熱軋薄板表面氧化鐵皮類缺陷的形成機(jī)理與控制

1、熱軋薄板表面氧化鐵皮類缺陷的形成機(jī)理與控制熱軋薄板表面氧化鐵皮類缺陷的形成機(jī)理與控制徐海衛(wèi)于洋朱國(guó)森李金寶關(guān)建東劉蘭宵(技術(shù)研究院)(遷鋼公司)摘要針對(duì)供冷軋用熱軋薄板表面出現(xiàn)的氧化鐵皮麻點(diǎn)表面缺陷，介紹了氧化鐵皮壓入與氧化鐵皮麻點(diǎn)的形成機(jī)理，分析了造成該缺陷的影響因素，并結(jié)合遷鋼公司2160熱連軋生產(chǎn)線的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，提出了預(yù)防和減少該缺陷的措施.關(guān)鍵詞熱軋薄板表面缺陷氧化鐵皮麻點(diǎn)預(yù)防措施AnalysisofCausesofScaleMarkFormationontheSurfaceofHotRolledThinStripXUHaiweiYUYangZHUGuosenLIJinbaoGUANJi

2、andongLIULanxiao(TheResearchInstituteofTechnology)(QiananIronandSteelCo.,Ltd.)AbstractInthispaper,themechanismsofformationandaffectingfactorsofrolled-inscaleandscalemarkareanalyzed,whicharethemajorsurfacedefectsofcontinuoushotrolledstripusedforcoldrolling.Basedontheproductionexperienceon2160mmhotstr

3、iprollingmillatQiananIronandSteelCo.,Ltd.,themethodsofpreventingthemhavebeenanalyzedintheoryandprovedinpractice.KeyWordshotrolledstrip,surfacedefect,scalemark,preventingmethods近年來(lái)，隨著冷軋汽車板和家電板的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)及其產(chǎn)量的不斷提高,用戶對(duì)帶鋼表面質(zhì)量的高要求尤為突出.對(duì)于高等級(jí)的05板，不僅要求帶鋼表面氧化鐵皮必須能夠酸洗除凈，而且要求表面光潔，均勻性好.影響熱軋帶鋼表面質(zhì)量的因素主要有結(jié)疤，翹皮，夾雜，劃傷，輥印

4、，氧化鐵皮壓人和氧化鐵皮麻點(diǎn)等，其中氧化鐵皮壓人和氧化鐵皮麻點(diǎn)是最重要的因素，原因復(fù)雜且難以控制.多年來(lái)，國(guó)內(nèi)外一直在研究其形成機(jī)理，探索其控制措施J.首鋼遷鋼公司為使其供冷軋用熱軋產(chǎn)品實(shí)物質(zhì)量達(dá)到05板水平，在提高熱軋帶鋼板形與尺寸精度的同時(shí)，還在改善帶鋼表面質(zhì)量方面進(jìn)行了長(zhǎng)期的探索，尤其在氧化鐵皮壓人以及氧化鐵皮麻點(diǎn)表面缺陷的控制方面積累了一定的經(jīng)驗(yàn).通過(guò)對(duì)氧化鐵皮壓入與氧化鐵皮麻點(diǎn)形成機(jī)理的分析，結(jié)合國(guó)內(nèi)外熱連軋廠對(duì)熱軋薄板表面氧化鐵皮類缺陷控制的成熟措施和首鋼遷鋼公司在氧化鐵皮缺陷控制方面的實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，目前，遷鋼公司2160熱連軋生產(chǎn)線已成功生產(chǎn)用于高級(jí)轎車的05級(jí)表面質(zhì)量熱軋帶鋼，

5、產(chǎn)品的優(yōu)越性在多家汽車廠試沖后均獲得認(rèn)可.1氧化鐵皮類缺陷的形貌氧化鐵皮類表面缺陷主要包括氧化鐵皮壓人及氧化鐵皮麻點(diǎn)，其典型形貌見(jiàn)圖1.由圖1可見(jiàn)，氧化鐵皮壓人缺陷呈現(xiàn)為條帶狀，且具有一定深度的氧化鐵皮壓入;氧化鐵皮麻點(diǎn)缺陷呈現(xiàn)為椒鹽狀麻坑狀均勻分布于帶鋼表徐海衛(wèi):2007年畢業(yè)于北京科技大學(xué)，博士，現(xiàn)在技術(shù)研究院從事薄板表面質(zhì)量控制研究工作，高級(jí)工程師.收/2ol1-O1.24面.這兩種氧化鐵皮類缺陷由于形成機(jī)理不同，其控制策略和方式也有 區(qū)別.(a)(b)(a)氧化鐵皮壓人;(b)氧化鐵皮麻點(diǎn)圖1氧化鐵皮壓入與氧化鐵皮麻點(diǎn)表面缺陷的典型形貌2氧化鐵皮類缺陷的形成機(jī)理,影響因素與控制措施2.

