高速鋼軋輥在泰鋼爐卷軋機上的應用實踐

趙 剛，李志平

（山東泰山鋼鐵集團有限公司，山東 濟南 271100）

1 前言

泰鋼1 800 mm“爐卷+連軋”是我國首條爐卷軋機轉型提升產能的成功嘗試，其生產線自動控制系統涵蓋了傳動自動化、基礎自動化、工藝自動化、計算機軟件、產網融合等眾多方面的技術，是一個綜合性的大型系統化工程。近年來，作為不銹鋼產品的重要生產線，受到國內外冶金行業的普遍重視。

熱軋過程中，由于爐卷軋機具有往返軋制、軋制壓力大、軋制公里數較長等特點，普遍使用高鉻鑄鐵軋輥。下游F1～F3機架常使用摩擦系數較小的無限冷硬鑄鐵軋輥。鑒于高速鋼軋輥（HSS）在耐磨性方面的優勢，國際上對于高速鋼軋輥在下游機架的應用已有較為深入的研究，目前已有生產廠家在熱連軋7機架全部采用高速鋼軋［1］。考慮到泰鋼“爐卷+連軋”的特殊生產工藝，設計將高速鋼軋輥應用于爐卷機架，與連軋換輥周期匹配，可以有效提高生產效率和帶鋼表面質量。對泰鋼1 800 mm熱軋生產線爐卷機架使用高速鋼軋輥時的軋輥表面質量、冷卻方式改進、輥型調整等進行深入研究，為高速鋼軋輥在上、下游機架的推廣使用提供了指導。

2 軋制條件的改造與優化

爐卷軋機現存問題主要體現在3個方面：①軋制時間長，板帶溫降大，軋制負荷重；②往復多次咬鋼穿帶，對軋輥沖擊應力大；③卷取爐二次加熱鋼帶氧化皮多，軋輥磨粒磨損嚴重。

在軋輥的選取方面，側重點為良好的耐磨性、強韌性等要素。高速鋼成分中含有大量的W、V等強碳化物元素，形成大量MC型碳化物，使高速鋼具有極強的耐磨性和紅硬性。在軋制過程中軋輥表面形成連續、均勻的氧化膜保護層，能夠降低帶鋼和工作輥之間的摩擦系數。通過分析，可以將高速鋼軋輥應用于爐卷機架，克服普通軋輥換輥頻次較高的問題。

表1 軋輥性能對比

為有效規避高速鋼軋輥脆性大、導熱性差、熱膨脹系數大、表面熱裂紋等固有負向特性，解決爐卷軋機冷卻水水量和水壓控制不穩定導致軋輥冷卻不良等問題，需對現有的軋制條件進行改造和優化。

2.1 軋輥冷卻優化

改進軋輥冷卻水控制，確定合適的軋輥在線、下線冷卻溫度。軋制過程中如果冷卻水能力不足，輥溫超過70℃，輥面形成的氧化膜疏松、厚且非常容易脫落，從而嚴重影響高速鋼軋輥的使用性能和產品的表面質量。增大軋輥冷卻水量，對原有軋輥冷卻水嘴型號改型，具體改進情況見表2。改進后水壓控制1.10MPa，水流量從1 247.68 m3/h提高到1 571.84 m3/h。

表2 軋輥冷卻水噴嘴改進前后流量變化

為了確保軋輥輥面均勻冷卻，保證高速鋼軋輥的下線溫度在70℃以下，調整冷卻集管不同流量噴嘴的分布位置，將最靠近軋件的一排噴嘴，從傳動側拆6只，操作側拆5只，替換到中間一排中部11只噴嘴，如圖1所示。

圖1 軋輥冷卻水噴嘴分布

軋輥冷卻水嘴利用換輥時間進行疏通清理，確保每次軋輥上線時無堵塞現象，保證軋輥冷卻均勻。同時需要特別關注軋制異常停機，停機時及時關閉軋輥冷卻水，避免激冷，防止軋輥熱裂紋拓展造成軋輥剝落。

