某冷軋連退平整機工作輥表面亮帶形成原因分析

繆軍紅， 王 永， 張文亮， 劉朝強

(1.首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司， 河北 唐山 063200； 2.寶鋼軋輥科技有限責任公司， 江蘇 常州 213019)

引 言

國內某鋼鐵冷連軋生產線布局為五機架六輥連軋+單機架四輥平整機，主要軋制產品為鍍錫板(馬口鐵)，軋制產品入口厚度為1.5～4.0 mm，出口厚度為0.15～1.0 mm，軋制速度1800 m/min，軋機最大軋制力為2200 t，平整機最大軋制力為1500 t。由于該產線的軋制產品主要供知名飲料企業做包裝罐，所以對產品的各項指標要求都極高，尤其對產品表面質量的要求更是極盡苛刻。2017年3月，該生產線發現一批板帶經平整后表面存在色差，導致部分產品降級和報廢。經對不合格板帶的檢查發現，板面色差存在周期性，在板面上分布的位置、大小、形狀基本不變，高度懷疑與平整機工作輥輥面質量存在直接關系。經停機核實，在編號為TW30079的平整機工作輥輥面對應位置發現類似形狀的亮帶，由于該生產線的平整機工作輥都是鍍鉻后使用，經跟蹤試驗，這種輥面亮帶在毛化鍍鉻前并不明顯，但經毛化鍍鉻后，亮帶則非常明顯，以至于可以復制到板帶表面，影響板帶表面質量。

1 試驗材料與方法

該鋼廠使用的平整機工作輥材質為鍛鋼5%Cr材質，這是當前冷軋工作輥中應用最廣的材質之一。鍛鋼冷軋輥的制造工序一般包括：電弧爐煉鋼—鑄造—電渣重熔(ESR)—鍛造—鍛后熱處理—調質—輥身表面感應淬、回火—精加工至成品。該廠使用的平整機工作輥圖紙技術要求為：新輥輥身表面硬度95～98 HSD，淬硬層深度≥30 mm，軋輥最小直徑時硬度≥93 HSD。該平整機工作輥使用過程中發現部分存在輥面亮帶，影響最終板面質量。

針對輥面存在亮帶的軋輥，采用斯派克SDR-800型直讀光譜儀對亮帶區域和周邊區域的化學成分進行定量分析。采用MEF-4型金相顯微鏡觀察亮帶和周邊正常區域的顯微組織，浸蝕劑為4%硝酸酒精。采用JJF-065肖氏硬度計對亮帶和周邊正常區域進行硬度檢測。

2 結果分析與討論

2.1 亮帶區域宏觀形貌

編號為TW30079的平整機工作輥，新輥輥身尺寸為Φ435 mm，輥身使用至Φ403.25 mm時，輥身表面發現亮帶，亮帶宏觀形貌如圖1所示(鍍鉻后)，亮帶位于輥身軸向約中心位置，亮帶軸向長度約40 mm，周向寬度約2 mm。對亮帶區域采用4%的硝酸酒精溶液進行腐蝕后觀察，亮帶更加明顯，腐蝕后的宏觀形貌如圖2所示。

圖1 平整機工作輥表面亮帶未腐蝕的宏觀形貌

2.2 工作輥的化學成分和硬度

采用斯派克直讀光譜儀對編號為TW30079的平整機工作輥正常區域和亮帶區域的化學成分進行檢測，檢測結果如表1所示。參照技術條件中MC5的成分標準，亮帶區域和非亮帶區域的化學成分并無明顯差異。

圖2 平整機工作輥表面亮帶腐蝕后的宏觀形貌

表1 平整機工作輥的正常區域和亮帶區域化學成分/%

采用JJF-065肖氏硬度計對亮帶和正常區域進行了硬度檢測，檢測結果顯示，亮帶區域和正常區域硬度均在93～94HSD，兩區域的硬度并無明顯差異，也均符合圖紙技術條件要求。

2.3 工作輥的顯微組織

TW30079平整機工作輥正常區域的顯微組織形貌[1]如圖3,4所示，亮帶區域的顯微組織形貌如圖5,6所示。從顯微組織中可以看出，亮帶區域與正常區域的顯微組織均為回火馬氏體+顆粒狀碳化物+殘余奧氏體，但亮帶區域存在較為明顯的偏析條帶，放大至400X時，可以觀察到亮帶區域存在較多的顆粒狀、條帶狀共晶碳化物偏聚；這說明亮帶區域的微觀成分存在不均勻的現象。由于這類成分不均勻是微觀上的不均勻且亮帶面積較小，不能滿足直讀光譜的檢測要求，所以在進行化學成分檢測時無法檢出亮帶區域與正常區域的區別。這些微觀成分不均勻的區域正常情況下靠目視觀察是無法發現的，但鍍鉻工序有放大軋輥表面質量缺陷的效果，所以鍍鉻后往往表現得更加明顯。

圖3 正常區域的顯微組織形貌(100×)

圖4 正常區域的顯微組織(400×)

圖5 亮帶區域的顯微組織形貌(100×)

圖6 亮帶區域的顯微組織形貌(400×)

2.4 亮帶的形成機制與預防措施

TW30079平整機工作輥輥面存在的亮帶從檢測結果分析主要為碳化物的局部偏聚所致，這些碳化物為顆粒狀和條帶狀的共晶碳化物。根據軋輥的制造過程分析，應主要是在電渣重熔過程中工藝控制不當形成的，這類冶金過程中造成的共晶碳化物分布不均勻在后續的鍛造和鍛后熱處理過程中如果工藝控制合理，會有一定程度的改善，即可以通過鍛造過程，將大塊的碳化物破碎并通過合理的鍛后熱處理工藝改變成圓潤、細小的碳化物，但卻無法徹底消除。

這類碳化物的偏聚對于一般的冷軋機軋輥影響并不大，也不會在軋制板面上形成明顯的表面質量問題，但對于軋制鍍錫板的平整機工作輥來說，由于這是板材冷軋的成品工序，對板材最終的表面質量起著決定性作用，此外，平整機工作輥出于粗糙度保持性能提升的考慮，也往往是毛化鍍鉻后使用，毛化鍍鉻又常常會放大軋輥的表面質量缺陷，使得輥面的亮帶更加明顯，從而造成了對軋制板帶表面質量的影響。

針對鍍錫板連退平整機工作輥的特殊質量要求，為避免連退平整機工作輥存在的碳化物偏聚，需要在前期輥坯制造過程中關注輥坯的制造工序，尤其是電渣重熔過程中要嚴格控制熔速，避免電壓、電流的過大波動[2]，同時也需要對結晶器的冷卻速度重點關注，以減少或杜絕該類碳化物偏聚的存在。

3 結束語

由于鍍錫板連退平整機工作輥使用過程中作為板材成品軋制軋輥使用，使用過程中又需要進行毛化鍍鉻，TW30079平整機工作輥在使用過程中發現了輥身表面亮帶的存在，這種亮帶的存在是由于軋輥輥坯冶煉過程中的電渣重熔工藝控制不當所造成的局部碳化物偏聚，局部碳化物的偏聚使得該區域毛化鍍鉻后與周邊區域存在明顯的色差，這類輥面色差在進行成品板帶軋制時，又復制到了板帶表面，從而形成了板帶的表面色差，影響了產品質量。

為避免該類問題的再次發生，需從軋輥制造源頭輥坯的電渣重熔工序強化工藝控制，避免電渣重熔過程中存在的電流、電壓波動造成的局部成分偏析。