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熱軋帶鋼生產(chǎn)工藝及常見質(zhì)量問題探討
摘要：熱軋帶鋼產(chǎn)品主要的質(zhì)量指標(biāo)包括表面質(zhì)量、形狀與尺寸精度、力學(xué)性能等3個方面。隨著自動化控制技術(shù)廣泛應(yīng)用于熱軋生產(chǎn)線，生產(chǎn)線對于帶鋼產(chǎn)品板形質(zhì)量的控制已非常精確，產(chǎn)品的各項質(zhì)量指標(biāo)得到了很大保證。邯鋼西區(qū)2,250mm熱軋生產(chǎn)線年設(shè)計生產(chǎn)能力為460萬t，全線采用自動化控制。在設(shè)備投入生產(chǎn)使用過程中，由于工藝和控制系統(tǒng)等存在的問題，產(chǎn)品外形尺寸等方面曾出現(xiàn)過一些質(zhì)量問題，引起了客戶的一些質(zhì)量投訴和異議賠償。本文對熱軋生產(chǎn)工藝進(jìn)行了探討，對熱軋生產(chǎn)中存在的一些質(zhì)量問題和解決措施進(jìn)行分析。
關(guān)鍵詞：熱軋帶鋼；生產(chǎn)工藝；質(zhì)量控制
1 引言
熱軋生產(chǎn)線以生產(chǎn)高強度、高精度和高附加值的雙相鋼、多項鋼等鋼種為主，產(chǎn)品主要用于船體用鋼、汽車用鋼、橋梁用鋼和鍋爐、壓力容器等高耐候性結(jié)構(gòu)鋼的生產(chǎn)，同時也可以作為冷彎型鋼材、焊管和冷軋生產(chǎn)的基礎(chǔ)坯料。熱軋帶鋼產(chǎn)品主要的質(zhì)量指標(biāo)包括表面質(zhì)量、形狀與尺寸精度、力學(xué)性能等 3 個方面。隨著自動化控制技術(shù)廣泛應(yīng)用于熱軋生產(chǎn)線，生產(chǎn)線對于帶鋼產(chǎn)品板形質(zhì)量的控制已非常精確，產(chǎn)品的 各 項 質(zhì) 量 指 標(biāo) 得 到 了 很 大 保 證 。邯 鋼 西 區(qū)2,250mm熱軋生產(chǎn)線年設(shè)計生產(chǎn)能力為460萬t，全線采用自動化控制。在設(shè)備投入生產(chǎn)使用過程中，由于工藝和控制系統(tǒng)等存在的問題，產(chǎn)品外形尺寸等方面曾出現(xiàn)過一些質(zhì)量問題，引起了客戶的一些質(zhì)量投訴和異議賠償。本文對熱軋生產(chǎn)工藝進(jìn)行了探討，對熱軋生產(chǎn)中存在的一些質(zhì)量問題和解決措施進(jìn)行分析。
2 熱軋生產(chǎn)
線主要設(shè)備簡介
熱軋生產(chǎn)線的主要設(shè)備包括：步進(jìn)梁式加熱爐、高壓水除鱗、定寬壓力機(jī)、粗軋機(jī)、飛剪、精軋機(jī)、卷取機(jī)、平整分卷機(jī)組等。
（1）加熱爐。步進(jìn)梁式加熱爐主要用于板坯軋制前的生產(chǎn)緩沖和板坯加熱。為了滿足鋼坯加熱需要，實現(xiàn)對鋼坯不同階段的靈活加熱，加熱爐分為了八個加熱段。同時，加熱爐采用了自動控溫系統(tǒng)實現(xiàn)了對加熱爐各個加熱段溫度的準(zhǔn)確調(diào)節(jié)，針對不同鋼種、不同規(guī)格的板坯沿長度方向連續(xù)加熱。
（2）高壓水除鱗機(jī)。在軋制過程中，會產(chǎn)生氧化鐵皮等鱗狀物質(zhì)需要用高壓噴水的方法來去除。
（3）定寬機(jī)。定寬壓力機(jī)用于粗軋之前的第一次減寬，布置在除磷機(jī)與2輥可逆粗軋機(jī)之間，定寬機(jī)的主要作用是通過擠壓錘頭的擠壓作用，改變材料的外觀形態(tài)，獲得均勻的材料變形。
