家電薄料軋制線狀劃傷缺陷的控制

毛玉川 ，劉英明 ，孫榮生 ，張一凡 ，張福義 ，鄭麟飛

（1.鞍鋼股份有限公司冷軋廠，遼寧 鞍山 114021；2.鞍鋼集團鋼鐵研究院，遼寧 鞍山114009）

鞍鋼股份有限公司冷軋廠四分廠 （以下簡稱“四分廠”）冷連軋機組生產厚度0.6 mm以下家電薄料在軋制速度達到600 m/min以上時，帶鋼板面出現斷續(xù)或連續(xù)通長線狀劃傷缺陷，主要以帶鋼上表面居多，下表面偶爾出現，側光可見,無手感。隨著軋制速度加快，線狀劃傷缺陷也越嚴重。每月都會因為家電板產生線狀劃傷缺陷造成一定量的改判，無法交付用戶使用，影響了合同的正常執(zhí)行。為了降低線狀劃傷缺陷對表面質量的影響，四分廠只能通過頻繁更換冷連軋機組工作輥和限制速度進行生產，嚴重制約了四分廠冷連軋機組生產的產品表面質量和生產效率。面對現場無法有效防治家電薄料線狀劃傷缺陷的棘手問題，如何解決家電薄料線狀劃傷缺陷已成為四分廠生產家電薄料的主要問題。

1 線狀劃傷缺陷

1.1 線狀劃傷缺陷的主要特征

根據對四分廠冷連軋機組生產家電薄料的跟蹤和分析，該冷連軋機組線狀劃傷缺陷主要特征如下：

（1）劃傷主要發(fā)生在厚度0.6 mm以下的家電薄料軋制時，總壓下率比較大，一般超過80%。

（2）劃傷主要發(fā)生在3架和4架軋機，缺陷主要以帶鋼上表面居多，下表面偶爾出現，呈斷續(xù)或連續(xù)線狀劃傷，側光可見，基本無手感，線狀劃傷缺陷形貌如圖1所示。出現劃傷架次的工作輥輥面也會有不同程度的劃傷。

圖1 線狀劃傷缺陷形貌Fig.1 Appearance of Linear Scratch Defect

（3）劃傷主要發(fā)生在機組高速生產情況下，當軋制速度大于600 m/min時，非常容易產生劃傷缺陷，且軋制速度越高，軋制噸數越多，線狀劃傷缺陷的數量越多，產生的劃傷缺陷越嚴重。

（4）每次更換新工作輥后，前六卷帶鋼基本上不會產生線狀劃傷缺陷。

1.2 線狀劃傷缺陷產生原因分析

目前，對熱劃傷缺陷產生機理較普遍的解釋是：軋制過程是通過軋輥與軋件的摩擦力將軋件拖至輥縫之間，使其產生平面壓縮變形過程。當輥件間軋制變形區(qū)內因變形功過大，產生大量的熱能，導致油膜厚度變薄以致局部破裂，使軋輥與帶鋼直接接觸，進而產生熱劃傷缺陷。換言之，熱劃傷是冷卻和潤滑效果不良產生的。反之，當變形區(qū)內的油膜厚度過大，摩擦系數降低至一定程度時，則容易發(fā)生打滑現象。

四分廠冷連軋機組生產家電薄料時，各架軋輥速度由低至高排列，但第一和第二機架的最大速度均不會超過600 m/min，所以前兩個機架不會產生熱劃傷缺陷。四分廠冷連軋機組一般均采用C方式軋制，即利用前四個機架來完成變形過程，第五機架僅作為平整機使用，從而獲得較好板形，末機架相當于平整作用，壓下率比較小，而且末架工作輥粗糙度比較大，也不會產生熱劃傷缺陷。第三和第四機架軋制速度高，容易發(fā)生熱劃傷。由冷連軋機組乳化液系統噴嘴布置形式的特性和乳化液的流動性可知，下輥的冷卻情況比上輥要好，所以下輥的溫度也隨之比上輥要低。這就是劃傷主要發(fā)生在上表面的原因。

根據線狀劃傷的特征規(guī)律和熱劃傷產生原因，結合四分廠冷連軋機組情況分析，確定本文所述的線狀劃傷為熱劃傷。

2 改進措施

結合生產實際和工藝潤滑理論，主要從三個方面進行了優(yōu)化和改進：

（1）軋制壓下規(guī)程；

（2）軋輥參數：工作輥粗糙度及磨削工藝；

（3）乳化液系統：乳化液的濃度、各機架乳液流量壓力和軋制油配方。

2.1 軋制壓下規(guī)程的優(yōu)化

總壓下率一定情況下，變形量越大，加工硬化越大的道次，產生的變形熱也越多，輥縫間的溫度也會較高，隨著軋制速度的升高，越容易發(fā)生熱劃傷。對軋制壓下規(guī)程進行優(yōu)化，降低3架和4架壓下率，增加卷取張力，降低3架、4架變形熱，能夠有利于熱劃傷缺陷的減輕，壓下規(guī)程優(yōu)化見表1。

表1 壓下規(guī)程優(yōu)化Table 1 Optimization of Reduction Procedures

2.2 軋輥參數的改進

四分廠冷連軋機組各架工作輥使用樹脂砂輪磨削，輥面存在不同程度的磨削劃痕問題，尤其3架工作輥使用60樹脂砂輪磨削，輥面劃痕較重，數量較多，長度5～10 mm；4架工作輥使用80樹脂砂輪磨削，輥面劃痕也較重，數量較多，長度3～5 mm，兩個機架輥面粗糙度較低，容易出現輥打滑情況，影響表面質量控制。輥面磨削劃痕的存在，使得油膜厚度不均，造成潤滑不均勻。為此，改進3架和4架工作輥磨削工藝，優(yōu)化粗糙度控制，改進磨削砂輪材質，由原來的樹脂砂輪改為陶瓷砂輪，3架、4架工作輥粗糙度優(yōu)化見表2。

