軋制工藝對X70鋼級管線鋼鋼板板形的影響

楊小龍，尹寶良，王 強，鄭治秀，臧 淼，尹紹江

（河鋼集團唐鋼公司中厚板研究所，河北 唐山 063000）

河鋼集團唐鋼公司（簡稱唐鋼）3 500 mm中厚板生產(chǎn)線在技術改造時，增加了超快速冷卻設備，經(jīng)過對品種鋼成分和工藝的探索，產(chǎn)品不斷向高端品種鋼邁進，現(xiàn)在已經(jīng)具備了高強建筑用鋼、工程機械用鋼和管線鋼等高強鋼的生產(chǎn)能力。鋼板強度的增加為鋼板板形控制帶來了新的挑戰(zhàn)，板形不良會降低鋼板的合格率和成材率［1］，為大批量生產(chǎn)帶來困難，鋼板出現(xiàn)的浪板和瓢曲不僅會增加生產(chǎn)工序，延長生產(chǎn)時間和流程，還會增加鋼板的生產(chǎn)成本，降低鋼材的生產(chǎn)率和競爭優(yōu)勢。為了促進高強品種鋼的開發(fā)和大批量生產(chǎn)，有必要對高強鋼鋼板的板形優(yōu)化進行研究。

為了保證X70鋼級管線鋼鋼板在軋制過程獲得良好板形，現(xiàn)對軋制工藝進行優(yōu)化，有針對性地制定相應方案，并對軋制過程中影響板形的因素進行分析，以期改善軋制板形，減少軋制后鋼板邊浪的出現(xiàn)，為后續(xù)生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 生產(chǎn)工藝及軋制板形問題

X70鋼級管線鋼的典型成分、鋼板生產(chǎn)工藝和力學性能見表1～3。其中，1號鋼板采用常用軋制工藝生產(chǎn)，作為對比參照；2號鋼板采用優(yōu)化后的軋制工藝。兩種鋼板均在1 000℃左右粗軋，950℃以下開始精軋，精軋終軋溫度小于830℃，終冷溫度處于480～550℃；兩種鋼板的力學性能滿足GB/T 9711—2017《石油天然氣工業(yè) 管線輸送系統(tǒng)用鋼管》要求和客戶的技術要求。

表1 X70管線鋼的典型成分（質量分數(shù)） %

表2 X70管線鋼鋼板的典型生產(chǎn)工藝

表3 X70管線鋼鋼板的力學性能

1號鋼板的板形是熱軋精軋之后，再經(jīng)過預熱矯直機矯直，進超快冷設備之前的板形狀態(tài)。1號鋼板精軋之后板形不良，出現(xiàn)邊浪，即使隨后經(jīng)過預熱矯直后，仍然肉眼可觀察到輕微浪板。2號鋼板的板形是優(yōu)化熱軋精軋工藝后的板形狀態(tài)，板形良好，沒有邊浪出現(xiàn)。1號鋼板經(jīng)過預熱矯直后仍然存在輕微板形問題，而2號鋼板進入預熱矯直機之前板形良好，在熱軋精軋階段就能保證良好的板形狀態(tài)。由此說明，軋制工藝經(jīng)過優(yōu)化的2號鋼板的板形得到明顯改善。

