熱軋大方坯表面凹坑缺陷成因研究與改進(jìn)實踐

徐記瑩,夏楊青

(寶山鋼鐵股份有限公司鋼管條鋼事業(yè)部,上海 201999)

1 概述

大方坯是寶鋼初軋的重要軋制品種,主要規(guī)格范圍為160方至450方。熱軋大方坯一般供下游工序,最終軋制成線材或棒材產(chǎn)品[1]。寶鋼初軋產(chǎn)線最主要的大方坯產(chǎn)品215方和166方就是供寶鋼特鋼公司(下稱寶特)軋制成棒材和線材產(chǎn)品。由于受限于方坯精整能力,寶特對部分鋼種的中間坯不采用精整處理(表面探傷+缺陷修磨),而是直接入爐加熱后軋制。對于這部分鋼種來說,初軋大方坯的表面質(zhì)量直接影響最終成品棒線材的表面質(zhì)量。

自2020年下半年以來,供寶特公司的215方與166方大方坯出現(xiàn)幾類較為典型的凹坑缺陷,嚴(yán)重影響了寶特最終產(chǎn)品的表面質(zhì)量。本文通過現(xiàn)場跟蹤和試驗驗證等方法系統(tǒng)研究了三種典型凹坑缺陷的產(chǎn)生原因,提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施,有效地降低了初軋大方坯表面凹坑缺陷發(fā)生率。

2 三種典型凹坑缺陷的形貌特征

2.1 面部條狀凹坑

如圖1所示,此類條狀凹坑缺陷無論長度還是深度都比較嚴(yán)重,如果不在下工序入爐再加熱前修磨干凈或切除,將嚴(yán)重影響最終成品質(zhì)量。經(jīng)過跟蹤分析,此類條狀凹坑缺陷存在以下特征規(guī)律:①缺陷僅存在于215方坯成品的上表面,而且集中在每支方坯的軋制頭部;②缺陷深度一般為1～5 mm、長度為10～300 mm不等,凹坑底部寬度有大有小,有形似裂縫的窄口狀凹坑,也有10 mm的寬底凹坑;③缺陷在整爐鋼坯中隨機(jī)出現(xiàn)。

圖1 條狀凹坑形貌Fig.1 Shape of strip-shaped pits

2.2 面部點狀凹坑

面部點狀凹坑缺陷形貌如圖2。其特點和規(guī)律較為明顯,都分布在每支鋼坯定尺剪斷后方坯頭部的上表面,距離方坯頭端約400 mm左右;不同方坯上的凹坑形狀相似,深淺基本相同。這類缺陷雖然不會造成切割浪費,但是需要將每個凹坑打磨平整,會大大增加精整工作量。因此,也亟需從源頭上找到該缺陷產(chǎn)生原因并予以改進(jìn)。

圖2 上表面點狀凹坑缺陷形貌Fig.2 Little pits on the upper surface of bloom

2.3 角部塊狀凹坑

角部塊狀凹坑缺陷外形一般呈餅狀(如圖3)。具備以下典型特征:①集中在每支鑄坯軋制并剪切后的第二支鋼坯上,且全部分布在軋制方坯上表面的DS側(cè)(軋制驅(qū)動側(cè))角部;②在沿軋制方向上的凹坑尾部有金屬翻卷堆積痕跡。

圖3 角部塊狀凹坑缺陷形貌Fig.3 Pit image of bloom in the corner

3 凹坑缺陷形成原因分析與改進(jìn)實踐

產(chǎn)生鋼坯表面缺陷的關(guān)鍵因素或環(huán)節(jié)有鋼錠質(zhì)量、熱送、加熱速度、軋制方法[2]。除此之外,過鋼件對熱軋鋼坯表面質(zhì)量的影響也很大。根據(jù)三種典型凹坑缺陷的形貌特征,筆者與團(tuán)隊成員研究后,排除了鋼錠質(zhì)量、熱送、加熱速度三種因素,分析認(rèn)為缺陷產(chǎn)生主要與不合理的軋制方法及過鋼件異常碰擦兩個因素有關(guān)。

初軋大方坯生產(chǎn)工藝流程為:電爐連鑄大方坯→加熱爐加熱→1#初軋機(jī)軋制→2#初軋機(jī)軋制→大剪切頭尾及定尺分段→推鋼機(jī)推出→空冷→精整入庫。

