高表面質(zhì)量鋼板表面麻面缺陷的成因與預(yù)防措施

車超

摘要：通過(guò)對(duì)高表面質(zhì)量的鋼板進(jìn)行研究，分析其各個(gè)缺陷形成的特點(diǎn)，以及從各方面工藝對(duì)其進(jìn)行研究。并提出了很大幾率可以降低鋼板的麻面的生成概率的一些預(yù)防方法，再通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施的配合，便可以使產(chǎn)生的鋼板中麻面的數(shù)量明顯減少。

關(guān)鍵詞：原因分析;優(yōu)化工藝;解決方法

某世界知名工程機(jī)械制造商常年大量采購(gòu)某個(gè)牌號(hào)的高表面質(zhì)量鋼板，并在使用中進(jìn)行拋丸處理、彎型、焊接、裝配后直接噴涂金屬漆，因此對(duì)鋼板表面質(zhì)量擁有更高的要求，上下表面不得進(jìn)行修磨，不允許存在麻面及氧化鐵皮壓入等缺陷，拋丸前后均不能出現(xiàn)麻面，每平方米面積內(nèi)不允許有多于3處的麻面。近幾年來(lái)，隨著供貨量的大幅度增加，鋼板麻面缺陷時(shí)有出現(xiàn)，在原始熱軋鋼板表面上不易被發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)拋丸后才顯現(xiàn)出來(lái)。

一、缺陷描述

某一制造商在2018年從我廠訂購(gòu)的具有高表面質(zhì)量的鋼板共約有一萬(wàn)余噸。為了避免表面產(chǎn)生紅銹，其采用了具有低硅成分的設(shè)計(jì)，并且考慮高表面質(zhì)量的要求。但在拋丸后的表面上仍然會(huì)不時(shí)有麻面缺陷產(chǎn)生。

二、產(chǎn)生原因分析

表面麻面產(chǎn)生的直接原因是氧化鐵皮壓入，一般的氧化鐵皮由最外層Fe203、中間層Fe304和最里層Fe0三層組成，多年來(lái)有關(guān)的學(xué)術(shù)研究已相當(dāng)成熟，本文將不再對(duì)此加以贅述，而是結(jié)合鋼板表面實(shí)際質(zhì)量狀況從板坯清理、加熱、除鱗、軋制等工序的工藝和軋輥設(shè)備角度，對(duì)高表面質(zhì)量寬厚板麻面缺陷的成因進(jìn)行分析和討論。

1.板坯缺陷。板坯的氧化鐵皮、結(jié)疤、重皮、皮下氣泡等缺陷經(jīng)過(guò)精整、加熱和軋制后，大部分得到改善甚至消除，但仍有小部分存在。板坯在入爐前如果精整不好，表面的氧化鐵皮在加熱爐高溫氣氛中熔化而形成板坯表面結(jié)疤，繼而產(chǎn)生鋼板麻面，帶有這兩種表面缺陷的鋼板經(jīng)拋丸處理后就會(huì)形成麻面。另外，由于非板坯自身缺陷原因，如連鑄坯火焰切割渣在軋鋼中咬人，就會(huì)造成軋輥壓痕，最終導(dǎo)致鋼板表面產(chǎn)生麻面。目前大部分鋼廠都采用火焰清理的方法將坯料表面的缺陷熔化后去除，此方法成本低、效率高，但缺陷部位在溫度驟升時(shí)會(huì)因熱應(yīng)力作用產(chǎn)生裂紋。

