薄規(guī)格管線鋼軋制工藝的優(yōu)化

鄧杭州 婁軍魁 李偉 裴鳳娟

(安陽鋼鐵股份有限公司)

0 前言

熱連軋機組適合軋制薄而相對較窄的產(chǎn)品，常規(guī)中厚板軋機適合軋制厚而相對較寬的產(chǎn)品，各自的優(yōu)勢恰好是對方的短處，二者均不適宜軋制薄而寬的產(chǎn)品，而爐卷軋機可以避開前兩種軋制的缺點而取其優(yōu)點，很容易生產(chǎn)薄且寬的產(chǎn)品［1］。安鋼3500 mm 爐卷機組自2005年投產(chǎn)以來，憑借其獨特的卷軋優(yōu)勢已穩(wěn)定軋制6 mm ×3000 mm 規(guī)格普板及低合金類鋼板，薄規(guī)格產(chǎn)品比例逐年增加。卷軋功能的實現(xiàn)擴展了安鋼產(chǎn)品的規(guī)格范圍，也為安鋼中厚板產(chǎn)品的規(guī)格創(chuàng)效做出了應有的貢獻。然而卷軋工藝也存在其固有的產(chǎn)品缺陷，例如卷軋生產(chǎn)12．5 mm 規(guī)格L450M 管線鋼時，中間板坯頭尾接觸卷取爐的卷筒，以及中間板坯在卷取爐內(nèi)的二次加熱，成品存在表面質量缺陷。為此結合現(xiàn)場工藝，技術人員探索薄規(guī)格管線鋼從卷軋改變?yōu)槠杰埞に嚨目赡苄浴Ｗ罱K確定12．5 mm 規(guī)格L450M 管線鋼采用平軋工藝，產(chǎn)品性能指標、表面質量均能達到訂貨要求，且產(chǎn)品的經(jīng)濟技術指標得到了很大的提高。

1 卷軋工藝存在問題

安鋼爐卷機組生產(chǎn)線，采用四輥可逆式單機架布置，在軋機前后分別配置了1 座卷取爐，在軋制薄規(guī)格產(chǎn)品時，中間坯厚度小于一定值時，將中間坯卷取到卷取爐中起到保溫效果，并和軋機形成連軋關系，提升薄規(guī)格產(chǎn)品的軋制穩(wěn)定性和滿足相應的軋制工藝參數(shù)。然而卷軋工藝也存在自身不可避免的缺點，最終影響產(chǎn)品質量和經(jīng)濟技術指標，若使用卷軋工藝生產(chǎn)12．5 mm 規(guī)格L450M 管線鋼，存在以下缺點:

1)L450M 管線鋼屬技術要求較高的鋼種。滿足力學性能的同時還要滿足低溫沖擊性能和低溫落錘性能。該鋼種采用Nb 微合金化，其生產(chǎn)工藝屬典型的控軋控冷工藝。因此必須按照嚴格的控制軋制和控制冷卻工藝才得以保證上述技術要求。如果采用卷軋工藝，會弱化第二階段未再結晶區(qū)的控制軋制晶粒扁平化的效果，從而對產(chǎn)品性能不利。

2)采用卷軋工藝生產(chǎn)L450M 管線鋼，在卷取過程中，中間坯料頭尾下表面在高溫下與表面存在氧化鐵皮的卷筒接觸。在卷取前期卷筒與被卷取的中間坯建立起張力的時候，粘結在卷筒上的氧化鐵皮被粘連到中間坯料頭尾的下表面。經(jīng)軋制后，氧化鐵皮被壓入到鋼板下表面形成麻點。另外，在卷取過程中，由于卷取爐震動，帶來爐內(nèi)耐火材料或者其他零部件掉落在鋼板上表面。經(jīng)軋制后，被壓入到鋼板表面基體，造成鋼板表面異物壓入缺陷。不論麻點還是異物壓入都會造成鋼板表面質量缺陷。因卷取軋制而產(chǎn)生的表面麻點和異物壓入典型缺陷如圖1 所示。

