八鋼硬線鋼表面缺陷控制生產(chǎn)實(shí)踐

帥虹全

(新疆八一鋼鐵股份有限公司軋鋼廠)

前言

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼中含碳量≥0.45%的中高碳鋼軋制的線材稱為硬線鋼。 硬線鋼主要作為金屬制品行業(yè)的原料,廣泛被用于加工低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絲繩、彈簧制品、鋼絞線、輪胎鋼絲及鋼簾線、中高強(qiáng)度緊固件等。 八鋼2#高線生產(chǎn)的硬線鋼產(chǎn)品主要是用作預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線和鋼絲繩。

近幾年隨著八鋼高速線材軋機(jī)裝備和工藝技術(shù)的優(yōu)化改進(jìn),八鋼硬線鋼產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量不斷提高,產(chǎn)品得到用戶認(rèn)可。 目前八鋼硬線鋼年產(chǎn)量超過20 萬噸。 但硬線鋼用戶在下游拉拔生產(chǎn)過程中, 偶爾會(huì)出現(xiàn)脆性斷裂和疲勞壽命低于標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量問題,給用戶造成損失。

通過對(duì)盤條的生產(chǎn)過程跟蹤和取樣檢驗(yàn)分析,硬線鋼脆性斷裂和疲勞壽命低的原因是由于軋件在生產(chǎn)變形過程中表面遭到損傷,軋制成品表面出現(xiàn)微裂紋、劃線、翹皮等缺陷造成的。

1 缺陷描述及原因分析

1.1 表面微裂紋缺陷分析

對(duì)下游用戶拉拔有缺陷的硬線鋼母材進(jìn)行酸洗觀測(cè),酸洗前母材表面光滑,沒有表面缺陷(見圖1);酸洗后母材表面氧化鐵皮脫落,基體表面出現(xiàn)一條通條連續(xù)的淺裂紋(見圖2)。 繼續(xù)對(duì)酸洗后母材裂紋處進(jìn)行金相檢驗(yàn),測(cè)得兩根母材表面微裂紋深度分別為187 微米和99 微米(見圖3、4)。

圖1 酸洗前母材表面

圖2 酸洗后母材表面

圖3 表面裂紋深度187 微米

圖4 表面裂紋深度99 微米

這種連續(xù)呈一條線的表面微裂紋產(chǎn)生的原因一般有兩種:一種是由于軋件在軋制成成品后,在剪前輥道和裙板輥道運(yùn)輸過程中被劃傷,形成一道連續(xù)的劃線;另一種是軋件在非末尾道次軋制時(shí),料形過充滿形成凸起的“耳子”。 后續(xù)道次軋制時(shí)將凸起部分軋入軋件基體,形成連續(xù)的折疊缺陷。根據(jù)用戶提供的有缺陷母材的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)分析。 酸洗前母材表面未發(fā)現(xiàn)有微裂紋,說明裂紋是在表面氧化鐵還未生成之前產(chǎn)生的,即在軋件還未經(jīng)k1 道次軋成成品裂紋便已產(chǎn)生,可排除成品劃線這一因素。 觀察金相照片裂紋根部,其底部呈尖狀,與折疊部分根部經(jīng)多道次軋制變形后的形貌相符。 因此判斷母材這種連續(xù)微裂紋是凸起“耳子”引起的連續(xù)折疊缺陷。

高速線材產(chǎn)品產(chǎn)生凸起“耳子”的原因主要與孔型面積設(shè)計(jì)和軋件料形尺寸控制有關(guān)。 八鋼2 高線1#-18#軋機(jī)采用的是無軋制,連軋中軋件寬度方向?qū)僮杂蓪捳範(fàn)顟B(tài),寬度不受軋槽側(cè)壁限制,易造成寬度偏大。 在精軋有孔型軋制時(shí)軋件易出現(xiàn)過充滿現(xiàn)象。

1.2 表面翹皮缺陷分析

翹皮缺陷也是八鋼硬線鋼常見的一種母材表面缺陷,其形貌特征為在母材的表面沿軸線方向出現(xiàn)無規(guī)則的魚鱗狀痕跡或翹起的薄皮(見圖5)。 翹皮缺陷對(duì)拉拔工序影響很大,在冷拉拔過程中,翹起的金屬顆粒會(huì)在拉拔磨具的潤(rùn)滑區(qū)或工作區(qū)積聚,使拉拔后的鋼絲表面損壞(見圖6)。

