中厚板熱處理表面質(zhì)量缺陷分類、形成原因及控制

笪 靜

（新余新鋼集團有限公司，江西 新余 338001）

當前由于高品質(zhì)板材的需求量不斷提高，各板材生產(chǎn)廠家都在積極調(diào)整其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提升產(chǎn)品的附屬價值，在這樣的大環(huán)境下，中厚板的熱處理與生產(chǎn)逐漸受到了人們的高度關注。熱處理是指材料在固態(tài)下，通過加熱、保溫和冷卻的手段，以獲得預期組織和性能的一種金屬熱加工工藝。在這一環(huán)節(jié)當中，拋丸機是最重要的核心設備，其主要作用是對中厚板鋼板表面上的丸料進行清理，從而提供入爐前產(chǎn)品表面的整體質(zhì)量，對于具有高附加價值的中厚板軋制而言具有十分重要的影響。基于此，本文開展中厚板熱處理表面質(zhì)量缺陷分類、形成原因及控制研究。

1 中厚板熱處理表面質(zhì)量缺陷分類及形成原因分析

1.1 中厚板熱處理過程混入丸料

在進行中厚板熱處理過程中，當拋丸機的輥刷結(jié)構(gòu)進入到一個周期的末端位置時，常常會出現(xiàn)磨損現(xiàn)象。在對鋼板進行清理的過程中，加入的丸料會隨著鋼板一同帶入到拋丸機設備當中[1]。若未能夠及時找出帶入到拋丸機設備中的丸料，或沒有對其進行清理，則鋼板在完成堆垛后，其表面會出現(xiàn)丸料混入的問題產(chǎn)生。圖1為中厚板生產(chǎn)過程混入丸料示意圖。

圖1 中厚板生產(chǎn)過程混入丸料示意圖

同時，由于在對拋丸機設備整體結(jié)構(gòu)進行設計時，中厚板會在拋丸處理的過程中，使丸料深入到鋼板和輥道之間，加之鋼板自身重量影響，部分丸料會黏在鋼板表面，在經(jīng)過多次反復碾壓后，最終造成鋼板表面出現(xiàn)丸料混入的現(xiàn)象發(fā)生[2]。同時，中厚板生產(chǎn)過程混入丸料也是影響熱處理表面質(zhì)量的主要原因。

1.2 爐底產(chǎn)生輥壓痕

爐底產(chǎn)生輥壓痕也是影響中厚板熱處理表面質(zhì)量的重要因素之一，其主要形成的原因是由于爐底輥軸結(jié)構(gòu)表面結(jié)瘤所致，在相對較厚的中厚板結(jié)構(gòu)當中，在熱處理的高溫條件下，由于受到其自身重量的影響，會導致壓痕現(xiàn)象產(chǎn)生。

造成爐底輥軸結(jié)構(gòu)結(jié)瘤的主要原因是由于在輥軸結(jié)構(gòu)的表面吸附了面積較小的氧化鐵皮。在裝爐量不斷增加的過程中，帶入到熱處理爐內(nèi)的氧化鐵皮量不斷增加，使得輥軸結(jié)構(gòu)的表面堆積了大量的氧化鐵皮，在熱處理超高溫度條件下，吸附的氧化鐵皮在中厚板生產(chǎn)中不斷碾壓，會一層一層不斷增加，最終逐漸密實，造成鋼板表面被其擠壓出壓痕。因此氧化鐵皮是造成爐底產(chǎn)生輥壓痕的主要原因。

在進行中厚板熱處理過程中，產(chǎn)生氧化鐵皮的主要來源包括兩方面，一方面是外來氧化鐵皮在熱處理過程中被帶入到爐內(nèi)，另一方面是由于爐內(nèi)本身出現(xiàn)氣氛異常現(xiàn)象，經(jīng)過不斷反應后形成的氧化鐵皮。其中外來氧化鐵皮產(chǎn)生的主要原因是由于丸料中混有雜質(zhì)或現(xiàn)場鐵粉不斷累計所致[3]。形成原因主要是由于拋丸機設備的結(jié)構(gòu)設計不合理，吹掃效果不理想所致。而爐內(nèi)氧化鐵皮形成的主要原因是由于在進行熱處理的過程中，爐內(nèi)的氣氛異常，殘氧量指標不斷提升，超出規(guī)定范圍，最終導致爐內(nèi)形成大量的氧化鐵皮。同時，造成爐內(nèi)氣氛異常的主要原因是由于爐內(nèi)輻射管結(jié)構(gòu)可能存在損壞問題。

1.3 熱處理表面邊部擠壓變形

除上述兩種質(zhì)量缺陷類型以外，中厚板熱處理表面質(zhì)量缺陷還包括熱處理表面邊部擠壓變形。出現(xiàn)這一缺陷問題的主要原因是由于在熱處理過程中爐底輥道結(jié)構(gòu)局部出現(xiàn)了鼓包變形現(xiàn)象。同時，在熱處理高溫條件下，鋼板表面與爐底輥軸結(jié)構(gòu)的鼓包相互接觸，加之自身重量的影響，導致在爐內(nèi)運動過程中表面被擠壓變形[4]。出現(xiàn)爐底輥軸結(jié)構(gòu)鼓包變形的主要原因，是由于爐底輥軸結(jié)構(gòu)與中厚板之間的溫度相差較大，加之爐底輥壁本身較薄，因此其承受能力較差，在長時間的較大溫差條件下，造成與中厚板接觸位置上出現(xiàn)擠壓變形。

