，分析了相關(guān)工藝及裝備存在的問(wèn)題，并做出改進(jìn)，及時(shí)有效地解決鋼板表面麻點(diǎn)的問(wèn)題。

1 中厚鋼板表面麻點(diǎn)成因分析

1.1 中厚鋼板表面麻點(diǎn)

中厚板表面麻點(diǎn)是因加熱或軋制時(shí)產(chǎn)生的氧化鐵皮未清除干凈，在鋼板表面形成深淺不同的痕跡，脫落后即呈現(xiàn)出凹凸不平的粗糙面[1]。其狀態(tài)因軋制工藝和設(shè)備條件不同而不同。

1.2 形成原因及分類(lèi)

根據(jù)麻點(diǎn)的形狀、特征來(lái)劃分，常見(jiàn)的麻點(diǎn)有兩種：

（1）黑麻點(diǎn)：呈桔皮狀密集分布，表面呈現(xiàn)出明顯粗糙面，顏色較深接近黑色，一般多為局部點(diǎn)狀或密集的麻面分布，此類(lèi)麻點(diǎn)為爐生氧化鐵皮壓入，其深度較深，如圖1 所示。其特點(diǎn)是：壓的較深（在0.4～2 mm），呈連續(xù)片狀分布。

圖1 鋼板表面黑麻點(diǎn)

（2）紅褐色麻點(diǎn)：在鋼板的表面呈現(xiàn)紅褐色的帶狀或點(diǎn)狀粗糙面，并與基體粘連緊密，通常稱(chēng)為二次氧化鐵皮，脫落后呈現(xiàn)出深淺不同、形狀各異的凹痕。如圖2、圖3 所示。主要是鋼坯在軋制變形過(guò)程中，形成薄且粘附性強(qiáng)的再生氧化鐵皮，軋制壓入形成。

另外，淺表性的紅褐色麻點(diǎn)脫落后呈現(xiàn)出魚(yú)鱗片狀小凹坑，在光的照射下較為明顯。如圖4 所示。

圖2 鋼板表面麻點(diǎn)（紅褐色）

圖3 鋼板表面麻點(diǎn)（紅褐色）

圖4 鋼板表面淺表性麻點(diǎn)（拋丸后）

2 控制措施及工藝優(yōu)化

為解決鋼板表面麻點(diǎn)問(wèn)題，在不考慮成分因素的前提下，主要控制點(diǎn)在于中厚板軋機(jī)除鱗設(shè)備條件、工藝控制。

2.1 高壓水除鱗設(shè)備條件問(wèn)題及改進(jìn)措施

鋼板表面氧化鐵皮去除的主要手段使用高壓水打擊來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.1.1 高壓水除鱗設(shè)備條件

鋼板表面除鱗，一般采用高壓水打擊的方式，以提高表面質(zhì)量[2]。高壓水除鱗設(shè)備分初、精除鱗裝置。

初除鱗：初除鱗設(shè)施裝在鋼坯出爐后軋機(jī)前，一般有兩套噴射閥組，分上、下集水管，并附有預(yù)沖水裝置。此工序是除去板坯表面因加熱產(chǎn)生的氧化鐵皮。

精除鱗：精除鱗設(shè)施裝在軋機(jī)擋水導(dǎo)板位置，分上、下集水管，也附有預(yù)沖水裝置。主要除去軋制過(guò)程中的再生氧化鐵皮。

2.1.2 高壓水除鱗系統(tǒng)工藝參數(shù)

除鱗作業(yè)呈瞬時(shí)高壓水用量大且交替、重疊使用的特征，一般采用離心泵再加上蓄能器的方式來(lái)滿(mǎn)足使用要求。在這種情況下，高壓水系統(tǒng)壓力存在較為頻繁的波動(dòng)，必須控制系統(tǒng)壓力的波動(dòng)在較小的范圍內(nèi)，以保證有效的除鱗。

因此，軋制時(shí)須確保除鱗水壓力下限滿(mǎn)足工藝要求，一般初始水壓應(yīng)達(dá)到23 MPa，除鱗噴嘴處壓力需穩(wěn)定在18 MPa 以上。

2.1.3 高壓水除鱗系統(tǒng)存在的問(wèn)題

高壓水除鱗系統(tǒng)原設(shè)計(jì)配置了一套高壓離心泵，流量設(shè)計(jì)為300 m3/h，軋制時(shí)，供水量達(dá)不到要求，壓力下降很快，最低時(shí)只有11.5 MPa 左右，遠(yuǎn)不能達(dá)到精除鱗工藝對(duì)壓力的要求。具體原因如下：

