棒材生产中钢坯翘曲原因分析及对策

李庆效 马艳杰 王丽娜 李力

(1 安徽首矿大昌金属材料有限公司;2 华北理工大学 迁安学院)

0 前言

某钢厂棒材使用150 mm ×150 mm 的方坯，采用平立交替的轧机布置的工艺，粗中轧压下量较大，速度慢，精轧压下量小，速度快，精轧前后通常有穿水冷却装置。在棒材轧制过程中，由于种种原因轧制钢坯会出现翘曲，平轧机翘曲多发生在轧制线垂直方向上(即上下翘曲)，立轧机翘曲多发生在轧制线的水平方向上(即左右弯曲)。钢坯翘曲对轧制的稳定性产生了影响，翘曲的钢坯与轧机、导位等设备或者检测仪器发生撞击，增大了设备损耗，严重者造成钢坯无法正常进入轧机，影响轧制效率和产品成材率。

1 钢坯翘曲原因分析

轧制过程中，造成钢坯翘曲的原因很多，其主要原因是轧制过程中，钢坯处在非对称轧制条件下进行轧制，即轧件上下表面的金属流量不同，变形程度不同，从而产生翘头或扣头［1～2］。

棒材生产中，粗中轧机组完成对轧件大压下量的同时，由于钢坯表面温度分布不均匀、轧辊损耗、轧制线偏移、轧制线速度的变化等因素，钢坯易产生翘曲。

1．1 温度的影响

在轧制过程中，轧件温度不断降低。加热炉对轧件加热不均匀，或者由于工艺要求对设备(如轧辊冷却水、除鳞等)进行冷却，会造成轧件上下表面散热不均匀，随着轧件延伸、金属变形程度不同，导致轧件发生翘曲现象。轧件在轧制线上停留时间过长也会造成轧件的翘曲。

以轧件扣头为例，在其他工艺条件相同条件下，钢坯存在断面温差，上表面温度高于下表面温度，变形如图1 所示。由于在变形区轧制力相等，金属的变形抗力受变形温度影响，温度高的区域变形抗力小，变形速度快，变形程度大，必然会使L1＞L2，即ΔH1＞ΔH2。轧件上表面的前滑值比轧件下表面前滑值大，在将轧件从中性层分为上、下两半部分的情况下，上轧辊从变形区轧出的金属体积比同一时间下轧辊从变形区轧出的金属体积大，结果形成图1所示的翘曲形状。

图1 轧件上下表面存在温度差时轧出的轧件形状

1．2 轧制线高度的影响

轧制线高度是指轧机下辊的表面与机架辊的上表面之间的高度差。当轧辊与平轧机机架辊的垂直(立轧机水平)距离调整不当时，轧件不能水平进入轧机辊缝，则轧辊会将轧件爬坡咬入或者下倾咬入，这样非对称的咬入引起了非对称的轧制。而且当进口导位安装偏离轧制线时，也会引起轧件非对称咬入，当出口导位安装偏离轧制线，也会引起轧件在一个方向受力，从而出现轧件翘曲现象。

1．3 摩擦力的影响

轧件和轧辊表面的摩擦力的大小及分布与接触弧长度和轧件平均厚度的比值以及摩擦系数有关。由于轧件表面的氧化铁皮、轧辊表面粗糙、冷却水、油污等，使摩擦系数发生变化，影响轧件和轧辊表面的摩擦力。摩擦系数大的一侧受到摩擦力增大，金属的塑形流动受到抑制，使轧件发生不同程度的翘曲。

1．4 轧制线速度的影响

轧制线速度与轧辊直径和温度有密切关系。温度对轧制线速度的影响，主要是影响金属塑性变形，温度越高金属变形抗力越小，轧制线速度越高，使金属塑形流动变大。在轧机转速一定情况下，轧辊直径越大，轧制线速度越大，线速度较大一侧的金属塑形流动较大，前滑值较大，所以轧件会向轧制线速度较小的一侧弯曲。

2 生产对策

1)生产过程中，通过减少轧件断面尺寸的温差，即降低轧件上下表面温差，提高轧件温度均匀性，保证轧件表面延伸和变形的均匀性，从而降低轧件翘曲的发生可能性。主要措施有:首先，加热炉保证加热节奏，提高加热效率，保证轧件出炉温度的均匀性;其次，控制轧制节奏，避免轧件停留时间过长;最后，控制轧制过程中冷却水，合理安排冷却水分布，保证上下辊的冷却效果，保证轧制过程中轧件的断面温度均匀性。

2)生产过程中，保证轧制线高度的一致性，避免出现非对称轧制，进而减少轧件翘曲发生的可能性。主要措施有:轧机、导位等设备安装要严格按照标准执行，保证生产线轧制线高度一致;轧制过程中，固定好轧机、导位等设备底座，保证设备的稳定性，以避免由于震动、撞击等因素造成轧制线的偏移。

3)生产过程中，减少摩擦系数的变化，能够有效避免轧件翘曲的发生。主要措施为:减少轧件表面氧化铁皮;合理布置轧机间冷却水管;通过轧辊磨削、刻痕等增加轧辊表面摩擦力。

4)生产过程中，合理控制轧制线速度，保证轧件表面金属流动的均匀性，从而有效避免轧件翘曲的发生。主要措施有:合理调节轧机转速;改善轧辊材质，减小轧辊磨损率;定期检查轧辊磨损带来的辊径变化。

3 改进效果

上述措施实施后，某钢厂棒线材轧制稳定性得到较好控制，轧制作业率提高至90%以上，车间综合成材率提高0．9%，技术经济指标显著提高，有效的预防和减少了棒材轧制过程中，钢坯翘曲现象的发生。

4 结论

轧制过程是一个复杂的物理过程，影响因素多，各因素之间又互相影响。通过以上分析，不难看出在热轧生产过程中，影响棒材钢坯翘曲的因素是多方面的，主要体现在钢坯加热温度不均、轧制线的高低、摩擦力分布和轧制线速度等问题上。根据以上影响因素提出了合理的生产对策，而且实施措施后，有效的预防和减少了棒材生产过程中钢坯翘曲现象的发生，对实际生产具有指导意义。

［1］孙蓟泉，张海滨，于全成． 热轧带钢头部翘曲原因分析［J］． 钢铁研究学报，2006，18(7):31 －34．

［2］庞玉华，刘长瑞，王伯建 等． 板带材轧制头部翘曲的影响因素［J］． 铁研究学报．2007，19(5):35 －36．

［3］王廷溥，《轧钢工艺学》［M］． 冶金工业出版社，1989:218 －220．

［4］李亮，杜凤山，郭振宇 等．非对称板带热轧头部翘曲分析与有限元模拟［J］．冶金设备，2003(4):4 －7．

［5］李学通，杜凤山，王敏婷 等． 热轧带钢头部翘曲有限元研究［J］．重型机械，2004(3):41 －45．