精軋機工作輥輥面氧化膜的控制.doc

精軋機工作輥輥面氧化膜的控制趙建勇，閆萍（唐山不銹鋼有限責任公司 軋鋼部）摘要：分析了氧化膜生長機制、分布形態(tài)及變化規(guī)律，探討了氧化膜失效對輥面粗糙度和磨損狀態(tài)的影響，結合1 580 mm生產(chǎn)線的實踐提出了控制軋輥溫度、降低剪切應力的改進措施。關鍵詞：精軋機；工作輥；輥面；氧化膜；控制1概述 熱軋精軋機工作輥處于高溫、高應力、水蒸氣等工況條件,工作輥表面會形成一層薄的、致密的但是耐磨的氧化膜。完好致密的輥面氧化膜不僅可以降低帶鋼和工作輥之間的摩擦因數(shù)、防止熱裂紋向輥體擴展、阻止帶鋼熱量向輥體擴散從而延長工作輥的工作周期和使用壽命,而且可以提高帶鋼的表面質(zhì)量。相反,氧化膜不均勻脫落,將造成輥面的不均勻磨損,直接影響輥形、動態(tài)輥縫和帶鋼斷面凸度。2 輥面氧化膜的形成2.1氧化膜的產(chǎn)生機理 工作輥輥面的氧化膜是在輥面、帶鋼以及軋輥冷卻水形成的高溫、高應力、水蒸氣等工況條件下，通過輥面中鐵離子和氧的擴散來形成和生長的：大氣中的氧分子吸附在輥面的表面上發(fā)生離解獲得電子而生成氧離子，然后與輥面基體內(nèi)的鐵離子相遇并生成氧化膜。氧離子繼續(xù)向軋輥內(nèi)部擴散，與此同時，鐵離子和電子從鐵表面釋放并向氧化膜表面輸送，氧離子和鐵離子在氧化膜中的某處相遇并生成新的氧化物。2.2氧化膜的宏觀形態(tài) 下機后的工作輥，輥面氧化膜按其宏觀形貌以及粗糙程度大體可分為以下幾種形態(tài)： （1）輥面均勻分布一層呈銀灰色或淺藍色的薄氧化膜，表面光潔，此時能夠完全滿足帶鋼表面的質(zhì)量要求，而且可以裝入軋機繼續(xù)使用。 （2）輥面氧化膜也呈銀灰色或淺藍色甚至藍色，但是輥面光潔度較差，無法滿足某些對表面有特殊要求的帶鋼的質(zhì)量要求，需要換輥。 （3）氧化膜較厚呈黑色時，氧化膜表面分布著致密的龜裂紋，存在局部劃傷和脫落，粗糙度明顯增大且分布不均勻，會導致帶鋼產(chǎn)生三次氧化鐵皮等缺陷。 （4）氧化膜裂紋明顯擴展，造成輥面氧化膜脫落，形成流星斑、回紋、斑帶和大面積脫落等氧化膜異常缺陷。 綜上所述，氧化膜的厚度決定了其宏觀形貌，氧化膜的宏觀形貌又決定了熱軋帶鋼的表面質(zhì)量，理想的輥面氧化膜意味著輥面顏色保持銀灰色,經(jīng)過長時間的軋制,也不會發(fā)生脫落,這對于減少熱軋工作輥磨損和異常事故非常有利，因此良好輥面氧化膜的建立與維護成為了重中之重。隨著氧化膜的厚度不同，其顏色也不斷變化,顏色越深則氧化膜越厚。其中，以灰色以及淺藍色的氧化膜厚度為最好，銀色氧化膜由于太薄不耐磨，易引起軋輥輥面粗糙；而藍色、深藍色以及黑色的氧化膜會出現(xiàn)橘皮現(xiàn)象或者脫落。這是由于氧化膜的抗剪強度及與基體的結合強度隨著氧化膜的厚度增加而降低。當氧化膜呈深藍色或黑色時, 其厚度通常會超過2 m，在軋制力的反復作用下,氧化膜沿碳化物周圍萌生微裂紋,致使輥面粗糙度升高、耐磨損性能下降，嚴重者形成大面積脫落等氧化膜異常缺陷。3 良好輥面氧化膜的建立 要想建立理想的氧化膜，關鍵在于工作輥上機后開軋初期的輥身溫度控制，因此要制定嚴格的燙輥制度和工作輥冷卻水水量制度。