2 軋制工藝對板形的影響

2.1 軋制工藝與板形

影響鋼板軋制板形的因素有很多，如工作輥的原始輥型，軋機工作輥的液壓彎輥力，工作輥的熱凸度及軋制工藝等。實際軋制過程中，因鋼板溫度、工作輥輥縫和軋制力等沿鋼板橫向存在差異，導致鋼板橫向各部位受力不同，使鋼板橫向各部位縱向延伸不同，引起鋼板內應力的產(chǎn)生［2］，最終軋制鋼板容易出現(xiàn)浪板或瓢曲。考慮到軋制時鋼板的對中，工作輥常采用凹輥，如果鋼板在軋制時跑偏，在凹型輥縫的狀態(tài)下，輥縫的形狀會使鋼板自動向中間運行而對中，而在凸型輥縫的狀態(tài)下，鋼板跑偏會變得嚴重，從而使板形惡化。為了有效控制軋制過程中鋼板的板形，并降低軋輥消耗，常對工作輥的凸度進行設計，比如廣西柳州鋼鐵（集團）公司采用凸輥輥型的工作輥，采用+0.05 mm和+0.06 mm兩種正凸度工作輥分別軋制低合金和高合金鋼種［3］?？刂栖垯C工作輥的液壓彎輥力是最常見的板形控制方法，通過彎輥缸對工作輥兩端軸承座增加彎輥力，可以改變輥縫形狀［4-5］，減少鋼板邊浪的發(fā)生，軋制時鋼板的彈性變形較大，軋輥中間容易出現(xiàn)彈性彎曲，鋼板易產(chǎn)生邊浪，常增加彎輥力來消除邊浪，使鋼板趨于平直。合理的軋制工藝對板形影響很大，這涉及到道次壓下分配、軋制力變化和軋制速度等，這里主要介紹軋制工藝對板形的影響。

在實際生產(chǎn)中，唐鋼3 500 mm中厚板精軋機工作輥一般采用的是凹輥，彎輥設備暫時無法使用，工作輥的冷卻方式為均勻冷卻；因此，主要通過調整軋制工藝來改善板形。

X70鋼級管線鋼鋼板的軋制工藝如圖1所示，其中1～12道次是粗軋，15～23道次是精軋。1號鋼板采用12道次粗軋，待溫中間坯厚度為60 mm，9道次精軋；為了改善性能，2號鋼板的待溫中間坯厚度增加為73 mm，精軋壓縮比增加，粗軋采用10道次軋制，粗軋末幾道次的壓下量和壓下率增加以保證奧氏體再結晶，同樣采用9道次精軋，為了改善性能和板形，對2號鋼板的精軋工藝進行優(yōu)化。

圖1 X70鋼級管線鋼鋼板的軋制工藝示意

在精軋階段，鋼板溫度隨著厚度減少而降低，鋼板越薄，溫降越快，同時鋼板的強度和變形抗力變大，使軋機軋制力增大，不僅增大了軋機負荷，還增加了工作輥的撓度，導致邊浪產(chǎn)生的幾率增加；因此，一般精軋過程的壓下率是逐漸減少的。1號鋼板精軋道次的壓下率小幅度逐漸降低，在壓下率分配上比較平均；而2號鋼板精軋采用前幾道次壓下率和壓下量較大，末幾道次壓下率和壓下量較小的軋制過程，分為兩個階段軋制，前4道次壓下率明顯比1號鋼板的大，末2道次的壓下率也小于1號鋼板，中間3道次作為過渡。

對板形起決定性影響作用的道次主要是精軋末3～4道次，前面的道次鋼板厚度較厚，對鋼板橫向厚度差變化不敏感，并且凸度遺傳效應較小，所以軋制過程不必所有道次都考慮板形控制。為了使鋼板獲得更好的低溫沖擊韌性，需要精軋時采用較低溫度、大壓下量，以增加位錯、相變形核位置、有利織構取向并細化晶粒，但采用較低溫度、大壓下量工藝不僅使軋機負荷較大，同時也有很大的邊浪風險。為了兼顧鋼板性能和板形，在精軋前幾道次采用較大壓下率，快速增加累積應變量，保證鋼板的低溫沖擊性能，第一階段的精軋以保證性能為主，實際上2號鋼板的低溫沖擊韌性更為優(yōu)秀；第二階段的精軋以板形控制為主，末2道次精軋壓下率減少以降低軋機負荷，同時采用減速軋制的方法，以降低變形抗力，促進鋼板在軋制過程中更加均勻的變形和延伸，減少邊浪的產(chǎn)生［6］。1號鋼板精軋階段采用軋制力均勻分配的方法，最終得到的道次累積應變量較小，鋼板強度和低溫沖擊韌性相對2號鋼板較差，同時軋制板形也很差，使用預熱矯直后仍然存在浪板現(xiàn)象。