2 控制策略研究

2.1 控制混入丸料

有本文上述可知，混入丸料是影響中厚板熱處理表面質(zhì)量的主要缺陷類型之一，因此針對這一缺陷問題，本文提出如下控制策略：

圖2 掃吹裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖

為了能夠有效減少或避免拋丸機設備作業(yè)時，在鋼板的上下表面上混入丸料，并防止其混入到爐中，可在拋丸機設備出口位置，增設一個鋼板表面刮板結(jié)構(gòu)，并在拋丸機的出口外部增設多個掃吹裝置。圖2為掃吹裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 中，a表示熱處理鋼板前進方向；b表示熱處理鋼板；c表示人處理表面的氣動吹掃方向；d表示氣動吹嘴；e表示電磁電動閥；f表示氣動管道；g表示支架結(jié)構(gòu)；h表示輸送輥道。在進行中厚板熱處理過程中，通過刮板結(jié)構(gòu)對鋼板上下表面殘留的丸料進行清掃，并利用圖1所示的吹掃裝置，通過對鋼板實際位置進行跟蹤，并綜合丸料拋出速度以及尾部吹管安裝的位置，控制切斷閥的啟閉，從而實現(xiàn)對丸料的自動吹掃。同時，為了進一步提高對丸料的吹掃質(zhì)量，將吹掃管道的長度與丸料拋出的箱體寬度設置為相同數(shù)值，并在長度方向上每隔150mm距離的鉆孔上設置一個孔徑為5.5mm的小孔，將其作為噴氣口。在安裝吹掃裝置時，還應當保證噴氣口與水平方向的夾角呈55°，以此將附著在鋼板表面的丸料全部清除。通過上述操作，完成對拋丸機設備結(jié)構(gòu)的改造后，能夠有效降低丸料混入到爐中的概率，以此解決丸料混入造成中厚板鋼板表面質(zhì)量降低的問題。

2.2 控制爐底輥壓痕

針對中厚板熱處理表面存在的爐底輥壓痕缺陷問題，為實現(xiàn)對爐底輥壓痕的控制，可從控制鋼板拋丸質(zhì)量的角度出發(fā)，在保證鋼板表面沒有丸料殘留的情況下，提升拋丸的效果等級。同時，為實現(xiàn)在整個中厚板熱處理的過程中，保證其表面的潔凈度，還需要制定更加合理的洗爐清理機制[5]。根據(jù)不同中厚板熱處理的需要，選擇特定的洗爐板，并依靠鋼板自身的重力以及摩擦力，將吸附在爐底的氧化鐵皮進行碾壓、碾碎，以此在爐底輥軸轉(zhuǎn)動的過程中，氧化鐵皮會隨之脫落，實現(xiàn)對爐底輥軸上粘附物的清潔，從而提高中厚板表面的質(zhì)量，延長爐底的輥軸使用壽命。同時，針對裝爐階段的順序也需要進行更加合理的制定，進一步避免鋼板上下表面爐底輥軸壓痕現(xiàn)象的產(chǎn)生。

通過上述操作，完成對爐底輥壓痕的控制后，還需要根據(jù)爐底輥軸壓痕現(xiàn)象的產(chǎn)生情況進行長期的實踐。當熱處理過程中的工藝溫度小于800℃時，基本不會產(chǎn)生爐底輥軸壓痕現(xiàn)象，而當工藝溫度超過800℃時，厚度不小于25mm的鋼板爐底輥軸壓痕的深度一般會從原本的0.25mm～1.25mm，直接降低到0.10mm～0.25mm，而出現(xiàn)壓痕現(xiàn)象的鋼板比例也會從原本的25%降低到5%。同時，通過上述操作，修磨量會得到進一步的降低，并節(jié)約更多的勞動強度，實現(xiàn)對中厚板表面質(zhì)量的提升。

2.3 控制處理表面邊部擠壓變形

針對熱處理表面邊部擠壓變形缺陷問題，可通過提高熱處理溫度均勻性的方式控制。首先，通過縮短輥軸轉(zhuǎn)動速度的方式增加鋼板與輥面之間的接觸時間，接觸時間越短，則輥軸表面的溫度越高，溫差越小，出現(xiàn)鼓包的概率也越小，以此解決鋼板表面邊部擠壓變形的問題[6]。其次，通過增加擺動幅度的方式，將輥軸擺動一周設置為最佳擺動幅度，以此可以實現(xiàn)對輥道的均勻受熱，避免出現(xiàn)表面邊部擠壓變形。

除此之外，采用轉(zhuǎn)爐偏移控制的方法，也能夠在一定程度上避免出現(xiàn)鋼板表面邊部擠壓變形的問題。在生產(chǎn)時，根據(jù)鋼板厚度和時間進行劃分。針對厚度不超過90mm的鋼板正常裝入到爐中；針對厚度超過90mm的鋼板應當在裝爐過程中，在其一側(cè)墊入木塞結(jié)構(gòu)，使鋼板向另一側(cè)偏移150mm～250mm。隨著鋼板熱處理時間不斷延長，偏移周期不斷縮短，爐底輥軸工作面能夠形成交替運作的方式，以此緩解爐底輥軸內(nèi)部溫差應力過大的問題，減少鋼板表面邊部擠壓變形問題的產(chǎn)生。

3 結(jié)語

本文通過上述論述，在明確了中厚板熱處理表面質(zhì)量缺陷分類及形成原因的基礎上，提出了相應的控制策略，將其應用于實際中厚板的生產(chǎn)當中，可以有效改善鋼板表面質(zhì)量問題。同時，在實際生產(chǎn)過程中，通過控制中厚板鋼板邊部凹陷缺陷也能夠在一定程度上，減少殘次品的產(chǎn)生，進一步提升中厚板生產(chǎn)質(zhì)量。