低碳軟鋼薄規(guī)格酸洗析氧化鐵皮缺陷改善實(shí)踐

孫彤彤

（寶鋼股份熱軋廠，上海 200941）

1 概述

伴隨著市場(chǎng)的激烈競爭，短流程、低成本的熱軋產(chǎn)品制造備受關(guān)注，熱軋產(chǎn)品“以熱代冷”成為新常態(tài)，熱軋酸洗薄規(guī)格以其較高的性價(jià)比得到了市場(chǎng)的廣泛認(rèn)可，需求量也越來越大，寶鋼熱軋產(chǎn)線也承擔(dān)起了生產(chǎn)酸洗薄規(guī)格的重任。

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

表1 低碳軟鋼薄規(guī)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(guī)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(guī)格酸洗析的氧化鐵皮缺陷和精軋前機(jī)架的下機(jī)軋輥表面質(zhì)量有較強(qiáng)的對(duì)應(yīng)性，帶鋼表面氧化鐵皮缺陷越明顯則對(duì)應(yīng)的軋輥表面質(zhì)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(jī)輥面

氧化鐵皮缺陷在軋制過程中產(chǎn)生，一般可以通過在線表面儀識(shí)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(fā)覺，在后續(xù)熱軋析酸洗過程中暴露出來，內(nèi)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(jī)理分析

軋制過程是帶鋼在軋輥之間受力變形的熱力學(xué)過程，帶鋼厚度變薄的同時(shí)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(huán)境之中，軋輥表面氧化膜持續(xù)承受著巨大的交變應(yīng)力，當(dāng)達(dá)到一定疲勞極限后，輥面氧化膜中微裂紋在開始出現(xiàn)并擴(kuò)展，在軋輥和帶鋼之間強(qiáng)大剪應(yīng)力的作用下，軋輥表面氧化膜產(chǎn)生剝落[1]。

一旦工作輥輥面氧化膜出現(xiàn)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(xù)機(jī)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(dāng)粗糙，而低碳軟鋼薄規(guī)格酸洗析高溫下強(qiáng)度較低，輥面的凹凸不平很容易突破帶鋼表面的流變應(yīng)力極限，對(duì)帶鋼表面產(chǎn)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(shí)際軋制過程中發(fā)現(xiàn)，容易剝落的軋輥集中發(fā)生在精軋F(tuán)2和F3 兩個(gè)機(jī)架。原因主要是，中間坯在進(jìn)入F1 前在中間輥道上進(jìn)行了充分的氧化，F(xiàn)1 機(jī)架軋制時(shí)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(hù)了帶鋼和軋輥表面氧化膜；而F2、3 軋制時(shí)，帶鋼表面氧化膜已經(jīng)被破壞，同時(shí)軋機(jī)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(kuò)展，進(jìn)而破壞軋輥表面氧化膜；而對(duì)于精軋后機(jī)架，帶鋼和軋輥接觸弧長較短，且溫度相對(duì)較低，輥面發(fā)生剝落的風(fēng)險(xiǎn)較小。

3 熱軋工藝改進(jìn)及優(yōu)化

綜上所述，控制該產(chǎn)品氧化鐵皮缺陷，關(guān)鍵就是保持F2 和F3 軋輥表面氧化膜質(zhì)量，重點(diǎn)是降低軋制力及對(duì)軋輥輥面的合理維護(hù)。為此，對(duì)主要的影響因素進(jìn)行了一系列工藝試驗(yàn)，并對(duì)相關(guān)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，確定了合理的熱軋工藝。

