高級別厚規格管線鋼精軋扣翹頭原因分析

李滿銀，張 強，范建坤

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司熱軋部，河北 唐山 063200）

高級別管線鋼（X70、X80）因具有高屈服強度、高低溫韌性、高抗腐蝕性及良好的焊接性能廣泛的應用于長距離高壓油氣運輸管道的建設。中俄油氣管道輸送工程、西氣東輸工程均大量采用了高級別管線鋼作為管道用鋼[1]。隨著鋼鐵企業裝備水平的提升，寶武、首鋼、馬鋼等企業均具備批量生產16mm以上X80管線鋼的能力[2]。由于加入了Mo、Mn、V、Nb等合金元素，通過固溶強化、合金碳化物彌散強化來顯著提升鋼的力學性能，因此在軋制高級別管線鋼時對產線的生產工藝及軋制節奏提出了極高的要求。精軋扣翹頭問題是制約軋制節奏的一個重要因素，其直接影響精軋軋制穩定性，嚴重時對設備造成損傷（如圖1所示）。板材出現扣翹頭時，為了保證軋制穩定以及減少板坯退廢數量只能降低軋制節奏，這樣就限制了產能。為此，只有解決精軋工序中板坯扣翹頭問題才能滿足現場生產需要，實現高效穩定軋制。

1 扣翹頭原因分析

生產中影響軋件頭尾彎曲的因素有多種，這些因素互相聯系互相影響，根據實際生產經驗總結如下。

1.1 板坯溫度因素

由于高級別厚規格管線鋼要求高加熱溫度、低軋制溫度，這增大了精軋工序板坯扣翹頭的風險性及控制難度。高級別厚規格管線鋼精軋入口溫度同出鋼溫度差值最大可達300℃以上，因此板坯上下表面不可避免的會出現溫降不均的情況。①板坯上下表面溫度不均直接影響板坯頭部形狀，為保證鋼的組織均勻性，板坯表面及心部均達到出鋼溫度時方可出鋼。但由于現實因素影響，板坯上下表面存在溫差，通常表現為板坯上表面溫度低于下表面。由于板坯下表面溫度較高，在進行軋制的過程中其延展性優于上表面，因此板坯頭部出現翹頭現象。②由于厚規格高級別管線鋼高出鋼溫度、低軋制溫度的特性，為保證軋制及質量穩定性，在粗軋階段需要將板坯溫度降低至目標要求溫度以下才能滿足精軋入口溫度要求。因此粗軋區域板坯溫降較大。但對于厚規格中間坯，其粗軋各軋制道次之間除鱗溫降小，需要通過R2末道次前擺鋼降溫待軋，按照正常二級設定，擺鋼時間最長達到150s。擺鋼時間過長導致厚規格管線鋼上下表面溫降不均，中間坯進入精軋工序時扣翹頭風險增大。

1.2 粗軋工序來料遺傳

扣翹頭現象不僅發生在精軋工序中，在粗軋工序中亦經常發生。河鋼唐鋼宋進英等人[3]、河鋼承鋼李超凡[4]、首鋼京唐唐勤等人[5]研究證明鋼坯在粗軋過程中因各種原因同樣會產生扣翹頭現象，且對精軋板型的控制產生影響。

1.3 軋輥輥徑差異

由于現場設備條件及工藝設定的影響，在實際軋制過程中會采用不同直徑的上下工作輥進行軋制。不同直徑的工作輥在相同的轉速條件下，較大輥徑側金屬的流動速度快，造成了板坯上下表面流動體積不同，板坯在軋出時金屬流動體積多的一側向較少的一側彎曲，此時板坯頭部呈上翹或下扣[6]。為使軋件出軋機后頭部呈一定的微翹形狀，生產中一般采取下壓法，即下輥直徑大于上輥直徑的配輥制度[7]。