（4）粗軋機(jī)。粗軋機(jī)主要是為了獲得寬度一致、邊緣整齊的中間坯而進(jìn)行側(cè)邊軋制的一種機(jī)械設(shè)備，以防止軋件邊緣出現(xiàn)裂邊和鼓形，降低金屬消耗系數(shù)。
（5）飛剪。飛剪主要是將鋼坯按照一定的長度尺寸進(jìn)行剪切，以便于后續(xù)的軋制加工，飛剪由兩臺DC電機(jī)提供動力，通過齒形接手、曲柄軸、正齒輪減速機(jī)等進(jìn)行驅(qū)動，在電機(jī)和曲柄帶動下，飛剪快速上下切割，從而按照一定的長度規(guī)格完成對鋼坯的剪切。
（6）精軋機(jī)。精軋機(jī)是利用液壓AGC等自動控制和自動補償系統(tǒng)，通過液壓系統(tǒng)和軋輥對板坯進(jìn)行的一種高精度軋制，主要由電機(jī)驅(qū)動、聯(lián)軸器、減速機(jī)等進(jìn)行驅(qū)動和傳動，以獲得高精度外觀尺寸的軋件。
（7）卷取機(jī)。卷取機(jī)主要是對帶鋼進(jìn)行卷曲，使之成為鋼卷以便于打捆、運輸和儲放，卷取機(jī)同樣采用液壓驅(qū)動，由輥縫液壓精調(diào)、助卷輥踏步控制SC、卷曲張力控制系統(tǒng)等進(jìn)行自動控制，設(shè)備具有使用壽命長、內(nèi)圈劃傷少、磨損與維護(hù)量小的優(yōu)點。
（8）平整機(jī)組。平整機(jī)組主要負(fù)責(zé)對碳素鋼等各類鋼卷進(jìn)行平整，通過平整輥的擠壓作用以獲得理想的板材板型，從而提高板材質(zhì)量，便于對鋼卷的后期加工。
3 熱軋板帶的技術(shù)
需求熱軋帶鋼的坯料一般為初軋板坯或是連鑄板坯，其外觀形態(tài)、彎曲度、尺寸公差和化學(xué)成分等，都是其需要重點關(guān)注的技術(shù)要求。板坯質(zhì)量是對其進(jìn)行正常熱軋加工的基礎(chǔ)，應(yīng)要求板坯內(nèi)部及外表面不得有疏松、氣孔、夾雜、偏析等缺陷問題。熱軋板帶主要具有以下技術(shù)需求:
（1）尺寸精度要求高。
尺寸精度主要包括長、寬及厚度精度。尺寸精度是熱軋板帶生產(chǎn)中控制難度最大的技術(shù)指標(biāo)，對板帶后續(xù)的再加工和使用性能影響很大，其中厚度的精度更為突出，如果誤差過大，會對后續(xù)的沖壓工序產(chǎn)生不良影響；而且尺寸精度控制不良的話，也容易在后續(xù)加工環(huán)節(jié)造成金屬的浪費，一些微小的厚度尺寸變化都會影響到板材的使用性能和金屬消耗。在加熱爐對坯料進(jìn)行加熱時，加熱溫度、加熱時間以及過鋼速度等都是需要重點控制的工藝指標(biāo)。應(yīng)根據(jù)各鋼種的工藝要求，合理制定預(yù)熱段、加熱段、均熱段等環(huán)節(jié)的加熱制度，以防止坯料出現(xiàn)加熱不均勻，以及過燒、氧化和黏鋼、脫碳等現(xiàn)象，熱軋產(chǎn)品由于其加工特性，對于厚度尺寸控制存在比較大的難度。因此，熱軋也常常稱為冷軋的前道工序，其產(chǎn)品多作為冷軋加工的坯料，為了盡可能地提高軋制精度，一般會按照負(fù)公差軋制工藝進(jìn)行生產(chǎn)。
（2）板形要好。
熱軋產(chǎn)品對于板形的要求是比較高的，不僅要求板形沒有明顯的外觀缺陷，同時厚度、瓢曲度等也要嚴(yán)格符合要求。普通薄板生產(chǎn)瓢曲度應(yīng)控制在20mm以內(nèi)；普通的中厚板每米長度上，瓢曲度不大于15mm，對于寬且薄的板帶，對不均勻變形非常敏感，很容易產(chǎn)生不均勻變形。板帶軋制時板形的不均勻變形是造成板形不良和厚度不均的主要原因，與板帶厚度控制的精確度有很大關(guān)系。
（3）表面質(zhì)量要好。