3.1 優(yōu)化計(jì)劃編制優(yōu)化

生產(chǎn)實(shí)踐表明，低碳軟鋼薄規(guī)格酸洗析軋制時(shí)軋輥表面氧化膜維持良好難度較高，同計(jì)劃薄規(guī)格越多下機(jī)輥面越差，這也是安排在計(jì)劃尾部的主要原因。從以往的生產(chǎn)來看，該產(chǎn)品計(jì)劃編制方面存在兩個(gè)問題：一是低碳薄規(guī)格酸洗析前面接續(xù)1260℃高強(qiáng)鋼，而高強(qiáng)鋼容易導(dǎo)致輥面粗糙，使得剛開始軋制就出現(xiàn)軋輥系鐵皮；二是存在單個(gè)計(jì)劃大批量安排低碳薄規(guī)格酸洗析的現(xiàn)象，往往軋制幾卷后因有氧化鐵皮缺陷而回爐，曾出現(xiàn)過1.6mm 規(guī)格回爐5 次的現(xiàn)象，不僅影響合同的交貨，也造成了浪費(fèi)。為此，經(jīng)過多次試驗(yàn)，綜合考慮熱裝和冷裝的差別，對(duì)計(jì)劃編制進(jìn)行了限制，見表2。

表2 低碳薄規(guī)格酸洗析同一計(jì)劃編制要求

3.2 加熱工藝優(yōu)化

析坯表面氧化鐵皮狀態(tài)與爐溫直接相關(guān)，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(shí)間才能確保析坯溫度均勻。統(tǒng)計(jì)加熱爐二加段末溫度和氧化鐵皮封鎖率關(guān)系如圖4 所示，可以看出氧化鐵皮發(fā)生率較高的丙班對(duì)應(yīng)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(fā)生軋輥系鐵皮。為此，綜合考慮對(duì)成本和能耗的影響，對(duì)加熱工藝進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，要求二加段末不低于1140℃，并對(duì)二加均熱段時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化。另外，需要避免低溫段時(shí)間長、高溫段快抽的現(xiàn)象，因?yàn)檫@種情況下容易導(dǎo)致軋輥表面出現(xiàn)剝落，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)輥面的大面積剝落。

圖4 均熱二加段溫差與氧化鐵皮的關(guān)系

3.3 粗軋工藝優(yōu)化

對(duì)粗軋R2 機(jī)架3-5 道次的氧化鐵皮封鎖進(jìn)行對(duì)比如圖5（統(tǒng)計(jì)R3 故障期間，R2 普遍采用5 道次，氧化鐵皮發(fā)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(yàn)來看，RT4 超過1040℃會(huì)出現(xiàn)溫度系鐵皮，過低時(shí)容易導(dǎo)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(fā)生率的關(guān)系

3.4 精軋工藝優(yōu)化

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

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

表3 精軋壓下率調(diào)整對(duì)比

3.4.2 由于低碳薄規(guī)格酸洗析表面要求較高，對(duì)上機(jī)輥選用比較嚴(yán)格。從試驗(yàn)結(jié)果看，選用1 類輥進(jìn)行生產(chǎn)，可有效的控制氧化鐵皮缺陷的產(chǎn)生，同時(shí)軋輥表面氧化膜的控制和上機(jī)次數(shù)有關(guān)，上機(jī)次數(shù)越多表面氧化膜越容易剝落，原因主要是多次上機(jī)的輥面極容易因存在微小裂紋而導(dǎo)致輥面容易被剝落。為此，研究制定了低碳薄規(guī)格酸洗析的備輥要求，即1 類輥上機(jī)，且上機(jī)次數(shù)不超過3 次。

另外，每年夏季氣溫較高，統(tǒng)計(jì)顯示對(duì)應(yīng)的軋輥下機(jī)溫度較其它季節(jié)提高約10℃。為此，根據(jù)長期摸索及考慮對(duì)電耗的影響，制定了酸洗析分季節(jié)的軋輥冷卻水投用要求，進(jìn)一步完善了氧化鐵皮缺陷的控制工藝。

4 結(jié)論

通過上述措施的實(shí)施，2050 熱軋低碳薄規(guī)格酸洗析（厚度≤2.3mm）產(chǎn)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(fā)生率較2017 年降低約35%，在同類產(chǎn)線中處于領(lǐng)先水平。另外，通過措施的實(shí)施，精軋的軋制穩(wěn)定性也有較大的提升，計(jì)劃一次通過率從原來的不足70%提高到了85%以上。