寬厚板生產(chǎn)線鋼板下表面凹坑形成的原因分析及解決方案

熊 偉

（武鋼集團鄂鋼公司，湖北　鄂州　436000）

寬厚板生產(chǎn)線鋼板下表面凹坑形成的原因分析及解決方案

熊 偉

（武鋼集團鄂鋼公司，湖北鄂州436000）

摘要：武鋼集團鄂鋼公司4300m m寬厚板生產(chǎn)線于2006年籌建，2009年投產(chǎn)，近1年來在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)批量鋼板下表面凹坑，嚴重影響生產(chǎn)質(zhì)量，采取措施后，問題得到解決。

關(guān)鍵詞：寬厚板；軋機；工作輥護板；氧化鐵皮；鋼板表面凹坑

一、前言

鄂鋼4300mm寬厚板為“點菜式”引進，國內(nèi)合作制造，分期建設(shè)的雙機架生產(chǎn)線。一期建設(shè)精軋機單機架生產(chǎn)線，配套一條剪切線和兩條熱處理生產(chǎn)線，設(shè)計產(chǎn)能120萬t。二期（目前項目未啟動）建設(shè)粗軋機及其它相關(guān)配套設(shè)備，建成后設(shè)計總產(chǎn)能160萬t。

一期建設(shè)的4300mm精軋機為四輥可逆軋機，由西門子奧鋼聯(lián)英國公司詳細設(shè)計，關(guān)鍵部件點菜式引進，中國一重合作制造。該軋機于2009年4月30日軋第一塊板。軋機本體由機架裝置、輥系（上、下工作輥裝配，上、下支承輥裝配）、上支撐輥平衡裝置、壓下裝置、工作輥平衡和彎輥裝置、液壓AGC缸、竄輥裝置、軋機導(dǎo)衛(wèi)和機上除鱗系統(tǒng)等部分組成。軋機輔助設(shè)備由進、出口推床（軋件對中），進、出口轉(zhuǎn)鋼輥道，輸入、輸出輥道和機后在線測厚儀等設(shè)備。軋機主要技術(shù)參數(shù)見表1。

二、生產(chǎn)過程中存在的問題

在生產(chǎn)過程中，隨著軋機的運行，在鋼板表面逐漸出現(xiàn)了凹坑，該凹坑形狀不規(guī)則，面積約在4～30mm2之間，深度約0.3～3.0mm，均存在于鋼板的下表面，上表面偶爾會有，可忽略不計（圖1）。

鋼板下表面凹坑嚴重影響著產(chǎn)品質(zhì)量和效益，生產(chǎn)組織困難。對2011年部分月份鋼板表面凹坑情況的統(tǒng)計見表2。

表1

圖1

表2

三、原因分析

根據(jù)鋼板下表面凹坑的形狀、凹坑表層組織和化學(xué)成分分析，初步判斷為夾雜、氧化鐵皮被壓入鋼板下表面，在軋制或矯直的過程中脫落形成。

1.組織和化學(xué)成分分析

對X 65鋼板凹坑金相分析：凹坑深3.0mm，凹坑內(nèi)有氧化物，表面凹凸不平，試樣組織為F+B，凹坑處有一定的變形流線，氧化物附近有明顯脫碳。其能譜分析結(jié)果表明：凹坑表面含有MgO，說明異物內(nèi)可能含有保護渣的成分；凹坑表面含有SiO2，說明凹坑表面異物含有次生氧化鐵皮（2FeO·SiO2）；凹坑表面含有Fe2O3，說明凹坑表面異物含有氧化鐵皮。

2.查找氧化鐵皮來源

（1）鋼板下表面凹坑位置分布統(tǒng)計

對2011年8月初鋼板下表面凹坑位置分布情況進行了統(tǒng)計分析，得出結(jié)論：鋼板凹坑主要產(chǎn)生在鋼板下表面；鋼板下表面兩側(cè)出現(xiàn)凹坑主要分布在距軋制中心線1500mm，沿鋼板軋制線方向約300mm寬的兩條帶形區(qū)域，與下工作輥出口護板上堆積的氧化鐵皮位置高度吻合；鋼板下表面頭部凹坑較少，中間和尾部較多。