（1）精除鱗所配置的供水管道過(guò)小。原設(shè)計(jì)是采用2 組除鱗噴射閥，閥的型號(hào)是DN125，單組噴射閥流速為5 m/s，供水壓力為18 MPa，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)壓力要求。但兩組閥的干管型號(hào)僅為DN150，在壓力為18 MPa 時(shí)，集管的流量約為400 m3/h，這種情況下管路供水流速約為7 m/s，達(dá)不到兩組分管?chē)娚溟y的同時(shí)工作時(shí)的流量要求，存在縮頸現(xiàn)象，即不能滿(mǎn)足工況要求，須增大改進(jìn)。

（2）供水系統(tǒng)的最低液面閥通徑偏小。軋制時(shí)，存在初、精除鱗重疊使用的情況，此時(shí)，最低液面閥供水的瞬時(shí)流量可達(dá)700 m3/h，該閥原設(shè)計(jì)為DN150，最大流速僅有11 m3/s，達(dá)不到流量要求，所以，須增大改進(jìn)。

2.1.4 高壓水除鱗系統(tǒng)的改進(jìn)措施

（1）根據(jù)工藝要求，除鱗噴嘴須滿(mǎn)足單嘴流量大，打擊力強(qiáng)的要求[3]。對(duì)此，需要提高除鱗泵組的工作壓力，以提高整個(gè)高壓水系統(tǒng)的供水壓力；增加供水系統(tǒng)蓄能器能力，減少系統(tǒng)壓壓力波動(dòng)，保障噴嘴出口供水壓力。

（2）對(duì)供水閥進(jìn)行合理配置，其中最低液面閥，將原配置的型號(hào)DN150 增大到DN200。

（3）增加供油能力，以滿(mǎn)足兩臺(tái)泵同時(shí)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)高壓水泵兩用一備的工作條件。

（4）更換新型噴嘴，提高噴嘴打擊能力。

對(duì)高壓水除鱗系統(tǒng)改造后，可較好的滿(mǎn)足除鱗要求。以軋制長(zhǎng)度為85 米的鋼板為例，除鱗過(guò)程中噴嘴處水壓力最大為22.3 MPa，最小為18.6 MPa，可以較好的滿(mǎn)足高壓水壓力≥18 MPa 的要求。

2.2 鋼坯加熱工藝的問(wèn)題及改進(jìn)措施

鋼坯在常溫下的氧化較慢，加熱到200～300℃，表面產(chǎn)生氧化膜，此時(shí)的氧化進(jìn)程比較緩慢。當(dāng)溫度加熱到1 000 ℃以上時(shí)，反應(yīng)快速進(jìn)行。當(dāng)溫度上升到1 300 ℃以上時(shí)，氧化鐵皮將變成熔融態(tài)，氧化更為激烈。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果顯示，1 300 ℃時(shí)的氧化反應(yīng)速率是900 ℃時(shí)的7 倍[4]。鋼坯的正常加熱工藝溫度在1 200～1 280 ℃左右，氧化鐵皮產(chǎn)生程度較明顯。

鋼坯氧化鐵皮層的結(jié)構(gòu)呈分層狀態(tài)，與基體接近的為FeO，向外依次為Fe3O4和Fe2O3。各層的形貌特征比較固定，最里層（FeO 層）比較疏松，F(xiàn)e3O4層比較致密，但也有較多的孔隙，F(xiàn)e2O3層最緊密，但厚度相對(duì)較薄[5]。減少鋼氧化鐵皮生成的主要措施如下：

（1）加熱溫度的控制：鋼坯的加熱溫度上升到1 200 ℃以上時(shí)，F(xiàn)e 元素與氧化性氣體元素的反應(yīng)很強(qiáng)，使氧化程度增加。因此，要合理控制鋼坯的加熱溫度。一是，加熱溫度可根據(jù)不同的鋼種結(jié)合Fe-C 平衡相圖來(lái)合理制定；二是在加熱段及均熱段的溫度應(yīng)控制在1 250 ℃左右，避免超過(guò)1 300 ℃，以免生產(chǎn)致密的或熔融態(tài)的Fe2O3層。

（2）加熱時(shí)間的控制。鋼坯加熱溫度達(dá)到1 100℃以上時(shí)，最初的半小時(shí)內(nèi)氧化反應(yīng)較快，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，速率有所放緩，氧化層厚度逐步增加，鋼坯氧化量與時(shí)間成正比[9]。因此，在加熱中我們應(yīng)當(dāng)盡可能的縮短鋼坯在加熱爐內(nèi)高溫區(qū)域的停留時(shí)間。一是根據(jù)軋制效率及工藝要求，通過(guò)控制入爐鋼坯間隔、數(shù)量來(lái)控制加熱時(shí)間；二是根據(jù)鋼坯斷面尺寸來(lái)合理制定加熱時(shí)間則；三是對(duì)于特殊鋼種，根據(jù)其氧化特性，集中安排，如含Ni 鋼等。