熱軋帶鋼常作為結(jié)構(gòu)鋼使用，因此，其表面不允許出現(xiàn)裂紋、結(jié)痂、折疊、劃傷、氣泡、銹蝕、氧化鐵皮壓入等缺陷。由于這些缺陷部位與其他正常部位相比，所能承受的應(yīng)力作用較小，因此這些缺陷部位也容易成為板帶中應(yīng)力集中的薄弱環(huán)節(jié)，是板帶銹蝕和破裂的根源。如生產(chǎn)硅鋼片時，表面的氧化鐵皮也會在深沖環(huán)節(jié)被迅速沖壓至帶鋼表面，繼而導(dǎo)致帶鋼表面出現(xiàn)開裂、粗糙和沖壓工具被快速磨損等問題。因此，對于熱軋板帶必須要保證其表面質(zhì)量，要嚴(yán)格控制加熱、軋制、高壓水除鱗等工藝，以消除質(zhì)量隱患。
（4）對力學(xué)性能的要求。
對板帶鋼力學(xué)性能的要求主要包括:工藝性能、機(jī)械性能、特殊板帶的化學(xué)性能和物理性能等。熱軋產(chǎn)品的力學(xué)特點主要表現(xiàn)為組織和性能不夠均勻，其強度指標(biāo)和塑性指標(biāo)介于冷作硬化制品與完全退火制品之間。一般結(jié)構(gòu)鋼板對于焊接、冷彎曲等工藝性能要求較高，而對力學(xué)性能要求并不嚴(yán)格，對于具有特殊用途的鋼板產(chǎn)品，如硅鋼片、不銹鋼板、高溫合金板等，對于其高溫性能以及耐酸性、耐堿性、耐腐蝕性等都會有比較高的要求，對于具有重要用途的結(jié)構(gòu)鋼板，一定要嚴(yán)格控制其化學(xué)成分以及強度、塑形等工藝性能。
4 熱軋生產(chǎn)工藝流程分析
熱軋生產(chǎn)的工藝流程主要包括:加熱、高壓水除鱗、粗軋、開卷、剪切、精軋、冷卻、卷曲這幾道環(huán)節(jié)。具體的工藝流程如下:首先由板坯庫中取出待軋制加工的板坯，將其放入爐側(cè)輥道，并由裝鋼機(jī)將板坯裝入爐內(nèi)。在加熱爐內(nèi)，板坯會按照制定好的加熱制度進(jìn)行加熱，在板坯達(dá)到一定溫度后，由出鋼機(jī)托出，將其放置于出爐側(cè)輥道，然后板坯在托輥輸送下送至粗軋工序，依次進(jìn)行高壓水除鱗、定寬、粗軋、剪切、精軋、除鱗等處理工序。最后板坯被加工軋制成為一定規(guī)格的板帶產(chǎn)品后被送至輸出輥道，在層流冷卻之后由夾送輥送到卷曲工段，由卷取機(jī)、助卷輥等完成對板帶的卷曲，由打包機(jī)打包噴號后運至倉庫內(nèi)。
（1）粗軋。板坯由加熱爐出來之后，表面會形成一層厚度約為2~5mm的氧化鐵皮。必須要清理干凈，否則則會在后續(xù)的軋制工序中被壓入板坯內(nèi)，成為影響板坯表面質(zhì)量和力學(xué)性能的質(zhì)量缺陷問題。板坯表面氧化鐵皮的清除一般采用高壓水除鱗設(shè)備，利用水壓的沖刷力將附著在板坯表面的鐵皮清理干凈。熱軋帶鋼使用連鑄坯，為了滿足不同品種規(guī)格板坯的軋制要求，需要由定寬工序?qū)Π迮鲗挾冗M(jìn)行調(diào)整。
（2）精軋。精軋主要是對帶鋼厚度、板型等外觀尺寸的高精度軋制。其精度控制由目前比較先進(jìn)的AGC輥縫調(diào)節(jié)補償系統(tǒng)來實現(xiàn)，通過輥縫調(diào)節(jié)來消除軋制中存在的各種干擾因素，從而滿足高品質(zhì)帶鋼產(chǎn)品高精度的外觀尺寸要求。
（3）冷卻、卷曲。帶鋼經(jīng)過精軋后，終軋溫度約為800℃~900℃，需要對其進(jìn)行冷卻降溫，以達(dá)到卷曲工藝所需的溫度550℃~650℃。熱軋生產(chǎn)中常用的帶鋼冷卻工藝主要有層流冷卻、高壓噴水冷卻、水幕冷卻等。帶鋼在冷卻降溫后，立即進(jìn)入到卷曲工序，卷曲機(jī)利用帶鋼冷卻后剩余的溫度，在助卷輥的作用下迅速對帶鋼進(jìn)行卷曲。卷曲機(jī)的主要功能是將精軋過的產(chǎn)品卷曲成為固定的卷型，成為鋼卷，以便于打捆運輸。