6、1氧化鐵皮壓入2.1.1形成機(jī)理氧化鐵皮壓人是由帶鋼表面較為粗大的氧化 鐵皮壓入帶鋼所致,是由于除鱗不徹底引起的. 熱軋帶鋼在從板坯加熱至卷取的生產(chǎn)過(guò)程 中,板坯或帶鋼表面會(huì)生成以下4種典型的氧 化鐵皮：1）爐內(nèi)生成的初生氧化鐵皮.2）在粗軋機(jī)組和中間輥道上生成的二次氧 化鐵皮.3）在精軋機(jī)組生成的三次氧化鐵皮.4）軋后生成的四次氧化鐵皮.氧化鐵皮壓入一方面與初生氧化鐵皮或二次 氧化鐵皮的厚度和粘附性有關(guān)，如果部分除鱗水 嘴角度不正確，堵塞或嚴(yán)重磨損,則會(huì)引起沿帶 鋼長(zhǎng)度方向的條狀氧化鐵皮壓人缺陷;另一方 面，即便是氧化鐵皮已經(jīng)剝離帶鋼（或板坯） 基體，但如果不能及時(shí)吹掃干凈，也會(huì)在隨后的 軋

7、制過(guò)程中壓入帶鋼表面.這種氧化鐵皮會(huì)在后 續(xù)道次軋制中連續(xù)碾壓，導(dǎo)致與基體結(jié)合更強(qiáng).2.1.2影響因素初生氧化鐵皮厚度一般為0.87.0mm,與 板坯基體的結(jié)合力主要與板坯在爐時(shí)間,空燃比 和出爐溫度有關(guān)，而這些因素又決定了初生氧化 鐵皮的厚度以及氧化鐵皮中疏松層和致密層的構(gòu) 成比例.氧化鐵皮較薄且致密層比例較高時(shí)，除 鱗過(guò)程中更易被除鱗水鏟除.若板坯出爐溫度較高，則在粗軋機(jī)組間的溫 度較高，氧化速度也較快，此時(shí)易形成較厚的二 次氧化鐵皮,精軋前的除鱗難度也較大. 此外，若軋線除鱗水壓力過(guò)低或除鱗水嘴角 度不正確，堵塞或嚴(yán)重磨損，則氧化鐵皮難以清 除，從而形成一次或二次氧化鐵皮壓入缺陷. 2.

8、1.3控制措施對(duì)于軋制溫度較高且規(guī)格較薄的鋼種，首 先，應(yīng)提前采取措施，適當(dāng)降低空燃比,盡量縮 短在爐時(shí)間，降低出爐溫度;其次，通過(guò)粗軋區(qū) 除鱗水，道次與負(fù)荷的分配，將粗軋出口溫度盡 量控制在10301060oC.因?yàn)?，精軋起始?度過(guò)低不利于精軋軋制，過(guò)高則易形成過(guò)厚的二 次氧化鐵皮,不利于保證除鱗效果，同時(shí)也會(huì)引 起因精軋過(guò)程中溫度過(guò)高而形成過(guò)厚的三次氧化 鐵皮，導(dǎo)致引起氧化鐵皮麻點(diǎn).此外，對(duì)于整個(gè) 軋線的除鱗水系統(tǒng)，必須保證水嘴角度正確，無(wú) 堵塞或嚴(yán)重磨損的現(xiàn)象.2.2氧化鐵皮麻點(diǎn)2.2.1形成機(jī)理氧化鐵皮麻點(diǎn)是由于精軋機(jī)組前幾機(jī)架工作 輥表面氧化膜剝落，粗糙，引起三次氧化鐵皮破 碎而形

9、成的.在帶鋼精軋過(guò)程中,工作輥受到以下3種 疲勞作用：1）精軋工作輥與支撐輥直接接觸，形成接 觸疲勞.2）精軋工作輥與帶鋼表面直接接觸，由于 有軋向的前后滑動(dòng)，形成摩擦磨損.3）由于軋輥表面與帶鋼表面的溫差，軋輥 表面受到反復(fù)的冷熱交變作用,形成熱疲勞.3種疲勞作用使工作輥表面逐漸粗糙，在與 帶鋼表面接觸時(shí)，若帶鋼表面氧化鐵皮較厚，將 會(huì)使三次氧化鐵皮破碎，并在隨后的軋制過(guò)程中 碾壓，形成細(xì)小的氧化鐵皮并壓入，即氧化鐵皮 細(xì)孔或氧化鐵皮麻點(diǎn)缺陷.如果精軋過(guò)程中帶鋼 表面氧化鐵皮較薄，則氧化鐵皮麻點(diǎn)出現(xiàn)的幾率 就會(huì)降低,僅表現(xiàn)為表面粗糙.2.2.2影響因素在整個(gè)軋制過(guò)程中,良好的精軋工作輥表面