X70鋼級管線鋼鋼板的精軋參數(shù)如圖2所示。與1號鋼板相比，2號鋼板的精軋道次溫度更低，較厚的中間坯和較低的精軋溫度使2號鋼板的道次軋制力整體更高，軋機負荷更大；但2號鋼板的軋制板形卻更好，2號鋼板精軋規(guī)程調整后，較大的軋制力集中在前幾道次，末2道次的軋制力較小，同時采用更低的軋制速率，這樣在道次軋制力普遍偏大的情況下，保證仍然能獲得良好的軋制板形。

圖2 X70鋼級管線鋼鋼板的精軋參數(shù)

2.2 鋼板凸度與板形

鋼板凸度是衡量板形的常用指標，為鋼板橫截面中心處厚度與兩側邊部代表點平均厚度之差［7-8］，其表達式為：

式中Ch——鋼板凸度，mm；

B——鋼板的寬度，mm；

b——鋼板橫截面兩側邊部代表點位置，mm，一般為25 mm或40 mm；

h0——鋼板橫截面中心處的鋼板厚度，mm；

hB/2-b，hb-B/2——鋼板橫截面兩側邊部代表點處的鋼板厚度，mm。

實際應用中，考慮到鋼板厚度，常引入比例凸度［4，9］的概念，比例凸度是鋼板凸度與軋件平均厚度之比，計算式為：

式中Cp——比例凸度；

h——軋件平均厚度，mm。

軋制鋼板時，比例凸度增大或減小都容易引發(fā)鋼板邊浪或中浪，比例凸度在特定范圍內保持恒定時，板形才能保持良好［10-11］。

在軋制過程中板凸度的絕對值雖然會不斷減小，但是比例凸度可以基本保持恒定，而恒定的比例凸度與板形有著密切的關系。同樣，對鋼板凸度起決定性影響作用的道次主要是精軋末3～4道次，精軋末幾道次的鋼板凸度控制好能夠顯著改善板形。實際生產(chǎn)中，鋼板凸度不易測量，不采用彎輥力和輥型控制等手段時，鋼板凸度變化與軋制力變化密切相關，常用軋制力與出口厚度之間的關系來評價，當軋制力與出口厚度為線性關系，比例凸度恒定，可以認為板形良好，如圖3所示。軋制力與出口厚度之間的關系趨近于一條直線時，可以認為鋼板凸度變化很小，從而保證鋼板有良好的板形，精軋末幾道次凸度變化過大將影響板形，凸度過大將引起終軋板形邊浪，凸度過小會造成中浪。

圖3 軋制力與鋼板出口厚度關系曲線

精軋末4道次軋制力與鋼板出口厚度之間的關系如圖4所示。2號鋼板的4個道次基本保持直線關系，凸度變化很小，板形良好；相比之下，1號鋼板4道次難以維持線性關系，凸度變化較大，終軋板形不良。軋制工藝對軋制板形影響較大，合理的軋制工藝不僅能改善性能，還能得到良好的軋制板形［12］。

圖4 精軋末4道次軋制力與鋼板出口厚度的關系

3 結 論

研究X70鋼級管線鋼鋼板軋制工藝對板形的影響，優(yōu)化后的軋制工藝（2號鋼板的軋制工藝）能夠獲得良好的終軋鋼板板形，結論如下：

（1）降低精軋溫度易帶來較差的軋制板形，需要預熱矯直才能改善板形狀態(tài)。通過合理分配精軋軋制工藝，不僅能保證鋼板性能良好，還能保證較低溫度精軋時獲得良好的軋制板形。精軋道次軋制力保持均勻分配時，不僅難以獲得充足的累積應變量，得到鋼板的強度較低，低溫沖擊韌性較差，而且精軋時常出現(xiàn)浪板，影響后續(xù)工藝實施；合理分配精軋末3～4道次軋制壓下率，可以顯著降低分配的軋制力，使軋制力與出口厚度基本保持線性關系，有利于減少鋼板凸度波動，使凸度基本保持穩(wěn)定，以便獲得良好的板形；

（2）適當降低軋制速度，可以降低變形抗力，促使鋼板在軋制過程中均勻地變形和延伸，減少浪板的產(chǎn)生。