（4）精軋工序。熱軋帶鋼精整設(shè)備機(jī)組包括平整、分卷、剪切等工序，帶鋼的剪切主要依靠飛剪設(shè)備來完成，飛剪設(shè)備利用剪刃的快速切割作用將帶鋼切割為一定規(guī)格的板材，以便于后續(xù)的板材加工。
5 熱軋帶鋼生產(chǎn)常見的質(zhì)量問題及原因分析
（1）裂紋問題。
裂紋是帶鋼比較常見的表面質(zhì)量問題。
熱軋帶鋼表面裂紋多以縱裂紋的形式出現(xiàn)，且深淺不同、長短各異。板坯本身就存在的各種裂紋缺陷是導(dǎo)致帶鋼加工中產(chǎn)生裂紋的主要原因，而且這種原料坯所夾帶的裂紋在后續(xù)工序中也是無法消除的，還有一些情況是由于結(jié)晶器和熱流控制不科學(xué)，結(jié)晶器銅板表面存在缺陷等原因，導(dǎo)致板坯坯殼生長不均勻，應(yīng)力失衡作用下導(dǎo)致板坯裂紋產(chǎn)生。
（2）斑痕問題。
斑痕問題主要影響帶鋼產(chǎn)品表面的平整度，而且容易成為應(yīng)力薄弱的環(huán)節(jié)，在后續(xù)軋制加工環(huán)節(jié)中導(dǎo)致帶鋼斷裂。斑痕會以不規(guī)則的條帶狀、斑點狀等形式在帶鋼表面分布，嚴(yán)重的會造成帶鋼表面出現(xiàn)粗糙麻點，斑痕問題主要是由于氧化鐵皮壓入造成的。從生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)尋找原因:一是板坯加熱時間過長，其表面形成的氧化鐵皮較多、較厚，除鱗工序很難將這些氧化鐵皮去除干凈，致使在后續(xù)軋制環(huán)節(jié)中被壓入帶鋼表面；二是除鱗水壓力不夠或者是除鱗流程不科學(xué)，導(dǎo)致除鱗效果不佳；三是軋輥噸位過高或是軋制力設(shè)置不合理，導(dǎo)致帶鋼表面被磨損，造成麻面。
（3）壓痕問題。
帶鋼表面的壓痕缺陷一般都是呈周期性分布的，長度和寬度都比較固定。壓痕缺陷的出現(xiàn)主要是由于輥面打傷，輥面粘渣或是軋件掉塊而造成的，壓痕問題嚴(yán)重影響熱軋帶鋼表面的平整度。
（4）表面隆起。
帶鋼表面隆起的問題一般多發(fā)生在帶鋼邊部，呈條帶狀沿帶材軋向分布，熱軋帶鋼邊部隆起缺陷的原因主要是因為工作輥局部磨損所致。
6 熱軋帶鋼常見質(zhì)量問題的解決措施
（1）裂紋問題的解決措施。
首先要重視對連鑄工序設(shè)備的保養(yǎng)維護(hù)，避免設(shè)備在使用過程中出現(xiàn)鍍層剝落；還要重視完善保護(hù)渣體系，通過對不同鋼種生產(chǎn)經(jīng)驗的總結(jié)，制定出適合于不同鋼種和規(guī)格的結(jié)晶器流場區(qū)域和錐度表，以此來提高熱軋帶鋼的生產(chǎn)質(zhì)量。
（2）斑紋問題的解決措施。
主要應(yīng)從防止氧化鐵皮壓入方面入手。首先要合理制定加熱措施，避免因加熱時間過長、加熱溫度過高而導(dǎo)致氧化鐵皮生成過多；再就是要保證除鱗效果，通過調(diào)整除鱗水壓力，清理噴頭堵塞等措施，保證除鱗水壓力；同時還要合理調(diào)整軋輥軋制力和噸位，避免帶鋼表面磨損。
（3）壓痕問題的解決措施。
解決熱軋帶鋼的壓痕問題，首先要檢查軋輥輥面是否有磨損、粘鋼等問題。如果磨損較輕，可對軋輥輥面進(jìn)行修磨處理，如果壓痕嚴(yán)重，須立即進(jìn)行換輥。
（4）隆起問題的解決措施。
優(yōu)化軋輥凸度，提高軋輥磨削精度，還應(yīng)避免出現(xiàn)因噴頭堵塞等問題而導(dǎo)致的水冷效果不佳和軋輥磨損不均的問題，對于出現(xiàn)較嚴(yán)重磨損的軋輥要及時修復(fù)和更換。
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