中厚板热处理表面质量缺陷分类、形成原因及控制

2021-06-28笪静

中国金属通报 2021年7期

笪静

（新余新钢集团有限公司，江西新余 338001）

当前由于高品质板材的需求量不断提高，各板材生产厂家都在积极调整其产品结构，提升产品的附属价值，在这样的大环境下，中厚板的热处理与生产逐渐受到了人们的高度关注。热处理是指材料在固态下，通过加热、保温和冷却的手段，以获得预期组织和性能的一种金属热加工工艺。在这一环节当中，抛丸机是最重要的核心设备，其主要作用是对中厚板钢板表面上的丸料进行清理，从而提供入炉前产品表面的整体质量，对于具有高附加价值的中厚板轧制而言具有十分重要的影响。基于此，本文开展中厚板热处理表面质量缺陷分类、形成原因及控制研究。

1 中厚板热处理表面质量缺陷分类及形成原因分析

1.1 中厚板热处理过程混入丸料

在进行中厚板热处理过程中，当抛丸机的辊刷结构进入到一个周期的末端位置时，常常会出现磨损现象。在对钢板进行清理的过程中，加入的丸料会随着钢板一同带入到抛丸机设备当中[1]。若未能够及时找出带入到抛丸机设备中的丸料，或没有对其进行清理，则钢板在完成堆垛后，其表面会出现丸料混入的问题产生。图1为中厚板生产过程混入丸料示意图。

图1 中厚板生产过程混入丸料示意图

同时，由于在对抛丸机设备整体结构进行设计时，中厚板会在抛丸处理的过程中，使丸料深入到钢板和辊道之间，加之钢板自身重量影响，部分丸料会黏在钢板表面，在经过多次反复碾压后，最终造成钢板表面出现丸料混入的现象发生[2]。同时，中厚板生产过程混入丸料也是影响热处理表面质量的主要原因。

1.2 炉底产生辊压痕

炉底产生辊压痕也是影响中厚板热处理表面质量的重要因素之一，其主要形成的原因是由于炉底辊轴结构表面结瘤所致，在相对较厚的中厚板结构当中，在热处理的高温条件下，由于受到其自身重量的影响，会导致压痕现象产生。

造成炉底辊轴结构结瘤的主要原因是由于在辊轴结构的表面吸附了面积较小的氧化铁皮。在装炉量不断增加的过程中，带入到热处理炉内的氧化铁皮量不断增加，使得辊轴结构的表面堆积了大量的氧化铁皮，在热处理超高温度条件下，吸附的氧化铁皮在中厚板生产中不断碾压，会一层一层不断增加，最终逐渐密实，造成钢板表面被其挤压出压痕。因此氧化铁皮是造成炉底产生辊压痕的主要原因。

在进行中厚板热处理过程中，产生氧化铁皮的主要来源包括两方面，一方面是外来氧化铁皮在热处理过程中被带入到炉内，另一方面是由于炉内本身出现气氛异常现象，经过不断反应后形成的氧化铁皮。其中外来氧化铁皮产生的主要原因是由于丸料中混有杂质或现场铁粉不断累计所致[3]。形成原因主要是由于抛丸机设备的结构设计不合理，吹扫效果不理想所致。而炉内氧化铁皮形成的主要原因是由于在进行热处理的过程中，炉内的气氛异常，残氧量指标不断提升，超出规定范围，最终导致炉内形成大量的氧化铁皮。同时，造成炉内气氛异常的主要原因是由于炉内辐射管结构可能存在损坏问题。

1.3 热处理表面边部挤压变形

除上述两种质量缺陷类型以外，中厚板热处理表面质量缺陷还包括热处理表面边部挤压变形。出现这一缺陷问题的主要原因是由于在热处理过程中炉底辊道结构局部出现了鼓包变形现象。同时，在热处理高温条件下，钢板表面与炉底辊轴结构的鼓包相互接触，加之自身重量的影响，导致在炉内运动过程中表面被挤压变形[4]。出现炉底辊轴结构鼓包变形的主要原因，是由于炉底辊轴结构与中厚板之间的温度相差较大，加之炉底辊壁本身较薄，因此其承受能力较差，在长时间的较大温差条件下，造成与中厚板接触位置上出现挤压变形。