圖1 卷軋產(chǎn)品表面缺陷

3)安鋼3500 mm 爐卷機組，卷取爐溫度一般控制在850 ℃～900 ℃。采用卷軋工藝生產(chǎn)L450M 管線鋼，在卷取保溫過程中，中間坯料上下表面容易形成一層很薄的氧化鐵皮和紅銹，而在卷軋道次不能使用軋機精除鱗手段去除。軋制后的鋼板表面，檢查工肉眼很難發(fā)現(xiàn)藏于氧化鐵皮和紅銹下的麻坑缺陷，待發(fā)到用戶廠里，經(jīng)制管或噴砂后凹坑缺陷顯現(xiàn)，導致質量異議的產(chǎn)生，為公司帶來經(jīng)濟損失。典型缺陷如圖2 所示。

圖2 卷軋鋼板噴砂后顯現(xiàn)的缺陷

4)安鋼3500 mm 爐卷機組生產(chǎn)線，在采用卷軋工藝生產(chǎn)L450M 管線鋼時，由于頭尾中間坯料直接與帶有粘結氧化鐵皮的卷筒接觸，因此軋制后鋼板的頭尾子板，下表面麻點缺陷更為嚴重，無法滿足交貨要求。為此頭尾子板各切除10 m 左右，改判為協(xié)議材。在考慮長度定尺和性能合格率100%的情況下，訂單合格率僅為70%左右，很大程度的降低了經(jīng)濟技術指標。

2 平軋工藝存在難點

L450M 管線鋼屬強度級別較高的鋼種。尤其是12．5 mm 規(guī)格，由于規(guī)格較薄，軋制后鋼板長度較長，之前一直采用卷軋工藝生產(chǎn)。考慮到卷軋生產(chǎn)工藝存在四方面的缺點，如果能夠采用平軋工藝代替卷軋工藝，上述四方面的缺點全部得以減緩或者解決。

安鋼3500 mm 爐卷機組生產(chǎn)線采用的板坯厚度為150 mm，加熱爐允許裝鋼的最短坯料長度為6600 mm，如果軋制12．5 mm 較薄規(guī)格的鋼板，最終鋼板長度約為79 m 左右。和傳統(tǒng)中厚板軋機相比較，軋制長度成倍增加，軋制周期時間也隨之增加。隨著軋制時間的延長，后期溫度下降也非常快。為此軋制后期由于溫度的快速下降以及鋼板頭部和尾部、邊部和中部溫差較大，使軋件發(fā)生不均勻變形，軋制的穩(wěn)定性和板形控制的難度是平軋工藝的難點之一。另外，由于軋件過長，后期溫降過大，如何保證合理的軋制工藝參數(shù)，滿足L450M 管線鋼的性能要求是平軋工藝的另一難點。

3 L450M 軋制工藝要求

安鋼L450M 管線鋼采用低碳－錳－鈮成分體系，其化學成分見表1。為滿足該鋼種的性能要求必須保證合理的加熱制度、再結晶區(qū)的控制軋制、未再結晶區(qū)的控制軋制和最終變形在一定的溫度范圍內(nèi)。因此，控制加熱溫度、第一階段軋制結束溫度、第二階段開軋溫度、開軋厚度以及終軋溫度等工藝參數(shù)尤為重要。借鑒以往生產(chǎn)經(jīng)驗，加熱溫度不超過1280 ℃，第一階段軋制結束溫度不低于1000 ℃，第二階段開軋溫度控制在950 ℃以下，第二階段開軋厚度為成品厚度的3 倍以上，終軋溫度一般控制在750 ℃～810 ℃之間是滿足L450M 管線鋼的性能的工藝要求。軋制12．5 mm 規(guī)格L450M 管線鋼的具體工藝參數(shù)見表2。

表1 L450M 化學成分 /%

4 L450M 平軋措施

克服和解決平軋工藝存在的難點和保證合理的軋制工藝參數(shù)是滿足生產(chǎn)L450M 管線鋼軋制穩(wěn)定、板形質量和性能質量的主要問題。在保證軋制穩(wěn)定、控制板形和性能質量方面采取以下有效措施:

表2 L450M 平軋工藝要求

1)結合管線鋼L450M 的成分體系，考慮微合金元素Nb 的充分固溶后控制奧氏體原始晶粒的過分長大，以及為了彌補后期的溫降過快，我們將加熱制度進行了一定的優(yōu)化，加熱溫度控制在工藝上限，另外要求操作工調節(jié)好加熱爐燒嘴煤氣流量，保證板坯加熱均勻一致。

2)軋制薄規(guī)格鋼板時，軋制穩(wěn)定性和板形控制主要原因是軋件的溫度是否均勻和承載輥縫是否合理。溫度的均勻性通過優(yōu)化加熱工藝得以緩解。而承載輥縫的合理與否與軋件是否對中，原始輥型是否合適，軋輥膨脹是否均勻，機架間隙狀況是否良好等等。為穩(wěn)定軋制12．5 mm 管線鋼L450M 和控制其良好板形，首先我們采用“凹”凸度輥型。偏“凹”輥在軋制時，軋輥中間輥徑小于兩邊，在上下工作輥中間能形成一個“橢圓”狀，軋制薄規(guī)格鋼板時，上下工作輥能把鋼板鎖在“橢圓”區(qū)域內(nèi)，防止鋼板軋制時出現(xiàn)擺動，能夠有效提高軋制穩(wěn)定性［2］。其次在軋制前對機前機后導尺進行標定，在導尺夾持鋼板時，使鋼板處于軋制中心線。另外在編排計劃、組織生產(chǎn)時充分考慮燙輥材的數(shù)量，保證在軋制該規(guī)格鋼種時，軋輥膨脹充分均勻。以及利用彎輥技術，微量調節(jié)輥凸度實時控制板形質量。

3)軋制12．5 mm 規(guī)格L450M 管線鋼，在前期能夠保證再結晶區(qū)的控制軋制，但是后期由于軋件過長，溫降過快，在滿足未再結晶區(qū)開軋溫度的同時很難滿足終軋溫度。基于爐卷機組設計的最高軋制速度為649 mpm，保證操作工能夠操作的條件下提高軋制速度，當軋制速度達到300 mpm 時，終軋溫度在一定合理區(qū)間。

5 平軋工藝效果

L450M 管線鋼采用平軋工藝生產(chǎn)，總體軋制比較穩(wěn)定。但由于軋件過長，溫降過快還是存在無法消除兩方面缺陷。一是鋼板邊部相對中間部位溫降較快，邊部和中間部位變形不一致，導致輕微的中間浪。二是由于最終鋼板長度達79 m 左右，鋼板頭尾溫差達到60 ℃，頭部終軋溫度810 ℃，尾部終軋溫度750 ℃。針對板形不良情況我們通過冷矯工序進行矯直。矯直后的鋼板，我們進行測量檢查，不平度每米不超過4 mm，遠小于標準要求范圍，能夠達到交貨要求。

另外，針對鋼板頭尾溫度相差60 ℃的問題，分別在鋼板頭部、中部、尾部取樣，進行拉伸、沖擊、落錘檢驗。拉伸性能存在一定的差距，但能夠滿足同板性能差不超過30 MPa 的要求，其沖擊性能和落錘性能差距不大，均能滿足技術條件要求。拉伸性能結果見表3，沖擊和落錘性能見表4。

表3 拉伸性能結果

表4 沖擊和落錘性能結果

6 結論

1)12．5 mm 規(guī)格L450M 管線鋼能夠實現(xiàn)穩(wěn)定的平軋工藝，且各項性能指標良好。

2)12．5 mm 規(guī)格L450M 管線鋼平軋工藝的實現(xiàn)，由于沒有卷取過程的二次加熱鋼板表面質量得到良好的保證。

3)12．5 mm 規(guī)格L450M 管線鋼平軋工藝的實現(xiàn)，訂單合格率達到85%，相對于卷軋工藝的70%，提高了15%。

［1］孫趙堅，丁世學．常規(guī)中厚板軋機與爐卷軋制的對比淺析［J］．寬厚板，2004(6):28 －31．

［2］王琨銘，周焱民，李學明，等．5 mm 薄規(guī)格鋼板生產(chǎn)實踐［J］．江西冶金，2014(6):18 －11．