根據(jù)工藝流程,表1匯總了大方坯生產(chǎn)過程中主要過鋼件種類及可能造成的鋼坯表面缺陷類型。

表1 鋼坯生產(chǎn)中過鋼件匯總及可能產(chǎn)生的缺陷類型Table 1 Summary of facilities of touching bloom and the possible defect types

3.1 條狀凹坑缺陷

3.1.1 產(chǎn)生原因分析

這類條狀凹坑缺陷規(guī)律性特征明顯,僅存在于每支鑄坯軋制后的鋼坯近頭端上表面。根據(jù)排查分析,判定產(chǎn)生于2#初軋機(jī)軋制過程,與初軋機(jī)軋制(操作)方法有較大關(guān)系。

產(chǎn)生機(jī)理分析:2#初軋機(jī)軋制時,鋼坯頭部產(chǎn)生條塊狀刮絲,往復(fù)軋制過程中,刮起的條塊狀刮絲再次壓入鋼坯表面,從而導(dǎo)致鋼坯頭部長條狀壓痕的產(chǎn)生。為進(jìn)一步研究刮絲產(chǎn)生原因,團(tuán)隊對215方的軋制過程進(jìn)行跟蹤,發(fā)現(xiàn)在軋制第五道次時,鋼坯頭部往軋機(jī)驅(qū)動側(cè)彎曲嚴(yán)重,如圖4所示。若操作人員對彎頭不采取干預(yù),軋制第六道次時,鋼坯彎曲的頭部會“吃到”軋輥輥環(huán),從而在鋼坯側(cè)面產(chǎn)生刮絲,大部分刮絲會粘連在軋輥表面,小部分附著在鋼坯側(cè)面。經(jīng)過翻鋼裝置翻轉(zhuǎn)90°后,鋼坯側(cè)面翻轉(zhuǎn)到上表面,再經(jīng)過最后一道次較小壓下量的軋制,刮絲被壓入鋼坯上表面,從而產(chǎn)生條狀壓痕凹坑。

為了驗證上述原因分析的準(zhǔn)確性,進(jìn)一步摸清缺陷產(chǎn)生機(jī)理,重點對2#初軋機(jī)軋制情況進(jìn)行跟蹤檢查。發(fā)現(xiàn)在生產(chǎn)過程中,鋼坯頭部經(jīng)常產(chǎn)生側(cè)彎曲(如圖5),而且2#初軋機(jī)軋輥前的鋼梁上存在較多的條塊狀刮絲,如圖6。鋼坯冷卻后,頭部凹坑缺陷處也發(fā)現(xiàn)了未被剪切干凈的被壓入鋼坯上表面的殘留刮絲,如圖7。

圖5 鋼坯頭部側(cè)彎Fig.5 Side bending of bloom

圖6 軋制產(chǎn)生的刮絲Fig.6 Image of scraping

圖7 鋼坯頭部殘留的刮絲Fig.7 Residual scraping on the head of bloom

3.1.2 改進(jìn)措施

(1) 降低鋼坯頭部彎曲發(fā)生概率。軋制頭部彎曲與軋制時的軋輥狀態(tài)、孔型對中等有直接關(guān)系。制定并完善軋輥輥縫和孔型的調(diào)整標(biāo)準(zhǔn),上下輥縫兩側(cè)應(yīng)保持一致,DS和MS之間的差應(yīng)≤l mm;上下輥軋槽最大允許錯位差為1 mm。同時,軋制過程中,操作人員要適當(dāng)調(diào)整推床,確保咬入的對中精度。

(2) 優(yōu)化軋制規(guī)程。軋制第五道次,鋼坯頭部產(chǎn)生側(cè)彎。接下來的第六道次,鋼坯由原來的方孔軋制改為平孔軋制,即鋼坯從1孔平孔返回。平孔無輥環(huán),鋼坯頭部即使彎曲,也不會產(chǎn)生刮絲。

(3) 操作人員及時對異常的頭部彎曲進(jìn)行干預(yù)。在機(jī)前咬入前,要觀察鋼坯頭部直度,若鋼坯頭部存在明顯彎曲,操作人員必須使用推床矯直鋼坯后方可咬入。