2.2 高速鋼軋輥初始凸度優化

正常冷卻條件下，高速鋼軋輥的熱膨脹量比普通材質軋輥的熱膨脹量大，為了補償熱膨脹產生的熱凸度，設計高速鋼軋輥的初始凸度為-350～450 μm，比高鉻鑄鐵大50～80 μm。軋輥的表面硬度比正常熱軋輥前架的表面硬度適當低一些，控制在81±3 HS。

2.3 CVC輥型設計和竄輥優化

鑒于高速鋼軋輥可軋制長度較普通軋輥軋制長度長，原始的軋輥竄輥策略已不適應高速鋼軋輥。為克服高速鋼軋輥脆性、表面熱裂紋，降低帶鋼邊部與軋輥相對位置的重合，減輕軋輥邊部磨損，采取CVC輥型并設計合適的竄輥策略。

為避免同寬軋制時由于竄輥行程限制，竄輥回程時帶鋼位置重合從而加劇軋輥邊部相同位置的磨損，采取CVC輥型，竄輥開始時，最大步長增量10 mm，最大行程150 mm。軋制開始時，以步長增量10 mm進行軋制，達到最大行程150 mm后，單次竄輥步長增量調整分別為7、5 mm，依次類推，往復增加至達到最大行程。可以降低帶鋼邊部與軋輥相對位置的重合，減輕軋輥邊部的磨損。高速鋼軋輥竄輥行程如圖2所示。

圖2 高速鋼軋輥竄輥行程部分示意圖

通過上述措施的實施，克服了高速鋼軋輥脆性、表面熱裂紋、軋輥在線冷卻溫度控制等問題，從而降低軋輥磨損造成的邊部高點及邊部減薄問題。

2.4 制定合理的換輥周期

燙輥是熱軋軋鋼操作中不可缺少的工序，設計不少于4支的燙輥材，緩慢、均勻地提高軋輥溫度，防止軋輥內外部溫度差造成的裂紋或斷輥。燙輥材軋制時，控制軋制速度，軋制節奏放慢，輥面溫度達到正常輥面控制溫度后，恢復正常生產節奏。

使用所述高速鋼軋輥進行同寬軋制或進行5尺+4尺混合軋制，單位軋制量控制在50 km以內（不銹鋼軋制公里數30 km左右，碳鋼冷軋料45 km左右），能夠較好的保證表面質量（鋼帶表面粗糙度降低20%以上），提高軋輥的使用壽命。同時，爐卷工作輥換輥頻率與連軋工作輥換輥頻率一致，節約了換輥時間。設計軋制計劃見表3，并進行軋制跟蹤。

表3 熱軋軋制計劃編排

在軋制前期增加4支緩慢軋制的燙輥材對軋輥進行預熱，前兩支鋼間隔時間5 min，第3、第4支鋼間隔時間3 min。前4支鋼適當降低精軋軋制速度。從第5支以后按正常節奏生產。

3 高速鋼軋輥使用及跟蹤分析

3.1 軋輥表面狀態分析

高速鋼軋輥由于其熱裂性和脆性，極其容易在生產過程中產生裂紋、剝落等缺陷，為避免因軋輥原因耽誤生產，在實際生產應用過程中會利用渦流探傷、超聲探傷等進行裂紋檢測，從而保證高速鋼軋輥的正常使用，同時還會對高速鋼軋輥每次下機后的表面狀態進行檢測，來判斷軋輥的工作狀態和后續使用情況。

通過對比不同軋制計劃完成后高鎳鉻軋輥與高速鋼軋輥表面狀態，見圖3。可以發現在高速鋼軋輥服役后，軋輥表面平滑，氧化膜完整，而高鎳鉻軋輥輥面粗糙，有局部剝落的隱患，判定高速鋼軋輥使用情況良好。