10、質(zhì)量是帶鋼表面無(wú)氧化鐵皮麻點(diǎn)缺陷的首要保證. 在精軋過(guò)程中，由于工作輥接觸帶鋼使其溫 度上升，在軋輥表面會(huì)形成一層氧化膜.若氧化 膜厚度適當(dāng)，表面良好如同潤(rùn)滑劑一樣附著在軋 輥表面，則可以減緩軋輥的磨損.氧化膜的厚度 主要由輥面溫度以及軋輥處于高溫狀態(tài)的時(shí)間而 定，而這又取決于軋輥冷卻水量和冷卻水的噴射 位置.軋輥冷卻水噴射如圖2所示.軋制方向A.中間坯與工作輥的接觸面的起點(diǎn);B 一中間坯與 工作輥的接觸面的終點(diǎn);c.工作輥冷卻區(qū)的開(kāi)始點(diǎn); 1,3-工作輥;2-中間坯;4,5-冷卻水噴嘴 圖2軋輥冷卻水噴射示意圖由圖2可見(jiàn),輥面從A點(diǎn)至C點(diǎn)所經(jīng)歷的 時(shí)間t越長(zhǎng),則氧化膜越厚，剝落的傾向性越 大

11、.若t過(guò)短，氧化膜則不能良好地建立，軋 輥表面也會(huì)被快速磨損，變得粗糙J.可見(jiàn)，精 軋軋輥冷卻水的水壓，水量，水嘴角度和開(kāi)啟時(shí) 序等是控制氧化鐵皮麻點(diǎn)生成的關(guān)鍵.精軋軋輥 冷卻水水壓正常，水量及延遲時(shí)間適當(dāng),噴嘴無(wú) 堵塞和嚴(yán)重磨損以及噴嘴角度正確等是控制精軋 工作輥表面質(zhì)量的關(guān)鍵.其次，軋制計(jì)劃編排的優(yōu)化以及軋制節(jié)奏的 控制是延長(zhǎng)軋輥表面質(zhì)量的重要措施.此外，咬鋼時(shí)帶鋼頭部對(duì)輥面的沖擊作用也 容易引起軋輥表面氧化膜的剝落.2.2.3建立并維護(hù)軋輥氧化膜的措施只有在軋制計(jì)劃中控制精軋工作輥表面氧化 膜薄而均勻，才能對(duì)輥面起到良好的保護(hù)作用， 減緩工作輥輥面磨損.建立并維護(hù)軋輥氧化膜的 措施主要包

12、括：1）軋制計(jì)劃的編排要合適.在軋制高等級(jí)的O5板時(shí),必須安排相當(dāng)強(qiáng)度級(jí)別的帶鋼作為 過(guò)渡料，并且保證帶鋼厚度，寬度平緩過(guò)渡.2）軋制負(fù)荷分配不合理時(shí),易造成單個(gè)機(jī)架軋制力過(guò)大，使軋輥在軋制帶鋼時(shí)的單位軋制 力增大而造成軋輥氧化膜的過(guò)早剝落，從而造成 氧化鐵皮麻點(diǎn)的產(chǎn)生.3）對(duì)于一個(gè)軋制計(jì)劃的頭幾塊帶鋼，精軋前幾個(gè)機(jī)架工作輥冷卻水量控制在100%,有利 于防止工作輥熱膨脹過(guò)快,從而引起過(guò)大的熱應(yīng) 力，同時(shí)也可有效阻止與軋輥基體結(jié)合力較低的 輥面氧化膜的過(guò)快生成.隨后，適當(dāng)將工作輥的 冷卻水量降低20% 30%,可加快工作輥表面氧 化膜的形成.當(dāng)進(jìn)行到軋制計(jì)劃中期時(shí)，可再一 次增加工作輥冷卻水量

