初軋開坯機典型軋制缺陷分析及改進措施

黃楊，王芝

（湖南華菱湘潭鋼鐵集團有限公司棒材廠，湖南 湘潭 411101）

自2014年6月在推床增加立輥以來，湘鋼二棒材廠Ф800軋機解決了推床劃傷的軋制缺陷。但自2017年下半年以來，通過離線磁粉探傷，發現圓鋼表面存在因Ф800軋制產生的缺陷造成的成品裂紋、折疊。根據生產科的統計報表顯示，2017年9月～2018年2月的裂紋、折疊缺陷修磨率達到1.52%，客戶對因缺陷造成的鍛打開裂的質量投訴達到3次/月。Ф800軋制缺陷嚴重制約了棒材產品質量的提升。

1 工藝概況及典型軋制缺陷

湘鋼二棒材廠為半連續式工藝布置，初軋開坯為二輥可逆式Ф800軋機,連軋機有8架，為Pomini短應力軋機，生產規格為Ф50～Ф220mm，原料斷面三種：150×150mm、240×240mm 、300×430mm。 根據 軋制規格的不同，Ф800軋機可為連軋開出不同斷面的料型。Ф800軋機孔型系統為箱型，在軋機前通過翻鋼機翻鋼往復軋制。通過磁粉探傷及酸洗取樣收集的數據統計，發現成品有如下三種典型的表面缺陷：

Ⅰ類：簇狀裂紋，見下圖1。

圖1 簇狀裂紋

Ⅱ類：直線折疊，見下圖2。

圖2 通條直線折疊

Ⅲ類：短小裂紋折疊，見下圖3。

圖3 短小裂紋

對上述缺陷樣品進行金相分析，結果顯示：缺陷深度在0.12～0.3mm，缺陷處不存在基體氧化物與二次氧化物圓點，經腐蝕后，缺陷處未發現明顯區別于其它位置的脫碳現象，基體組織為珠光體+鐵素體，缺陷系鑄坯加熱之后軋制產生。

對上述樣品進行1/3熱頂鍛試驗，發現缺陷深度≥0.15mm的樣品，均不同程度出現頂鍛開裂。因此，該類缺陷對客戶使用存在較大質量風險。

2 缺陷產生原因分析

上述三類缺陷，通過取Ф800軋制后坯料和成品樣品進行對比，發現：Ф800軋后中間坯料就存在劃傷、凹坑、折疊等缺陷的，經連軋機軋制后在成品表面形成折疊，Ф800軋制坯料無缺陷部位在經連軋軋制后，表面也沒有缺陷。

因此判斷：此類缺陷來源于Ф800初軋機。

2.1 簇狀裂紋

簇狀裂紋是在圓鋼表面沿長度方向在一定寬度內分布的。通過現場長期跟蹤，成品取樣酸洗、金相分析，發現造成此種缺陷的根源為Ф800軋槽結瘤。

Ф800軋機采用的是鍛鋼堆焊軋輥，合金鋼由于它的粘性好，在高溫高變形抗力下工作時若冷卻效果不夠理想，隨變形金屬的流動容易在軋輥表面工作區域出現塊狀結瘤，它將使軋件留下塊狀印痕。當結瘤嚴重時軋件上的塊狀印痕也就愈加明顯，當較重的印痕處于受壓側面，通過下一道次軋制就會在與軋輥的非接觸區產生嚴重的褶皺，最終在鋼材表面出現簇狀的裂紋。

2.2 直線折疊

直線折疊缺陷從質檢處統計數據分析，主要集中在42CrMo、20CrMnMo、38CrMoAl等高合金鋼上面，該類高合金鋼共同特點是較普通碳素結構鋼變形抗力大、寬展大。經現場實際測量寬展量，與普通中碳鋼相比，寬展量普遍大2～3mm。

由于該類鋼軋制變形抗力大，因此軋制穩定性較差，軋件容易產生扭轉現象，經后面道次軋制形成折疊。寬展大，容易造成孔型過充滿，大大增加軋件與推床立輥的作用力，使推床立輥輥面和軸磨損后產生內陷，導致了軋件直接與床面接觸形成滑動摩擦，產生直線劃傷，劃傷經后面道次軋制后形成直線折疊。

