八鋼硬線鋼表面缺陷控制生產實踐

帥虹全

(新疆八一鋼鐵股份有限公司軋鋼廠)

前言

優質碳素結構鋼中含碳量≥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的原料,廣泛被用于加工低松弛預應力鋼絲、鋼絲繩、彈簧制品、鋼絞線、輪胎鋼絲及鋼簾線、中高強度緊固件等。 八鋼2#高線生產的硬線鋼產品主要是用作預應力鋼絲、鋼絞線和鋼絲繩。

近幾年隨著八鋼高速線材軋機裝備和工藝技術的優化改進,八鋼硬線鋼產品的產量和質量不斷提高,產品得到用戶認可。 目前八鋼硬線鋼年產量超過20 萬噸。 但硬線鋼用戶在下游拉拔生產過程中, 偶爾會出現脆性斷裂和疲勞壽命低于標準的質量問題,給用戶造成損失。

通過對盤條的生產過程跟蹤和取樣檢驗分析,硬線鋼脆性斷裂和疲勞壽命低的原因是由于軋件在生產變形過程中表面遭到損傷,軋制成品表面出現微裂紋、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

對下游用戶拉拔有缺陷的硬線鋼母材進行酸洗觀測,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,基體表面出現一條通條連續的淺裂紋(見圖2)。 繼續對酸洗后母材裂紋處進行金相檢驗,測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

這種連續呈一條線的表面微裂紋產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輸過程中被劃傷,形成一道連續的劃線;另一種是軋件在非末尾道次軋制時,料形過充滿形成凸起的“耳子”。 后續道次軋制時將凸起部分軋入軋件基體,形成連續的折疊缺陷。根據用戶提供的有缺陷母材的檢驗數據分析。 酸洗前母材表面未發現有微裂紋,說明裂紋是在表面氧化鐵還未生成之前產生的,即在軋件還未經k1 道次軋成成品裂紋便已產生,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,與折疊部分根部經多道次軋制變形后的形貌相符。 因此判斷母材這種連續微裂紋是凸起“耳子”引起的連續折疊缺陷。

高速線材產品產生凸起“耳子”的原因主要與孔型面積設計和軋件料形尺寸控制有關。 八鋼2 高線1#-18#軋機采用的是無軋制,連軋中軋件寬度方向屬自由寬展狀態,寬度不受軋槽側壁限制,易造成寬度偏大。 在精軋有孔型軋制時軋件易出現過充滿現象。

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無規則的魚鱗狀痕跡或翹起的薄皮(見圖5)。 翹皮缺陷對拉拔工序影響很大,在冷拉拔過程中,翹起的金屬顆粒會在拉拔磨具的潤滑區或工作區積聚,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出現,且無規律。 大多原因是軋槽使用時間過長,軋槽表面磨損嚴重,軋件表面在軋槽內塑性變形時被磨損的槽面刮傷,形成點狀金屬堆積,并在下一道次軋制時金屬堆積物被壓入軋件基體,形成翹皮缺陷。 另外導衛、導槽表面不光滑有凸起物時也會對軋件表面刮傷,形成翹皮。

2 改進措施和效果

2.1 表面微裂紋缺陷控制措施

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

孔型系統優化前后對比見表1:

表1 孔型系統優化前后對比

2.2 表面翹皮缺陷控制措施

消除翹皮缺陷的重點是解決軋槽表面過度磨損和導衛導槽表面光潔度差的問題。 八鋼在多年的硬線鋼生產實踐中,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。 經過反復試驗、摸索,修正了硬線鋼軋槽噸位表。 嚴格按照表中規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量缺陷(見圖7)。

圖7 修正后的軋制噸位表

(2)軋制時軋槽表面與紅鋼接觸溫度很高,軋輥的冷卻效果對軋槽表面的磨損量影響很大。 為提高軋輥的冷卻效果,對軋輥冷卻水管形式按槽寬的1.2 倍進行改進,水管寬度由原來的95.8mm,擴展到現在的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 改進后的軋槽冷卻裝置

(3)針對導衛導槽表面光潔度差的問題,主要是通過加強標準化作業管理,制訂導衛、導槽的檢查標準。 導衛、導槽在上線前由調整工按標準化模式對與紅鋼接觸的導板、導輪等部件的光潔度進行檢查。 發現光潔度超標時進行修磨后再上線。

2.3 效果情況

八鋼通過孔型系統的工藝優化、槽面磨損量的控制和導衛導槽標準化管理的一系列措施,使硬線鋼產品的表面質量得到有效改善。 大幅提升了八鋼硬線鋼產品的品質。

(1)2021 年由于表面裂紋、翹皮質量原因造成的停車時間,較上一年降低了35 小時,提升作業率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量異議為零起。

3 結束語

(1)硬線鋼母材表面裂紋、翹皮等缺陷會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,會造成拉拔過程發生脆性斷裂和降低制絲成品疲勞壽命。

(2)通過合理優化孔型系統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生。