13、至100%,以防止氧化膜 進(jìn)一步增厚而剝落.4）檢查工作輥冷卻水嘴無(wú)堵塞，無(wú)角度異 常，保證擦輥器未過(guò)度磨損或燒損.5）如果軋制計(jì)劃中帶鋼的強(qiáng)度較高，應(yīng)保證切頭，切尾量，以切除帶鋼頭尾部溫度較低的 部分,同時(shí)也保證中間坯頭尾的結(jié)疤或裂紋等缺 陷被切除.6）對(duì)于表面氧化膜易剝落的F2 一 F4機(jī)架，（下轉(zhuǎn)第47頁(yè)）打開(kāi)其上部人孑L.如在除塵管正常情況下無(wú)法保 證旋轉(zhuǎn)密封閥內(nèi)部負(fù)壓，則通知中央控制室操作 人員逐步降低循環(huán)風(fēng)量（若不需考慮生產(chǎn)任務(wù) 而停止循環(huán)風(fēng)機(jī)是最安全,穩(wěn)妥的，因?yàn)槭褂蔑L(fēng) 嘴也會(huì)因視線和高溫產(chǎn)生不安全因素）至負(fù)壓.6）旋轉(zhuǎn)密封閥人孔部位為負(fù)壓后,對(duì)閥內(nèi) 進(jìn)行通風(fēng)冷卻，氣體檢測(cè)合格后

14、（或戴風(fēng)嘴） 檢修人員方可進(jìn)入.7）故障排查結(jié)束后，封閉人孔，關(guān)閉集塵手動(dòng)閥，試轉(zhuǎn)正常后將排出下料溜槽切回運(yùn)轉(zhuǎn)皮帶側(cè).8）開(kāi)啟檢修閘門，將操作場(chǎng)所打回”中央”狀態(tài)，通知中央控制室操作人員進(jìn)行系統(tǒng) 恢復(fù).另外，檢修人員進(jìn)入旋轉(zhuǎn)閥內(nèi)部作業(yè)時(shí)，應(yīng) 確保閥內(nèi)氣體成分合格,同時(shí)還應(yīng)注意防止?fàn)C 傷.踩踏旋轉(zhuǎn)密封閥葉片時(shí)，應(yīng)在旋轉(zhuǎn)密封閥的 外部進(jìn)行固定，以防其隨意轉(zhuǎn)動(dòng).開(kāi)機(jī)前先確認(rèn) 旋轉(zhuǎn)密封閥手動(dòng)盤車正常,不應(yīng)頻繁點(diǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)密 封閥,以免造成電機(jī)燒損.4結(jié)語(yǔ)干熄焦排出旋轉(zhuǎn)密封閥是干熄焦設(shè)備的核心 部件，其造價(jià)高，更換周期長(zhǎng)，在運(yùn)行中無(wú)法替 代，所以對(duì)該設(shè)備的使用和維護(hù)應(yīng)高度重視，以 延長(zhǎng)其使用壽命.同時(shí)，生產(chǎn)

15、中又不可避免地會(huì) 發(fā)生旋轉(zhuǎn)密封閥的卡阻故障，檢修人員在進(jìn)入其 內(nèi)部時(shí)應(yīng)充分考慮氣體外泄產(chǎn)生的高危險(xiǎn)性，避 免重大人身傷亡事故的發(fā)生.編輯/崔衛(wèi)紅（上接第40頁(yè)）可以適當(dāng)減小兩機(jī)架的負(fù)荷.如果輥面嚴(yán)重粗 糙,則必須換輥.7）軋制潤(rùn)滑工藝的應(yīng)用可以有效降低軋輥 的磨損，在軋輥表面覆蓋保護(hù)性油層，在變形區(qū) 緩解水的侵蝕，從而降低軋輥接觸面溫度，減緩 軋輥表面氧化程度.同時(shí)，軋制潤(rùn)滑工藝還能顯 著降低軋輥的熱裂傾向，并促進(jìn)軋輥表面物理化 學(xué)作用，生成褐色,光滑的Fe0膜層，改善 軋輥表面摩擦條件,從而增加軋輥壽命.8）采用綜合性能優(yōu)良的高速鋼軋輥（HSS）. 采用耐磨損，硬度，韌性，強(qiáng)度和熱疲勞等綜合 性能優(yōu)良的HSS,不僅有利于改善和提高帶鋼的 表面質(zhì)量，同時(shí)也能降低輥耗和生產(chǎn)成本.3結(jié)論1）由于氧化鐵皮壓人與氧化鐵皮麻點(diǎn)的形 成機(jī)理不同，所以在檢查帶鋼表面時(shí)應(yīng)明確區(qū) 分,以便采取正確的控制措施.2）采用較低的空燃比，較短的在爐時(shí)間和 較低的出爐溫度,同時(shí)保證除鱗水系統(tǒng)壓力正 常，噴嘴無(wú)