軋鋼時必須嚴格按規(guī)定進行燙輥：計劃換輥后開軋前 5 塊鋼時，軋輥冷卻水的水量要由F7 軋機的65%向上游機架依次增大，兩塊鋼的軋制時間間隔為5min，保證軋輥的平緩預熱； 軋制后 5 塊鋼時，軋輥冷卻水的水量F7為70%，同時上游機架依次增大，連續(xù)兩塊鋼的軋制時間間隔為3-4min,適當提高輥溫, 加速軋輥氧化膜的形成；軋制第 11 塊鋼之后,水量恢復到100 % ,以防止氧化膜進一步加厚而剝落，燙輥期間軋制節(jié)奏要慢, 以確保軋輥輥面氧化膜建立良好。4 工作輥輥面氧化膜的維護 建立了良好的輥面氧化膜后, 在軋制過程中還應重點維護，維護的重點在于軋輥溫度的控制以及降低剪切應力的作用。4.1軋輥溫度的控制 熱軋過程中工作輥的瞬時表面溫度為500700 ,輥體溫度超過60 。影響氧化膜增長的關鍵因素是工作輥表面溫度，因此,加強工作輥強冷卻,縮短輥面處于高溫狀態(tài)的時間,是控制輥面的氧化膜厚度、熱凸度、減少熱裂紋的重要手段。資料1顯示，當軋輥溫度控制在某一范圍內(nèi)時, 軋輥輥面氧化膜維護良好, 熱軋帶鋼表面不會產(chǎn)生氧化鐵皮缺陷。 （1）軋輥周向溫度的控制。輥面從與帶鋼的接觸弧出來后,為了縮短輥面處于高溫狀態(tài)的時間，必須盡快將溫度由700 降至300 以下,以防止進一步氧化?？梢圆扇≡谲堓伻肟趥炔贾脙膳艊娮?、出口側布置3排噴嘴的冷卻水裝置,通過加大出口側冷卻水量、減少入口側水量以加強工作輥的冷卻效果。另外，在高溫卷在同一軋制計劃中編排過多時，還要通過控制軋制的節(jié)奏的快慢來調(diào)節(jié)軋輥的冷卻效果。 （2）軋輥軸向溫度的控制。由于軋制時，帶鋼與軋輥的寬度不同，這就造成了軋輥在軸向上溫度分布不均，這直接影響了工作輥氧化膜的保持和帶鋼斷面控制,存在局部氧化膜較厚或脫落現(xiàn)象。通過對工作輥冷卻水分布進行優(yōu)化,加大了工作輥中部的冷卻水量,輥面軸向溫度明顯分布均勻,氧化膜的厚度和顏色趨于正常。另外，軋輥冷卻水噴嘴的通暢與否是影響軋輥溫度在寬度方向上均勻性的另一主要原因。因此每次換輥時都應對軋輥冷卻水噴嘴進行檢查。如有堵塞現(xiàn)象要立即進行更換，以確保軋輥冷卻水的正常投入。4.2降低剪切應力作用輥面氧化膜受到的剪切應力是其失效脫落的另一個重要因素，減少其因受到的交變應力、摩擦力引起的剪切應力是維護氧化膜的一個主要措施。 （1）降低有負荷引起的剪切應力。精軋機工作輥載高溫、高速、大壓下量和驟冷驟熱條件下工作，其輥面氧化膜周期承受著巨大的交變應力，如果軋機F1F7 的負荷分配不合理，某一個或者幾個機架的負荷過大，造成工作輥輥面氧化膜達到疲勞極限, 輥面氧化膜就會產(chǎn)生裂紋,當裂紋尺寸長大到一定程度時,垂直于輥面的裂紋與平行于輥面的裂紋匯合,在工作輥和熱軋帶鋼之間的強大剪應力作用下,輥面氧化膜就會產(chǎn)生剝落。在生產(chǎn)實踐過程中，1 580mm生產(chǎn)線軋機F2在所有機架中負荷分配最大，在前一段時間F2軋輥表面氧化膜脫落比較嚴重。因此負荷的合理分配對氧化膜的保護至關重要。如生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)某機架的負荷過大時, 可適當將該機架的負荷分配到其他機架,或者將一部分負荷調(diào)整到粗軋機，以減少對輥面氧化膜的剪切破壞作用。 （2）使用軋制潤滑油減少摩擦引起的剪切應力，軋制潤滑油可以降低帶鋼與軋輥氧化膜的摩擦力以及軋制力。在生產(chǎn)中未投入使用軋制油，所以效果有待于進一步研究。5 結論 工作輥的氧化膜形態(tài)特征決定了失效形式,氧化膜的厚度不同,顏色也不同。顏