圖3 高鎳鉻軋輥與高速鋼軋輥下線狀態對比

3.2 軋輥下機溫度測量

因高速鋼導熱系數較低，使用過程軋輥冷卻很重要，當冷卻水量過小，生成的氧化膜過厚，軋輥過脆且表面易發生剝落；當冷卻水水量過大，生產的氧化膜太薄，軋輥在使用過程中易粗糙，以上兩種情況均不能保證鋼帶表面質量。于是，對高速鋼軋輥下線后的表面溫度進行檢測［3］。

軋輥下線后，從傳動側到操作側每隔200 mm取1個點，隔20、30 min各測量軋輥溫度1次，具體測量結果見表4。由表4可知，下線后高速鋼軋輥的中部表面溫度約60～70℃，比普通軋輥表面溫度高約5～10℃，且隨著冷卻時間增長，中間與兩端的溫差越來越小，這主要是由于高速鋼導熱系數低，在冷卻過程中散熱慢，同時高速鋼軋輥一部分表層熱量傳遞到了軋輥芯部導致的［4］。

表4 軋輥下線輥溫測量結果℃

3.3 高速鋼軋輥對軋制力的影響

高速鋼軋輥含有較高的碳元素，其耐磨性隨著碳含量的增加而增加，相對于高鎳鉻軋輥，高速鋼軋輥與軋件之間的摩擦系數增大，軋制力增加［5］。

對采用高速鋼軋輥和高鎳鉻軋輥分別軋制冷軋料和06Cr13兩種材料時的軋制力進行統計分析，結果如表5、6所示。使用高速鋼軋輥時，兩種材料在相同條件下的軋制壓力分別增大了12.03%、19.62%。

表5 冷軋料4.0×1 250軋制力對比t

表6 06Cr13鋼種3.5×1 520軋制力對比t

3.4 軋輥消耗

熱軋生產中，普通高鎳鉻軋輥在我廠爐卷機架的消耗為0.4 kg/t。經過一系列的改進措施，高速鋼軋輥表面形成良好的氧化膜且具有良好耐磨性，對高速鋼軋輥在爐卷+連軋生產線服役周期內消耗和產量進行統計，如表7所示。

表7 高速鋼軋輥消耗情況統計

通過分析可知，高速鋼軋輥平均輥耗為0.000 81 mm/t，按高速鋼軋輥單位重量147 kg/mm計算，噸鋼消耗0.12 kg/t。

3.5 鋼帶表面質量改善

跟蹤利用高速鋼軋輥生產的400系不銹鋼表面質量，鑒于高速鋼軋輥形成的良好氧化膜和耐磨性，在軋制過程中輥面保持光滑平整，鋼帶表面質量明顯改善，高速鋼軋輥應用前后410S和430不銹鋼表面粗糙度≤3.5 μm達標率情況如表8所示。

表8 高表面質量（粗糙度≤3.5 μm達標率）對比數據%

通過項目的實施，跟蹤酸洗后400系不銹鋼表面質量，粗糙度≤3.5 μm達標率明顯提高，鋼帶表面質量提升。

4 結語

（1）通過改進軋輥冷卻噴嘴型號、噴嘴布置，控制軋輥輥面均勻冷卻，下線溫度70℃以下，軋輥表面形成良好的氧化膜，合理設計軋制生產計劃，制定合理換輥周期，減少換輥次數，提高生產效率、改善鋼帶表面質量，降低生產成本。

（2）設計上機輥型按CVC輥型和合適竄輥策略，克服高速鋼軋輥脆性、表面熱裂紋、軋輥在線冷卻溫度控制等問題，降低軋輥磨損造成的邊部高點及邊部減薄等問題。

（3）優化高速鋼軋輥的初始凸度進行，按照比高鎳鉻軋輥大50～80 μm進行控制，補償高速鋼軋輥熱膨脹產生的熱凸度，結合爐卷軋機的特點，軋輥表面的硬度控制在81±3 HS，防止軋輥表面剝落，改善鋼帶表面質量。

（4）高速鋼軋輥在泰鋼爐卷上的應用與研究，達到了減少換輥次數、降低輥耗、提高生產率、改善鋼帶表面質量、降低生產成本的目的，對高速鋼軋輥在下游機架的使用有著積極的推進意義。