2.加熱缺陷。板坯加熱時(shí)，表面與高溫爐氣接觸發(fā)生氧化反應(yīng)，生成一次氧化鐵皮，一次氧化鐵皮產(chǎn)生的數(shù)量除與鋼的化學(xué)成分有關(guān)外，還受加熱溫度、加熱時(shí)間及爐氣成分等因素的影響，表1為該鋼種板坯的幾種加熱參數(shù)以及產(chǎn)生的氧化鐵皮結(jié)構(gòu)情況。從表1板坯的加熱參數(shù)可以看出，加熱時(shí)間愈長(zhǎng)、加熱溫度愈高、升溫速度愈快，氧化鐵皮最內(nèi)層Fe0就愈多，如果在后續(xù)生產(chǎn)工序中除鱗效果不好，氧化鐵皮將會(huì)壓入鋼板表面產(chǎn)生麻面。

3.除鱗控制。高壓水除鱗是目前寬厚板軋機(jī)通用的除鱗手段。在高壓水噴射時(shí)，板坯表面激冷，氧化鐵皮和金屬基體遇冷后不同的收縮率起到破碎氧化鐵皮的作用。氧化鐵皮破碎后.高壓水沿裂縫進(jìn)入氧化鐵皮與金屬基體之間，對(duì)其實(shí)施進(jìn)一步破碎和鏟除。除鱗效果除與氧化鐵皮狀況有關(guān)外，還取決于除鱗水的壓力、噴水量、集管配置和噴嘴結(jié)構(gòu)等影響因素。

為針對(duì)不同因素的影響程度所繪制的帕累托排列圖。由圖中可見(jiàn)，噴嘴壓力與流量大小是影響除鱗效果的最關(guān)鍵因素，占總影響因素的68%。高壓水除鱗實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，清除低合金鋼在加熱過(guò)程中產(chǎn)生的一次氧化鐵皮，所需高壓水的打擊力為196～245kPa，清除二次再生氧化鐵皮所需高壓水的打擊力為49～78 kPa。高壓水流量主要應(yīng)滿足除鱗箱和軋機(jī)多點(diǎn)除鱗的需要，若流量隨除鱗時(shí)間延長(zhǎng)而減小，將導(dǎo)致系統(tǒng)壓力降低，進(jìn)而影響除鱗效果。

4.軋輥材質(zhì)及維護(hù)。軋輥是實(shí)現(xiàn)軋制過(guò)程中金屬變形的直接工具，對(duì)強(qiáng)度、硬度、耐熱性、耐沖擊韌性都有要求，在軋制過(guò)程中，軋輥與板坯接觸而發(fā)生物理摩擦，與冷卻水在高溫高壓下接觸發(fā)生化學(xué)腐蝕和氧化作用都會(huì)引起軋輥磨損和破壞，軋輥由此產(chǎn)生的麻面缺陷。因此需要?jiǎng)摲N進(jìn)行分類，區(qū)分使用軋輥類型。通過(guò)多次對(duì)比研究，認(rèn)為工程機(jī)械用高表面質(zhì)量寬厚板的軋制選用半硬輥為宜。

5.軋制過(guò)程二次氧化鐵皮壓人。熱軋過(guò)程中表面氧化鐵皮脫落，熱金屬表殖與水和空氣接觸，還會(huì)生成新的氧化鐵皮，稱為二次氧化鐵皮，其在軋鋼過(guò)程中形成的缺陷形態(tài)主要表現(xiàn)為壓入凹坑，呈現(xiàn)較大面積分布，鋼板經(jīng)拋丸清理后缺陷暴露更加明顯。常規(guī)軋制工藝一般采取兩階段控軋，粗軋階段前三道次通常采用≥15%壓下率的大壓下量，單道次往復(fù)軋制，不易使殘余氧化鐵皮破碎和剝離，導(dǎo)致壓入，雖然利用粗軋階段除鱗3～4次，但由于氧化鐵皮與金屬基體結(jié)合比較緊密，除鱗效果會(huì)受到影響，容易產(chǎn)生麻面缺陷;精軋階段首道次前待溫控制軋制，增加了中間坯氧化時(shí)間，若在精軋過(guò)程中除鱗道次過(guò)多，會(huì)導(dǎo)致軋后成品板材表面出現(xiàn)條紋水印，還會(huì)產(chǎn)生軋制周期長(zhǎng)、軋件溫降大等負(fù)面影響，若除鱗道次過(guò)少，則不利于二次氧化鐵皮的去除。表2列出了部分關(guān)鍵影響因素及其變化對(duì)表面質(zhì)量的影響。從表2可以看出，影響表面質(zhì)量的因素多且復(fù)雜，要更好地控制表面質(zhì)量就需要所有因素的共同作用，同時(shí)還要考慮這些因素對(duì)鋼板性能的影響作用，有些因素對(duì)表面質(zhì)量產(chǎn)生正面作用，但對(duì)鋼板的力學(xué)性能卻產(chǎn)生消極影響，如粗軋機(jī)的前幾道次壓下量、精軋開(kāi)軋溫度、終軋溫度對(duì)表面質(zhì)量和性能作用是矛盾的，需要在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際控制中綜合考慮。

