中高碳鋼寬鋼帶卷形的優化與改進

郝 帥

(山鋼股份萊蕪分公司)

中高碳鋼寬鋼帶卷形的優化與改進

郝 帥

(山鋼股份萊蕪分公司)

針對熱軋鋼帶經常出現扁卷現象，以碳素結構鋼50Mn為代表的中高碳鋼熱軋鋼帶為研究對象，通過在不同溫度下進行卷取，測試卷取后在卷筒上停留與否的扁卷率和硬度，研究得出此類優質碳素結構鋼的熱軋鋼帶需在600 ℃時進行卷取，并且卷取后需在卷取機卷筒上停留30 s～60 s時間，從而避免扁卷現象。

中高碳鋼 扁卷 溫度 停留時間 硬度

0 前言

碳素工具鋼因其生產成本低，冷、熱加工性能好，熱處理工藝簡單，熱處理后有相當高的硬度，切削熱不大時具有較好的耐磨性，而在生產上獲得廣泛的應用[1]。萊鋼1 500 mm熱軋寬鋼帶在生產45、50、50Mn、65Mn等中高碳鋼的過程中，經常出現熱軋卷扁卷現象。熱軋卷扁卷會導致后續開平板、冷軋酸洗等工序出現開卷機上卷困難，需要對鋼卷進行掏卷，致使鋼帶使用率低，增加生產成本，同時降低工廠的生產效率和產能[2]。為保證此類產品卷形的穩定控制，特對此類產品的生產工藝進行優化改進。

1 產品試驗

1.1 試驗產品

本試驗產品使用優質碳素結構鋼50Mn，化學成分見表1。

表1 50Mn鋼化學成分

1.2 試驗前特征

鋼帶卷取后卸出卷取機，整個鋼卷逐漸松卷、塌陷，呈現橢圓狀。鋼卷垂直方向的內徑較短，稱之為短軸；水平方向的內徑較長，稱之為長軸[3]，主要表現特征如圖1、圖2所示。

圖1 鋼卷優化前扁卷特征

圖2 鋼卷扁卷示意圖

1.3 生產工藝過程

熱軋生產流程：鑄坯加熱—出爐—粗軋—熱卷箱—精軋—層冷—卷取—成材。連鑄坯經分段式加熱保溫出爐，再經5道次往復式粗軋，中間坯在熱卷箱卷取保溫除鱗，經6機架精軋層流冷卻后卷取成材。

1.4 原理分析

50Mn奧氏體相變溫度為690 ℃。在室溫狀態下，由于空冷冷速過慢，鋼卷從卷取機卸卷后，轉變過程可近似為一種等溫轉變過程。奧氏體在這種冷卻過程中，體積發生膨脹，低于690 ℃卷取，鋼卷整體處于相變，相變膨脹造成的長度方向上的膨脹量相當可觀，導致鋼卷各層之間產生層間錯動，造成松卷，使鋼卷處于不穩定狀態，在重力作用下，發生扁卷。

在690 ℃以上卷取時，由于鋼卷內、外層溫度差異，鋼卷始終處于部分相變狀態。因此，當鋼卷從卷取機卸卷后，由于內、外圈溫度較低，內、外圈處于相變，而鋼卷中部溫度還處于相變溫度之上，雖然內、外圈相變引起體積變化，但由于鋼卷中部未發生相變，起到緊固的作用，鋼卷不會產生松卷；在鋼卷傳送過程中，溫度下降，鋼卷中部開始相變，出現體積變化，然而由于內、外圈已經相變結束，內外圈鋼帶又起到緊固作用，也不會使鋼卷出現松卷，使得卷型得到保證。

2 試驗方法

根據現場生產環境、收卷速度造成的鋼帶溫降及卷筒耐熱程度，將卷取溫度設定為710 ℃、690 ℃、670 ℃、630 ℃、600 ℃進行卷取試驗。試驗結果分別如圖3、圖4所示。

從圖3、圖4可以看出，卷取溫度對熱軋卷扁卷影響很大，卷取溫度越高，卷型扁卷率越低。雖然提高卷取溫度可以較好的控制卷型，但是熱軋硬度卻偏低。當卷取溫度為710 ℃時，50Mn熱軋硬度低至HRB86，遠低于要求HRB98。同時，提高卷取溫度對卷取機冷卻系統帶來巨大負擔，并且采用高卷取溫度，鋼帶硬度降低了約HRB15。所以，為了保證鋼帶性能需要采用低卷取溫度。因此，綜合各方面因素將卷取溫度設定為600 ℃并采取相應保證措施。

試驗過程發現，采取低卷取溫度，雖然能夠達到熱軋硬度要求，但鋼帶的扁卷率很高(如圖3所示)。因此，通過鋼帶卷取后暫不取下鋼卷，在卷取機卷筒上停留一定時間，反而避免了扁卷現象，見表2。原因是在此期間鋼卷的卷型完全由卷取機卷筒進行支撐，鋼卷本身不受重力影響，可使鋼卷在卸卷之前完成絕大部分相變以及相變引起的膨脹，因此即便在卸卷后，鋼卷中相變導致的膨脹也非常輕微，由此增強了鋼卷的穩定性，從而能保持卷型穩定，從而獲得卷型合格的熱軋鋼卷。但時間不宜過長，卷筒受熱時間過長，同樣給卷取機冷卻系統帶來巨大負擔，且影響后續鋼帶卷取進程。通過試驗，該時間約為30 s～60 s。

表2 卷取溫度600 ℃下50 Mn熱軋鋼卷不同停留時間的扁卷情況

3 結論

(1)鋼卷扁卷是由于鋼卷從卷取機卸卷后，奧氏體冷卻過程中體積膨脹，在長度方向上發生明顯變化，導致鋼卷各層之間產生層間錯動造成松卷，鋼卷受重力作用發生扁卷；

(2)卷取溫度高于奧氏體相變溫度，鋼卷扁卷率降低；

(3)為保證鋼帶硬度要求采用低溫卷取，卷取后需在卷取機卷筒上停留30 s～60 s時間，從而避免扁卷現象。

[1] 崔忠圻，覃耀春.金屬學與熱處理(第二版)[M].北京：機械工業出版社，2007：337.

[2] 日本鋼鐵協會編.王國棟，吳國良譯.板帶軋制理論與實踐[M].北京：中國鐵道出版社，1990:27-28.

[3] 張明金.熱軋寬鋼帶塌卷缺陷分析與控制[J].2010年全國軋鋼生產技術會議論文集,2010:154-158.

OPTIMIZATION AND IMPROVEMENT OF COIL SHAPE ON MEDIUM-CARBON AND HIGH-CARBON WIDE STRIP

Hao Shuai

(Laiwu Branch Company of Shandong Iron and Steel Co.,Ltd)

For the coil collapse phenomenon of hot rolled strip, carbon structural steel 50Mn was as the study object of medium-carbon and high-carbon hot rolled strip. The coil collapse proportion of needing or not needing stay at mandrel and hardness were tested at coiling different temperatures. The study showed that the hot rolled strip of this kind of carbon structural steel needed to be coiled at 600 ℃, and to stay at mandrel for 30 s～60 s avoiding the coil collapse phenomenon.

medium-carbon steel and high-carbon steel coil collapse temperature residence time hardness

帥，工程師，山東.萊蕪(271100)，山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司技術中心；

2017—1—25