1.4 軋制線標高的影響

圖1 高級別管線鋼精軋工序翹頭示意圖

圖2 軋機結構示意圖

軋制線標高指從軋機機架底部到下工作輥輥面的標準高度，而軋制線標高和機架輥高度的差值稱之為軋制線高度（Δs），其影響軋件咬入時的角度（θ）。在軋制過程中，軋制線標高可以通過調整階梯墊高度（hj）和液壓缸動作行程(hc)來進行調整，軋機結構示意圖如圖2所示。

理想狀態下當高度差等于總壓下量的一半（Δs=Δh/2）時，咬入角為0，此時板坯呈水平咬入態。若Δs＞Δh/2時，此時軋件呈一定上傾角咬入，稱為爬坡咬入，此時上輥壓下量大于下輥壓上量，使得軋件上表面的延伸大于下表面，軋件出軋機后向下彎曲，呈現扣頭態，反之則為翹頭。扣頭示意圖為圖3所示。

圖3 扣頭示意圖

1.5 輥面摩擦系數的影響

在軋制過程中，板坯表面一般會存在氧化鐵皮，其組成有高壓除鱗水未除凈的一次氧化鐵皮，也有在軋制過程中生成的二、三次氧化鐵皮。氧化鐵皮影響了軋件與軋輥之間的摩擦狀態，在高溫下，氧化鐵皮充當了板坯與軋輥之間“潤滑劑”，降低了輥面摩擦系數，但不利于變形滲透；低溫狀態下鐵皮的存在使得輥面摩擦系數增加，加大了板坯與軋輥之間的摩擦力，抑制了前滑和金屬流動，甚至與軋輥之間形成黏著，影響頭部狀態。東北大學田勇[7]研究發現，工作輥輥面摩擦系數主要受軋輥表面粗糙度影響，通常上下工作輥輥面粗糙度存在一定的差異。受客觀因素的限制，下輥面粗糙度一般大于上輥面，其原因主要是軋制過程中氧化鐵皮掉落至下工作輥與支撐輥之間，形成壓痕，其原理與氧化鐵皮影響類似。在實際生產中需指定合理的換輥制度，降低板坯和軋輥間粗糙度的差異，盡量使用粗糙度一致的上下工作輥，同時在軋制過程中特別注意將氧化鐵皮除凈，避免氧化鐵皮充當“潤滑劑”影響頭部狀態。

2 解決措施

通過現場反復跟蹤發現軋制高級別厚規格管線鋼時易出現板坯翹頭，分析翹頭形成的原理和規律，得出控制翹頭的主要控制思路及制定了相應的改善措施。

（1）首先增加加熱爐燒鋼時板坯上下表面溫差，彌補擺鋼造成表面溫降大的問題；其次增加雙排除鱗降溫，縮短擺鋼時間，減少厚規格管線鋼中間坯上表面溫降；第三優化飛剪冷卻水時序，將飛剪外冷水打開時序推遲至除鱗機入口夾送輥咬鋼時，中間坯頭部不會受到飛剪冷卻水影響；第四優化F1輥縫噴水控制方式，軋制高級別厚規格管線鋼時，僅板坯下表面處噴頭噴水。

（2）針對來料遺傳影響，優化軋機雪橇值的調整，固化了一套生產管線鋼時的雪橇值。另外在R1/R2入口分別增加一組除鱗反噴水用于封水，封水效果明顯改善，減少因除鱗水外漏造成板坯上表面除鱗水殘留導致摩擦系數降低的影響，降低了板坯頭部翹頭的風險。

（3）在精軋備輥的選用上，軋制管線鋼盡可能選用上工作輥輥徑大于下工作輥輥徑的軋輥，減少帶鋼翹頭幾率。

（4）目前軋制線標高要求-5mm～+10mm，通過軋制線標高對翹頭的原因分析，選用備輥最好還要選用正標高的備輥，滿足標高在0mm以上。

3 結語

軋制過程中扣翹頭問題是一個復雜的物理過程，其影響因素多，各因素之間又互相作用，因此需根據實際生產需要對這些問題不斷進行理論研究及改進以指導生產。經采用上述辦法，本產線在生產高級別厚規格管線鋼時板坯扣翹頭問題得到一定解決，降低了生產事故的發生幾率，為我公司創造了良好的經濟效益。