圖5 母材表面翹皮缺陷

圖6 拉拔工序翹皮缺陷

翹皮缺陷的表觀特征是缺陷在盤條表面斷續(xù)出現(xiàn),且無規(guī)律。 大多原因是軋槽使用時(shí)間過長(zhǎng),軋槽表面磨損嚴(yán)重,軋件表面在軋槽內(nèi)塑性變形時(shí)被磨損的槽面刮傷,形成點(diǎn)狀金屬堆積,并在下一道次軋制時(shí)金屬堆積物被壓入軋件基體,形成翹皮缺陷。 另外導(dǎo)衛(wèi)、導(dǎo)槽表面不光滑有凸起物時(shí)也會(huì)對(duì)軋件表面刮傷,形成翹皮。

2 改進(jìn)措施和效果

2.1 表面微裂紋缺陷控制措施

優(yōu)化軋制硬線鋼關(guān)鍵道次的孔型,在保持2 高線1#-11#軋機(jī)無孔軋制的情況下,將13#～17#軋機(jī)由原來的無孔型改為橢圓孔與圓形孔交叉配置,靠孔型側(cè)壁將軋件的寬度進(jìn)行限制,避免件寬度過大產(chǎn)生凸起“耳子”缺陷。

孔型系統(tǒng)優(yōu)化前后對(duì)比見表1:

表1 孔型系統(tǒng)優(yōu)化前后對(duì)比

2.2 表面翹皮缺陷控制措施

消除翹皮缺陷的重點(diǎn)是解決軋槽表面過度磨損和導(dǎo)衛(wèi)導(dǎo)槽表面光潔度差的問題。 八鋼在多年的硬線鋼生產(chǎn)實(shí)踐中,摸索出一套控制方法,有效解決了硬線鋼的翹皮缺陷。

(1)合理控制軋槽的過鋼噸位,避免超噸位軋制造成槽面過度磨損。 經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)、摸索,修正了硬線鋼軋槽噸位表。 嚴(yán)格按照表中規(guī)定合理的控制軋槽過鋼量,既保證了軋槽的有效利用,又可 避免軋槽過度磨損造成質(zhì)量缺陷(見圖7)。

圖7 修正后的軋制噸位表

(2)軋制時(shí)軋槽表面與紅鋼接觸溫度很高,軋輥的冷卻效果對(duì)軋槽表面的磨損量影響很大。 為提高軋輥的冷卻效果,對(duì)軋輥冷卻水管形式按槽寬的1.2 倍進(jìn)行改進(jìn),水管寬度由原來的95.8mm,擴(kuò)展到現(xiàn)在的115mm,冷卻水溫夏季保持在23 ～28℃,冬季保持在18℃以下。 (見圖8)

圖8 改進(jìn)后的軋槽冷卻裝置

(3)針對(duì)導(dǎo)衛(wèi)導(dǎo)槽表面光潔度差的問題,主要是通過加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)管理,制訂導(dǎo)衛(wèi)、導(dǎo)槽的檢查標(biāo)準(zhǔn)。 導(dǎo)衛(wèi)、導(dǎo)槽在上線前由調(diào)整工按標(biāo)準(zhǔn)化模式對(duì)與紅鋼接觸的導(dǎo)板、導(dǎo)輪等部件的光潔度進(jìn)行檢查。 發(fā)現(xiàn)光潔度超標(biāo)時(shí)進(jìn)行修磨后再上線。

2.3 效果情況

八鋼通過孔型系統(tǒng)的工藝優(yōu)化、槽面磨損量的控制和導(dǎo)衛(wèi)導(dǎo)槽標(biāo)準(zhǔn)化管理的一系列措施,使硬線鋼產(chǎn)品的表面質(zhì)量得到有效改善。 大幅提升了八鋼硬線鋼產(chǎn)品的品質(zhì)。

(1)2021 年由于表面裂紋、翹皮質(zhì)量原因造成的停車時(shí)間,較上一年降低了35 小時(shí),提升作業(yè)率0.39%。

(2)2021 年硬線鋼表面缺陷造成的廢次降率較上一年降低了0.05%。

(3)2021 年硬線鋼表面缺陷造成的用戶質(zhì)量異議為零起。

3 結(jié)束語(yǔ)

(1)硬線鋼母材表面裂紋、翹皮等缺陷會(huì)遺傳至下游拉拔工序,拉拔工序不能完全消除母材帶來的表面缺陷,會(huì)造成拉拔過程發(fā)生脆性斷裂和降低制絲成品疲勞壽命。

(2)通過合理優(yōu)化孔型系統(tǒng)和軋制工藝能有效解決硬線鋼因凸起“耳子”造成的表面微裂紋缺陷。

(3)軋輥槽面冷卻和軋槽噸位的管控能有效控制硬線鋼翹皮缺陷的產(chǎn)生。