（2）實驗排除初除鱗效果不好的影響

實驗一：不使用初除鱗與精軋機上除鱗，生產(chǎn)完成后對鋼板進行檢查及拋丸處理，鋼板表面發(fā)現(xiàn)有凹坑現(xiàn)象，但凹缺陷形貌和分布與除鱗后鋼板表面有明顯區(qū)別。未除鱗的氧化鐵皮壓入后產(chǎn)生的“凹坑”非常淺，經(jīng)拋丸后基本消失，而且凹坑的邊界很不明顯，氧化鐵皮在軋制過程中有一定的延展，甚至還附著在鋼板表面。

實驗二：對除鱗后的鋼坯下表面進行檢查，發(fā)現(xiàn)除鱗比較干凈的鋼坯軋制后仍然有凹坑現(xiàn)象，檢查發(fā)現(xiàn)除鱗效果不好的鋼坯軋制后有時又沒有凹坑產(chǎn)生。

實驗三：對經(jīng)過初除鱗后的鋼坯翻面后進行軋制，結(jié)果發(fā)現(xiàn)上表面沒有凹坑，而下表面仍然有凹坑現(xiàn)象。

3.各鋼種及厚度規(guī)格鋼板凹坑統(tǒng)計

對2011年6～7月份各鋼種及厚度規(guī)格鋼板凹坑進行統(tǒng)計分析，得出結(jié)論：鋼板厚度規(guī)格主要集中在30mm及以下薄規(guī)格鋼板；除鱗難度大效果差的鋼種凹坑產(chǎn)生的幾率，反而比容易除鱗效果好的鋼種低，除鱗效果與凹坑不成比關(guān)系（圖2）。

圖2

4.確認被壓入的氧化鐵皮來源

（1）精軋機結(jié)構(gòu)介紹

軋機的上、下工作輥裝配由工作輥、軸承座、進出口護板、進出口擦輥器等部分組成，具體結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3

根據(jù)該設(shè)計，上下工作輥的入口和出口分別都設(shè)計有護板，該護板的主要作用是對軋件進行導(dǎo)向。當(dāng)軋件進入軋機時，入口的上下工作輥護板將軋件導(dǎo)入輥縫，減少軋件對工作輥的沖擊，當(dāng)軋件出工作輥輥縫時，出口的上下工作輥護板對軋件進行導(dǎo)向，防止翹頭或扣頭的軋件上躥到上工作輥和出口導(dǎo)衛(wèi)之間或鉆入機架輥下，導(dǎo)致纏輥和廢鋼事故。因該軋機軋制的產(chǎn)品厚度設(shè)計為5～150mm，所以上下工作輥護板與工作輥滾面的間隙設(shè)計為2～3mm（實際裝配間隙為4～6mm）。

（2）檢查分析

在換輥過程中發(fā)現(xiàn)下工作輥出口護板上都堆積有很多氧化鐵皮（圖4），經(jīng)分析認為：護板上氧化鐵皮被重新壓入鋼板下表面導(dǎo)致了鋼板下表面凹坑現(xiàn)象。

圖4

寬厚板生產(chǎn)線的初除鱗箱為上下表面除鱗設(shè)計，上下除鱗極管的高壓水將不能夠除去鋼坯兩側(cè)和頭尾四面氧化鐵皮。鋼坯第一道次軋制時，四個立面的氧化鐵皮經(jīng)過壓下破鱗過程，由于軋件的初速度被拋灑在軋機出口工作輥護板上表面，堆積起來。

當(dāng)軋件從出口咬入軋制時，出口護板上堆積的的氧化鐵皮因軋機振動或與軋件的接觸發(fā)生位移，散落到工作輥輥面上（軋件咬入角的弧面），因為工作輥輥面冷卻水的粘附和轉(zhuǎn)動，氧化鐵皮被帶入軋件下表面和下工作輥之間，最終壓入鋼板下表面，在隨后的軋制、輥道運輸或矯直過程中脫落，形成鋼板下表面凹坑。

在更換工作輥的過程中，發(fā)現(xiàn)下工作輥的上半弧表面（未經(jīng)擦輥器清掃的弧面）有比較薄的氧化鐵皮粘附的現(xiàn)象，進一步說明以上分析的正確性。

（3）進一步驗證

安排生產(chǎn)過程中，第一道次軋制后即對工作輥護板上的氧化鐵皮用1.0MPa高壓水水沖洗，當(dāng)班生產(chǎn)的薄規(guī)格鋼板經(jīng)精整翻板檢查未發(fā)現(xiàn)凹坑缺陷。