三、解決措施

針對(duì)上述情況中的麻面缺陷的產(chǎn)生，研究其發(fā)生的主要因素，我廠根據(jù)實(shí)際的情況對(duì)鋼板的表面質(zhì)量做出改進(jìn)措施。優(yōu)化了加熱工藝，采用了新的軋制技術(shù)，很好的提高了表面質(zhì)量，減少了麻面的產(chǎn)生。

1.加熱。首先在加熱階段控制合適的加熱時(shí)間和加熱制度，避免坯料在高溫下長(zhǎng)期臥爐，保證爐內(nèi)為若還原性氣氛。為了減少氧化，在坯料進(jìn)行熱裝爐時(shí)可盡量縮短坯料停留在高溫區(qū)之下的時(shí)間。最好控制在零點(diǎn)八分每毫米左右。還需控制爐內(nèi)壓力穩(wěn)定，且避免冷空氣進(jìn)入爐內(nèi)。對(duì)于表面質(zhì)量要求高的坯料，在保證可順利軋制的前提下適當(dāng)降低加熱溫度和加熱時(shí)間。

2.軋制。高壓水的流量需要滿足多臺(tái)機(jī)器的除鱗需要并且需要保證管路通暢，然后再對(duì)噴嘴的工作狀態(tài)進(jìn)行定期檢查。除鱗箱中和軋機(jī)除鱗的壓力需大于23兆帕。并保證除鱗噴嘴高度和角度合適，保證除鱗時(shí)是通長(zhǎng)除鱗。由于坯料尺寸多樣，為了優(yōu)化表面質(zhì)量，對(duì)除鱗箱進(jìn)行了改造，使上除鱗集管可以根據(jù)坯料厚度隨動(dòng)，保證上除鱗集管距坯料上表面高度在100mm左右。在軋制表面質(zhì)量要求較高的鋼板時(shí)，提前通知除鱗間提高除鱗壓力，使除鱗壓力提高道25兆帕左右。軋制此類鋼板時(shí)粗軋適當(dāng)增加除鱗道次，精軋開(kāi)軋時(shí)必須做到通長(zhǎng)除鱗，而為了避免鋼板的表面出現(xiàn)麻面的情況，最后單道次中禁止除鱗。而且在不會(huì)使性能降低的前提下，減少精軋階段的軋制道次，并使終軋的溫度需要盡量的降低。

為了提高表面質(zhì)量我廠采購(gòu)了表面硬度較高的高鉻鐵軋輥，并對(duì)軋輥冷卻水水質(zhì)進(jìn)行了治理，增加了新的冷卻水過(guò)濾系統(tǒng)，大大減少了冷卻水中的雜質(zhì)。鋼板表面之中麻面的現(xiàn)象。是在許多因素的互相作用之下產(chǎn)生的，并且與控制氧化鐵皮有直接的關(guān)系。而且除鱗系統(tǒng)和軋鋼的過(guò)程是最為關(guān)鍵的因素。

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