3.2 點狀凹坑缺陷

3.2.1 產(chǎn)生原因分析

上表面點狀凹坑缺陷的形貌、大小與分布位置具有強(qiáng)烈的規(guī)律性,可以判定該缺陷是在某一過鋼件表面凸起物的壓入后形成。根據(jù)表1分析,將缺陷產(chǎn)生鎖定在大剪區(qū)域的鋼坯切頭和分段剪切過程。主要原因是大剪上剪刃壓緊板長時間接觸高溫鋼坯,表面逐步黏鋼產(chǎn)生凸起物,如圖8。高溫狀態(tài)下,大剪剪切時,鋼坯頭端部上表面被壓緊板上的凸起物壓入產(chǎn)生凹坑。

圖8 壓緊板上的異物Fig.8 Foreign adherence on pressure strip

根據(jù)分析,在大剪壓緊板上找到了相應(yīng)的凸起物,將其打磨后,后續(xù)軋制的大方坯表面未再發(fā)現(xiàn)該類點狀凹坑缺陷。

3.2.2 改進(jìn)措施

針對這一類缺陷產(chǎn)生原因,定期檢查壓緊板表面黏鋼情況,發(fā)現(xiàn)凸起物后及時打磨,可消除或有效減少大方坯上表面點狀凹坑缺陷的產(chǎn)生。

3.3 角部塊狀凹坑缺陷

3.3.1 產(chǎn)生原因分析

根據(jù)缺陷分布規(guī)律及形貌特征可以判斷,缺陷與軋制過程中過鋼件與鋼坯的動態(tài)碰撞有關(guān)。分析認(rèn)為該類缺陷產(chǎn)生于鋼坯前(后)動態(tài)輸送過程中,受過鋼件強(qiáng)烈碰擦而形成,最有可能的過鋼件是初軋機(jī)翻鋼鉤。

初軋機(jī)是可逆式水平軋機(jī),翻鋼鉤用來翻轉(zhuǎn)鋼坯,不翻鋼時翻鋼鉤鉤底“隱藏”在輥道下方,鉤身“隱藏”在推床側(cè)面專門開設(shè)的溝槽內(nèi)。由于設(shè)備缺陷,會出現(xiàn)推床傾斜等現(xiàn)象,平時“隱藏”在鉤槽內(nèi)的翻鋼鉤就會“露頭”,軋制過程中,露頭的翻鋼鉤會碰擦鋼坯底角。前后運動的鋼坯碰擦到翻鋼鉤后,角部產(chǎn)生“豁口”,被碰擦擠壓出的金屬會在沿運動方向的反方向上形成堆積。

進(jìn)一步排查分析發(fā)現(xiàn),此類缺陷產(chǎn)生時,2#初軋機(jī)靠近軋輥端第一個和第二個翻鋼鉤已經(jīng)脫離了溝槽,如圖9。鋼坯由機(jī)后往機(jī)前軋制時,底角碰擦翻鋼鉤,翻鋼后鋼坯底角被翻轉(zhuǎn)到上表面,繼續(xù)軋制,從而在成品上表面?zhèn)冉遣啃纬膳霾翣畎伎?。根?jù)鋼坯堆積方向可以斷定,鋼坯是在由機(jī)后到機(jī)前軋制時碰擦到翻鋼鉤的。

圖9 凸出的翻鋼鉤Fig.9 Escaping turning device

3.3.2 改進(jìn)措施

根據(jù)此類典型缺陷產(chǎn)生機(jī)理及軋制過程中翻鋼鉤異?？捎^察的特點,要求操作人員加強(qiáng)過程觀察,發(fā)現(xiàn)軋制中翻鋼鉤異常碰擦鋼坯則立即停止軋制,檢查調(diào)整推床,通過加裝騎馬鐵,扶正推床,使翻鋼鉤在不使用時始終處于“隱藏”狀態(tài),即可消除此類角部塊狀凹坑缺陷。

4 結(jié)論

(1) 大方坯表面凹坑缺陷主要產(chǎn)生于軋制過程中軋件與過鋼件的異常碰擦,與軋制(操作)方法及過鋼件狀態(tài)異常直接相關(guān)。

(2) 針對初軋大方坯表面三類典型凹坑缺陷,通過分析、跟蹤及試驗驗證等,剖析了缺陷產(chǎn)生的根本原因,并針對性制定了改進(jìn)措施。

(3) 改進(jìn)措施實施后,初軋大方坯表面三種典型的凹坑缺陷批量發(fā)生率大大降低,確保了大方坯表面質(zhì)量穩(wěn)定,減輕了后道工序壓力,改善效果顯著。