2.3 短小裂紋、折疊

該類缺陷在磁粉探傷過程中，沒有明顯規律，深度在0.1～0.2mm居多，長度50～300mm。現場對缺陷部位多次取樣做金相檢驗分析發現：缺陷附近均存在大量的尺寸大小不同的條塊狀氧化物和圓點（顆粒）狀高溫氧化物，組織為鐵素體+珠光體，缺陷處脫碳與周圍機體組織一致。通過反復的跟蹤實驗，發現此類缺陷是由于鑄坯表面氧化鐵皮去除不干凈，在Ф800多道次軋制過程中，不斷地脫落和壓入，形成了無規律裂紋缺陷。

3 改進措施

3.1 簇狀裂紋

簇狀折疊產生原因在于軋輥結瘤，因此優化孔型和改善軋槽冷卻效果可解決此問題。

Ф800軋機原設計孔型K1、K2孔槽高較深，側壁斜度較小，K1、K2孔分別軋制6道和4道，軋制道次多，總寬展量大，結瘤常產生在槽口位置。因此本次將K1、K2孔槽高減小10mm，側壁角φ增加3°，見圖4。

圖4 改進后的K1、K2孔型

高合金鍛鋼堆焊材質軋輥粘性高，對高溫金屬產生大的變形力作用下，根據艾克隆德公式計算，軋制壓力可達3000kN以上。大的軋制壓力、摩擦力使軋輥表面產生變形熱，溫度升高很快，連續生產1小時，軋槽溫度可達55℃。因此對軋槽冷卻水管進行改進。將Ф40mm管徑單管供水改為Ф50mm管徑雙管供水，將軋槽單排孔橫水管改為4排孔水管。供水壓力由2.5kPa增加到3KPa。

3.2 直線折疊

針對直線折疊產生的原因，從提高加熱溫度、優化軋制程序、改良立輥軸套型式三個方面進行攻關，解決了此問題。

（1）提高加熱溫度。對42CrMo、20CrMnMo、38CrMoAl等高合金鋼，提高其加熱段和均熱段溫度，延長其加熱時間，降低其軋制變形抗力，減小寬展。如表1。

（2）優化軋制程序。主要是在原有軋制程序基礎上，增加壓下補償，用來消除因鋼種差異造成的寬展增加量。根據不同鋼種，設定壓下補償系數κ，κ取值1～3mm，輸入到自動壓下的壓下規程里面。

（3）改進立輥軸套型式。原立輥軸套為圓柱孔直套，因軸套磨損，立輥容易內陷和竄動，使軋件與推床面形成直接接觸，產生劃傷。改進后的軸套為錐形套，有效地解決了竄動和內陷問題。如圖5、圖6所示。

表1 改進后加熱溫度對照表

圖5 改進前的錐套

圖6 改進后的錐套

3.3 短小裂紋、折疊

該類缺陷產生原因主要是連鑄坯氧化鐵皮壓入造成，因此對出爐后的除鱗機進行改進，同時在Ф800軋機后增加高壓水除鱗裝置，對還有除鱗不凈的鋼坯在開坯孔型中進行破鱗軋制，徹底解決了此問題。

原有除鱗設備采用多級泵變頻增壓，最大壓力只能達到12MPa，不能有效去除出爐鋼坯表面的氧化鐵皮。通過攻關，對除鱗設備進行改進，增加了一套24罐儲能器，使除鱗壓力達到16MPa以上，大大改善了除鱗效果。

另外，在Ф800軋機機后K1、K2孔位置增加一套高壓水除鱗。將除鱗程序錄入到壓下規程，根據軋制道次、翻鋼道次進行除鱗，有效地清除了高壓水除不干凈的氧化鐵皮和二次氧化鐵皮。另外，對表面氧化鐵皮很難去除的部分鋼種，如含Ni鋼、高錳高硅鋼，Ф800采用增加道次破鱗軋制工藝，小壓下量將氧化鐵皮破碎，再翻鋼軋制去除。

4 結語

通過對Ф800開坯機三種典型軋制缺陷的原因分析，采取優化孔型、調整軋制工藝、改進水除鱗設備和立輥軸套結構等措施，使此三種軋制缺陷得到有效控制。根據4月到8月份的質量檢查報表數據，軋制裂紋、折疊的修磨率降低到0.48%，比攻關前下降了1.04%。4月份以后生產的圓鋼，暫只收到因軋制裂紋、折疊造成的鍛打開裂質量投訴1起，說明改進措施達到了預期的效果。