低碳軟鋼薄規格酸洗析氧化鐵皮缺陷改善實踐

孫彤彤

（寶鋼股份熱軋廠，上海 200941）

1 概述

伴隨著市場的激烈競爭，短流程、低成本的熱軋產品制造備受關注，熱軋產品“以熱代冷”成為新常態，熱軋酸洗薄規格以其較高的性價比得到了市場的廣泛認可，需求量也越來越大，寶鋼熱軋產線也承擔起了生產酸洗薄規格的重任。

低碳軟鋼薄規格酸洗析一般用于結構件和外觀件用途，表面質量要求較高，市場需求廣闊。作為生產量最大的酸洗產品，低碳軟鋼薄規格酸洗析（典型成分見表1）經常發生氧化鐵皮缺陷，尤其是2.3mm 以下薄規格，對正常的生產順行影響較大，一直是困擾軋線質量提升的一個難點。2017 年該產品2.3mm 以下薄規格氧化鐵皮廢次降是排名第一在缺陷，不但對軋線造成了大量的質量與成本損失，同時制約了產線酸洗品種的拓展。為此，迫切需要開展針對性的氧化氧化皮缺陷改善研究。

表1 低碳軟鋼薄規格酸洗析主要成分

2 氧化鐵皮缺陷形成原因分析

2.1 低碳軟鋼薄規格酸洗析氧化鐵皮缺陷的特征分析

從跟蹤來看，低碳軟鋼薄規格酸洗析的氧化鐵皮缺陷和精軋前機架的下機軋輥表面質量有較強的對應性，帶鋼表面氧化鐵皮缺陷越明顯則對應的軋輥表面質量越差，典型圖片見圖1 所示。

圖1 帶鋼表面氧化鐵皮和下機輥面

氧化鐵皮缺陷在軋制過程中產生，一般可以通過在線表面儀識別并臨封，輕微的氧化鐵皮缺陷因表層的氧化膜覆蓋而不易在本工序發覺，在后續熱軋析酸洗過程中暴露出來，內部常有酸洗難以去除的氧化皮殘留，影響終端用戶使用。

2.2 氧化鐵皮缺陷的形成機理分析

軋制過程是帶鋼在軋輥之間受力變形的熱力學過程，帶鋼厚度變薄的同時將自身的熱量及軋制力傳遞給軋輥。使得軋輥處于高溫、高速、大軋制力和驟冷驟熱的惡劣工作環境之中，軋輥表面氧化膜持續承受著巨大的交變應力，當達到一定疲勞極限后，輥面氧化膜中微裂紋在開始出現并擴展，在軋輥和帶鋼之間強大剪應力的作用下，軋輥表面氧化膜產生剝落[1]。

一旦工作輥輥面氧化膜出現剝落，一方面剝落的輥面氧化膜黏附在熱軋帶鋼表面，在后續機架中被碾入帶鋼表面而形成三次氧化鐵皮缺陷；另一方面，工作輥輥面氧化膜剝落后，輥面變得相當粗糙，而低碳軟鋼薄規格酸洗析高溫下強度較低，輥面的凹凸不平很容易突破帶鋼表面的流變應力極限，對帶鋼表面產生類似犁溝的作用，暴露的基體再氧化的鐵皮及被犁溝破碎鐵皮一起壓入帶鋼[2]，最終在帶鋼表面形成基體和氧化物交織的氧化鐵皮缺陷，見圖2、圖3。

圖2 氧化鐵皮的形成過程

圖3 典型氧化鐵皮缺陷切面形貌

實際軋制過程中發現，容易剝落的軋輥集中發生在精軋F2和F3 兩個機架。原因主要是，中間坯在進入F1 前在中間輥道上進行了充分的氧化，F1 機架軋制時較厚的帶鋼氧化膜在軋輥和帶鋼之間起到了潤滑作用，較好的保護了帶鋼和軋輥表面氧化膜；而F2、3 軋制時，帶鋼表面氧化膜已經被破壞，同時軋機又承受著較大的壓下率和較高的溫度，軋輥表面容易形成裂紋源并擴展，進而破壞軋輥表面氧化膜；而對于精軋后機架，帶鋼和軋輥接觸弧長較短，且溫度相對較低，輥面發生剝落的風險較小。

3 熱軋工藝改進及優化

綜上所述，控制該產品氧化鐵皮缺陷，關鍵就是保持F2 和F3 軋輥表面氧化膜質量，重點是降低軋制力及對軋輥輥面的合理維護。為此，對主要的影響因素進行了一系列工藝試驗，并對相關工藝參數進行優化，確定了合理的熱軋工藝。