（3）爐內(nèi)氣氛的控制。加熱爐爐氣中一般為氧化性氣氛。因此，在保證加熱段、均熱段合理的溫度條件下，應(yīng)采用較低的空燃比來(lái)降低鋼坯高溫加熱過(guò)程中爐內(nèi)的的氧化氣氛；同時(shí)要保持爐內(nèi)微正壓，一般在15 Pa 左右。

2.3 高壓水除鱗工藝改進(jìn)措施

（1）保證高壓水供水壓力和噴嘴的通暢，確保工作壓力最小值（壓降）≥18 MPa。

（2）粗除鱗操作要求。當(dāng)鋼坯進(jìn)入除鱗箱時(shí)，應(yīng)及時(shí)開(kāi)啟高壓水。為保除鱗效果，需根據(jù)坯料厚度來(lái)調(diào)節(jié)粗除鱗上噴嘴的位置。一般高壓水除鱗為一次，若一次除鱗不凈，在保證坯料開(kāi)軋溫度不低于1 000 ℃的前提下，可增加次數(shù)，仍然除不凈則必須回爐。

（3）精除鱗操作要求。精除鱗根據(jù)軋制道次排布，確保從軋件頭至尾都除到、除凈，除鱗時(shí)要確保軋件頭部拋出軋機(jī)。原則上開(kāi)軋第一道次、轉(zhuǎn)鋼后第一道次（不轉(zhuǎn)鋼軋制的，中間道次除鱗一次）、粗軋最后一道各除鱗一次；精軋開(kāi)軋第1 道、第3 道、最后1 道各除鱗一次，壓力穩(wěn)定時(shí)要適當(dāng)增加除鱗道次，確保表面質(zhì)量。

（4）定期更換高壓水噴嘴，每次檢修對(duì)噴嘴進(jìn)行清洗。

3 生產(chǎn)實(shí)踐

以船板CCSAH32 的生產(chǎn)為例，坯料斷面尺寸248 mm×2 270 mm，鋼板規(guī)格：12.14 mm×2 600 mm（厚度×寬度），共12 塊，采用正常工藝進(jìn)行控制，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：

3.1 加熱工藝參數(shù)

根據(jù)CCSAH32 鋼的加熱工藝確定加熱爐的溫度參數(shù)，具體見(jiàn)下表1 所示：

表1 加熱工藝參數(shù)表

3.2 高壓水系統(tǒng)壓力設(shè)定

除鱗泵分主、輔泵，壓力設(shè)定分別為：19～22 MPa 和18～21 MPa。兩臺(tái)泵工作，確保除鱗壓力滿(mǎn)足工藝要求。

3.3 高壓水除鱗工藝

鋼板的軋制除鱗工藝，根據(jù)前述控制工藝來(lái)執(zhí)行，見(jiàn)表2 所示。

3.4 實(shí)踐小結(jié)

表2 鋼板軋制除鱗道次統(tǒng)計(jì)表

對(duì)實(shí)驗(yàn)鋼板按工藝要求加熱、軋制，各工序溫度均滿(mǎn)足要求，高壓水壓力最低值為18.3MPa，實(shí)驗(yàn)鋼板表面質(zhì)量狀況見(jiàn)表3。

從表3 中可以看出，此次軋制實(shí)驗(yàn)是成功的，鋼坯經(jīng)過(guò)粗除鱗，表面無(wú)氧化鐵皮殘留，軋制后的鋼板表面狀況良好。其中出現(xiàn)頭部麻點(diǎn)的批號(hào)H005、H012，經(jīng)查監(jiān)控錄像發(fā)現(xiàn)是由于高壓水除鱗開(kāi)啟較晚造成。

表3 鋼板表面麻點(diǎn)狀況統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)中厚鋼板表面麻點(diǎn)成因的分析，從高壓水除鱗設(shè)備條件、加熱爐加熱工藝、高壓水除鱗工藝等方面提出了改進(jìn)措施，并在實(shí)踐中印證了措施的有效性。通過(guò)上述措施的實(shí)施，在近幾年的生產(chǎn)過(guò)程中，表面麻點(diǎn)問(wèn)題得到有效控制，鋼板表面質(zhì)量得以改善。據(jù)統(tǒng)計(jì)，該線(xiàn)從2015 年至2019 年，麻點(diǎn)缺陷比例從2015 年的 2.29%降到 2019 年的0.35%，下降幅度達(dá)到85%，成效較為顯著。