將一件工作輥護板與工作輥接壤部分切割兩缺口（中心距約2800mm），并于2011年8月3日上線使用。生產(chǎn)過程中，多次停機檢查工作輥護板處，仍發(fā)現(xiàn)大量氧化鐵皮薄片堆積（主要分布在中心距1800mm范圍）。當(dāng)班生產(chǎn)的薄規(guī)格鋼板經(jīng)精整翻板檢查未發(fā)現(xiàn)凹坑缺陷，后期凹坑現(xiàn)象仍然存在，數(shù)量有相當(dāng)減少。

為進一步驗證護板氧化鐵皮堆積與鋼板凹坑產(chǎn)生的關(guān)系，采取對護板進行每間隔一段距離后（約100mm）部分切割（圖5），擴大護板與輥面的的距離，更大限度地阻斷氧化鐵皮過渡到輥面的路徑。切割的護板于8月12日開始上機使用，8月12～17日共計產(chǎn)生凹坑鋼板8塊，凹坑缺陷大幅減少。8月17日再更換上未切割工作輥護板，連續(xù)出現(xiàn)多塊鋼板表面凹坑，隨后換輥、更換切割后的護板，凹坑鋼板產(chǎn)生數(shù)量減少。

（4）其他現(xiàn)象的解釋

厚板軋制時，軋輥線速度相對較低，粘附在輥面的氧化鐵皮不易隨軋輥的轉(zhuǎn)動被帶到軋輥軋制區(qū)域，同時厚板板型相對于薄板要好，在軋制的過程中不易因上下擺動將堆積的氧化鐵皮掃到工作輥輥面上，所以下表面凹坑薄板（≤30mm鋼板）多，而厚板少。

雙機架軋機軋制時，加熱后鋼坯四周的氧化鐵皮均落在粗軋機工作輥護板上，粗軋機軋制時，軋件厚度通常較厚。軋件較薄的軋制道次基本上在精軋機上能夠完成，精軋機工作輥護板上不會有氧化鐵皮堆積的現(xiàn)象。故雙機架軋機未出現(xiàn)鋼板下表面凹坑現(xiàn)象。

鋼板下表面凹坑主要分布在距軋制中心線1500mm，沿鋼板軋制線方向約300mm寬的兩條帶形區(qū)域。其原因是：鋼板下表面凹坑分布的兩條帶形區(qū)域的距離與坯料的寬度尺寸比較一致，也就是說主要是由鋼坯第一道次軋制時，兩側(cè)的氧化鐵皮脫落在出口工作輥護板上造成的。

圖5

四、設(shè)計方案及實施

因為在軋制過程中人工清掃工作輥護板上的氧化鐵皮操作難度大，安全隱患大，經(jīng)切割的工作輥護板也不能徹底解決鋼板下表面凹坑現(xiàn)象，就必須尋找其他更好的解決方案——設(shè)計自動吹掃系統(tǒng)。

因加熱的鋼坯第一道次軋制時，都是從軋線的進口方向軋向出口方向，所以鋼坯四周（側(cè)面）大量的氧化鐵皮脫落后均堆積在軋機出口方向，所以只考慮軋機出口下工作輥護板上表面的吹掃。于是對軋機上工作輥護板進行改造——加工管路和水孔，安裝噴嘴，使噴嘴噴出的高壓水（精軋機濁環(huán)高壓水，壓力1.0MPa），以合適的角度吹掃對應(yīng)的下工作輥出口護板上堆積的氧化鐵皮。上工作輥護板改造詳見圖6、7。

工作輥上護板上的吹掃水采用軟管連接，在換輥時拆裝方便，同時吹掃水的控制采用電磁閥門自動控制，啟閉程序?qū)戇M精軋機一級，在每塊板的第一二道次之間和二三道次之間的間隙時間開啟吹掃。自動吹掃效果顯著。

圖6

圖7

五、效果

通過以上改造后，經(jīng)過一年多的生產(chǎn)實踐驗證，該質(zhì)量問題的原因分析是準確的，改造方案是科學(xué)、可行和有效的。鄂鋼寬厚板成品下表面凹坑的質(zhì)量問題得到了徹底解決。

中圖分類號：TG333.7

文獻標識碼：B

文章編號：1671-0711（2016）01-0071-04

收稿日期：（2015-11-10）