3.1 優化計劃編制優化

生產實踐表明，低碳軟鋼薄規格酸洗析軋制時軋輥表面氧化膜維持良好難度較高，同計劃薄規格越多下機輥面越差，這也是安排在計劃尾部的主要原因。從以往的生產來看，該產品計劃編制方面存在兩個問題：一是低碳薄規格酸洗析前面接續1260℃高強鋼，而高強鋼容易導致輥面粗糙，使得剛開始軋制就出現軋輥系鐵皮；二是存在單個計劃大批量安排低碳薄規格酸洗析的現象，往往軋制幾卷后因有氧化鐵皮缺陷而回爐，曾出現過1.6mm 規格回爐5 次的現象，不僅影響合同的交貨，也造成了浪費。為此，經過多次試驗，綜合考慮熱裝和冷裝的差別，對計劃編制進行了限制，見表2。

表2 低碳薄規格酸洗析同一計劃編制要求

3.2 加熱工藝優化

析坯表面氧化鐵皮狀態與爐溫直接相關，隨爐溫升高可在表面快速形成一次氧化鐵皮。而熱量從析坯表面向心部滲透，需要較長的時間才能確保析坯溫度均勻。統計加熱爐二加段末溫度和氧化鐵皮封鎖率關系如圖4 所示，可以看出氧化鐵皮發生率較高的丙班對應的均熱溫度和二加段末溫差較大，也就是說二加端末溫度溫度越低越容易發生軋輥系鐵皮。為此，綜合考慮對成本和能耗的影響，對加熱工藝進行優化調整，要求二加段末不低于1140℃，并對二加均熱段時間進行優化。另外，需要避免低溫段時間長、高溫段快抽的現象，因為這種情況下容易導致軋輥表面出現剝落，嚴重時會出現輥面的大面積剝落。

圖4 均熱二加段溫差與氧化鐵皮的關系

3.3 粗軋工藝優化

對粗軋R2 機架3-5 道次的氧化鐵皮封鎖進行對比如圖5（統計R3 故障期間，R2 普遍采用5 道次，氧化鐵皮發生率明顯升高），可以看出R2 采用3 道次明顯要好。另外，從試驗來看，RT4 超過1040℃會出現溫度系鐵皮，過低時容易導致精軋輥面容易剝落，為此將RT4 控制在1010-1040℃比較合理。

圖5 R2 軋制道次與氧化鐵皮發生率的關系

3.4 精軋工藝優化

良好的軋制計劃安排、合理的加熱及粗軋工藝為精軋軋制創造了有利條件，但要保證帶鋼表面的質量良好，還需要對以下因素影響進行研究和探索：

3.4.1 精軋負荷是影響軋輥表面質量的直接因素，減小F2和F3 的軋制負荷有利于輥面氧化膜的保持，但對于薄規格還有軋制穩定性的考量。為此，通過長期的跟蹤，在保證穩定的前提下，對精軋的負荷進行了優化，以1.6mm 厚度為例見表3 所示。

表3 精軋壓下率調整對比

3.4.2 由于低碳薄規格酸洗析表面要求較高，對上機輥選用比較嚴格。從試驗結果看，選用1 類輥進行生產，可有效的控制氧化鐵皮缺陷的產生，同時軋輥表面氧化膜的控制和上機次數有關，上機次數越多表面氧化膜越容易剝落，原因主要是多次上機的輥面極容易因存在微小裂紋而導致輥面容易被剝落。為此，研究制定了低碳薄規格酸洗析的備輥要求，即1 類輥上機，且上機次數不超過3 次。

另外，每年夏季氣溫較高，統計顯示對應的軋輥下機溫度較其它季節提高約10℃。為此，根據長期摸索及考慮對電耗的影響，制定了酸洗析分季節的軋輥冷卻水投用要求，進一步完善了氧化鐵皮缺陷的控制工藝。

4 結論

通過上述措施的實施，2050 熱軋低碳薄規格酸洗析（厚度≤2.3mm）產品氧化鐵皮缺陷廢次降有了明顯的降低，2018 年以來廢次降發生率較2017 年降低約35%，在同類產線中處于領先水平。另外，通過措施的實施，精軋的軋制穩定性也有較大的提升，計劃一次通過率從原來的不足70%提高到了85%以上。