表2 3架、4架工作輥粗糙度優(yōu)化Table 2 Optimization of Roughness of Work Rolls of No.3 and No.4 Rolling-mill Housings

使用F級3NQ陶瓷砂輪磨削，解決了短劃傷的問題，輥面劃痕很輕，數量幾乎沒有，長度為1～3 mm，但進刀紋較重；使用G級3NQ陶瓷砂輪磨削，進刀紋消除，但磨削比低；最終通過使用F+級3NQ陶瓷砂輪，綜合性能較好，磨削比達到5.68。

通過優(yōu)化工作輥粗糙度和磨削工藝，提高了磨削質量，減少了輥面的磨削劃痕和進刀紋等缺陷，兩種磨削工作輥對比如圖2所示。由圖可知，使用樹脂砂輪普通磨削，磨削傷較多，而陶瓷砂輪精磨削，磨削傷很少，潤滑的均勻性得到了改善，對減少熱劃傷有一定作用。

圖2 兩種磨削工作輥對比Fig.2 Comparison of Two Types of Work Rolls after Grinding

2.3 乳化液系統的改進

變形區(qū)的油膜是在軋制過程中，乳化液進入輥縫，由于乳化液的離水展著性，油水分離形成的一層油膜。它的特性決定了冷軋的潤滑效果成膜能力。油膜越厚，油膜強度越大，潤滑效果越好。

2.3.1 乳化液濃度的改進

改進前A系統乳化液濃度控制在2.5%～3.5%，熱劃傷缺陷比較明顯。對A系統乳化液的濃度提高至3.8%～4.5%。乳化液濃度增加，進入輥縫的有效油量增加，潤滑效果增加。潤滑效果的增加降低了軋輥的溫度，從而減少了熱劃傷出現的概率。

2.3.2 乳化液流量和壓力的改進

對四分廠冷連軋機組A系統各架乳化液壓力進行了改進，同時提高了3架和4架乳化液流量，3架、4架乳化液流量、壓力改進前后對比如表3所示。

表3 3架、4架乳化液流量、壓力改進前后對比Table 3 Comparison of Emulsion Flow and Pressure for No.3 and No.4 Rolling-mill Housings before and after Improvement

通過3架、4架乳化液流量和壓力的提高，使得進入輥縫的乳化液量增多，油膜更容易形成，以此來提高軋制潤滑，有利于熱劃傷缺陷的減輕。

2.3.3 軋制油配方的改良

軋制油為混合物，由基礎油和添加劑組成，其中基礎油包括合成脂、動物油和礦物油，添加劑包括乳化劑、油性劑、極壓劑和防銹劑等。極壓劑能提高抗極壓性和潤滑性，在軋制過程中吸附在帶鋼摩擦面上，反應形成具有層狀結晶構造的薄膜，在邊界潤滑狀態(tài)下發(fā)揮作用，達到抗磨和極壓效果。對現用油第一次改良油中添加了極壓劑。高粘度合成酯能夠提高潤滑性，在第二次改良油中加入，具體改進如表4所示。

表4 軋制油配方改良Table 4 Improvement of Formula for Rolling Oil

第一次改良軋制油主要是S系極壓劑進行增量，通過試生產，軋制速度有了一定的提高，但當軋制速度超過700 m/min時，熱劃傷缺陷又出現。第二次改良軋制油，再次對S系極壓劑進行增量，同時新增加了高粘度合成酯，進一步提高潤滑性能和抗極壓性能。通過兩次改良軋制油配方，四分廠冷連軋機組生產家電薄料軋制速度由600 m/min提高至800 m/min，無熱劃傷發(fā)生，同時，退火后的鋼卷表面質量沒有明顯變化。改良軋制油配方，提高了乳化液的潤滑性能和抗極壓性能，對消除熱劃傷起到了明顯的作用。

3 實施效果

通過采用以上改進方案，四分廠冷連軋機組生產家電薄料軋制速度提高至1 000 m/min以上時，無線狀劃傷缺陷出現。機組軋制狀態(tài)穩(wěn)定，生產效率和產品質量均得到了顯著提升，每月再未出現線狀劃傷缺陷的改判損失。此外，對下工序的跟蹤生產，以及對用戶的走訪交流，均反映家電薄料表面質量良好，對冷連軋機組改進效果表示非常滿意。

4 結論

（1）家電薄料在高速軋制下產生線狀劃傷缺陷的原因是輥件間軋制變形區(qū)內變形功過大，大量的熱能使油膜厚度變薄甚至局部破裂，導致軋輥與帶鋼直接接觸。

（2）總壓下率一定情況下，優(yōu)化軋制壓下規(guī)程，降低3架和4架壓下率、增加卷取張力，有利于線狀劃傷缺陷的減輕。

（3） 通過優(yōu)化工作輥粗糙度（3 架 0.6±0.1 μm，4架0.5±0.1 μm）和使用陶瓷砂輪精磨削工藝，減少了輥面的磨削劃痕缺陷，對減少線狀劃傷有一定作用。

（4）通過乳化液系統的改進：乳化液的濃度提高至3.8%～4.5%、3架和4架乳化液的流量提高至5 000～6 500 L/min、壓力提高至0.7 MPa，以及改良軋制油配方，提高了乳化液的潤滑性能和抗極壓性能，對消除線狀劃傷起到了明顯的作用。

（5）通過優(yōu)化軋制壓下規(guī)程、改良軋制油配方、提高乳化液濃度和乳化液流量、壓力以及提高軋輥磨削質量的綜合方案，可有效控制高速軋制下的線狀劃傷缺陷。