2 控制策略研究

2.1 控制混入丸料

有本文上述可知，混入丸料是影响中厚板热处理表面质量的主要缺陷类型之一，因此针对这一缺陷问题，本文提出如下控制策略：

图2 扫吹装置整体结构示意图

为了能够有效减少或避免抛丸机设备作业时，在钢板的上下表面上混入丸料，并防止其混入到炉中，可在抛丸机设备出口位置，增设一个钢板表面刮板结构，并在抛丸机的出口外部增设多个扫吹装置。图2为扫吹装置整体结构示意图。

图2 中，a表示热处理钢板前进方向；b表示热处理钢板；c表示人处理表面的气动吹扫方向；d表示气动吹嘴；e表示电磁电动阀；f表示气动管道；g表示支架结构；h表示输送辊道。在进行中厚板热处理过程中，通过刮板结构对钢板上下表面残留的丸料进行清扫，并利用图1所示的吹扫装置，通过对钢板实际位置进行跟踪，并综合丸料抛出速度以及尾部吹管安装的位置，控制切断阀的启闭，从而实现对丸料的自动吹扫。同时，为了进一步提高对丸料的吹扫质量，将吹扫管道的长度与丸料抛出的箱体宽度设置为相同数值，并在长度方向上每隔150mm距离的钻孔上设置一个孔径为5.5mm的小孔，将其作为喷气口。在安装吹扫装置时，还应当保证喷气口与水平方向的夹角呈55°，以此将附着在钢板表面的丸料全部清除。通过上述操作，完成对抛丸机设备结构的改造后，能够有效降低丸料混入到炉中的概率，以此解决丸料混入造成中厚板钢板表面质量降低的问题。

2.2 控制炉底辊压痕

针对中厚板热处理表面存在的炉底辊压痕缺陷问题，为实现对炉底辊压痕的控制，可从控制钢板抛丸质量的角度出发，在保证钢板表面没有丸料残留的情况下，提升抛丸的效果等级。同时，为实现在整个中厚板热处理的过程中，保证其表面的洁净度，还需要制定更加合理的洗炉清理机制[5]。根据不同中厚板热处理的需要，选择特定的洗炉板，并依靠钢板自身的重力以及摩擦力，将吸附在炉底的氧化铁皮进行碾压、碾碎，以此在炉底辊轴转动的过程中，氧化铁皮会随之脱落，实现对炉底辊轴上粘附物的清洁，从而提高中厚板表面的质量，延长炉底的辊轴使用寿命。同时，针对装炉阶段的顺序也需要进行更加合理的制定，进一步避免钢板上下表面炉底辊轴压痕现象的产生。

通过上述操作，完成对炉底辊压痕的控制后，还需要根据炉底辊轴压痕现象的产生情况进行长期的实践。当热处理过程中的工艺温度小于800℃时，基本不会产生炉底辊轴压痕现象，而当工艺温度超过800℃时，厚度不小于25mm的钢板炉底辊轴压痕的深度一般会从原本的0.25mm～1.25mm，直接降低到0.10mm～0.25mm，而出现压痕现象的钢板比例也会从原本的25%降低到5%。同时，通过上述操作，修磨量会得到进一步的降低，并节约更多的劳动强度，实现对中厚板表面质量的提升。

2.3 控制处理表面边部挤压变形

针对热处理表面边部挤压变形缺陷问题，可通过提高热处理温度均匀性的方式控制。首先，通过缩短辊轴转动速度的方式增加钢板与辊面之间的接触时间，接触时间越短，则辊轴表面的温度越高，温差越小，出现鼓包的概率也越小，以此解决钢板表面边部挤压变形的问题[6]。其次，通过增加摆动幅度的方式，将辊轴摆动一周设置为最佳摆动幅度，以此可以实现对辊道的均匀受热，避免出现表面边部挤压变形。

除此之外，采用转炉偏移控制的方法，也能够在一定程度上避免出现钢板表面边部挤压变形的问题。在生产时，根据钢板厚度和时间进行划分。针对厚度不超过90mm的钢板正常装入到炉中；针对厚度超过90mm的钢板应当在装炉过程中，在其一侧垫入木塞结构，使钢板向另一侧偏移150mm～250mm。随着钢板热处理时间不断延长，偏移周期不断缩短，炉底辊轴工作面能够形成交替运作的方式，以此缓解炉底辊轴内部温差应力过大的问题，减少钢板表面边部挤压变形问题的产生。