高速线材轧制高碳钢的孔型优化

2022-06-17马长宏

新疆钢铁 2022年1期

马长宏，李果

(新疆八一钢铁股份有限公司轧钢厂)

1 问题的提出

八钢高速线材机组共计28架轧机，其中前14架采用平立交替布置，依次为粗轧机组6架，中轧机组8架，预精轧4架，精轧机组10架。为降低轧辊成本，生产HPB300盘圆及HRB400E盘螺建筑用钢时使用无孔型轧制，精轧机组前18架仅6#、12#、14#、18#机组带孔型,其余道次为无槽轧制。采用这种工艺孔型系统可以节约轧辊成本，降低辅料费用，生产建筑用钢质量稳定，产品质量符合使用要求。但生产高碳钢时，产品易出现表面脱碳、偏析、性能异常等，尤其是表面缺陷问题频发，严重制约现场生产。为此，通过分析比较，决定对生产高碳钢的孔型设计进行优化。

2 精轧机机架主要孔型

八钢高速线材精轧机组前18架仅6#、12#、14#、18#机架带孔型,见图1。

图1 优化前高速线材无槽轧制精轧前孔型系统

3 生产高碳钢存在问题分析

生产高碳钢时，一些问题频繁出现：(1)矩形轧件进入孔型后，轧件四边与孔型接触形成线接触，线接触的部位易对轧槽拉深，连轧过程中易对后续轧件表面造成四道褶皱或辊印有可能残留到成品形成裂纹，深度达到100μm；(2)粗轧只有末架次(6#机架)带孔型，其余道次均为矩形轧件，矩形轧件四边温降最快，经粗轧大压下轧制，坯料本身带来的缺陷残留在矩形轧件四边不易被轧制焊合；(3)无槽轧制轧件为自由宽展，轧件通条尺寸均匀性差，进入预精轧、精轧孔型道次后局部易产生过充满从而造成成品局部折叠。(4)成品表面出现间断性裂纹，影响终端用户使用加工。高碳钢中含有Si、Mn、Cr、V等合金元素，其主要作用是提高钢的淬透性和回火稳定性，强化铁素体和细化晶粒，改善钢材的力学性能，但由于这些合金元素的加入，在轧制过程中，各道次变形量与其它钢种差异较大，八钢高速线材机组大量采用无孔型轧制，易导致生产高碳钢时出现表面缺陷。

4 孔型优化方案及实践

结合生产现场工艺状况，对生产高碳钢采用有孔型和无孔型轧制进行了对比分析。

4.1 有无孔型轧制的对比

无孔型轧制：(1)因为无孔型轧制没有侧壁夹持轧件，易于造成脱方，严重时则不可能继续轧制；(2)由于轧件角部重复地进行无槽轧制，故比较尖锐，有可能造成折叠缺陷；(3)在全部由水平辊机架组成的连轧机上，两个机架间需要进行扭转翻钢，当轧件接触导卫装置时易出现刮伤，继续轧制则能造成折叠缺陷；(4)为使无孔型轧制用于实际生产，需要设计防止脱方的轧制程序和导卫装置，这种导卫装置的设计应能防止轧件前后端弯曲、扭转脱方变形和刮伤轧件表面；(5)在连续水平机架间需装设能够稳定扭转轧件的翻钢装置。

孔型轧制：(1)孔型形状能使轧件从一种断面平滑的过渡到另一种断面，从而避免由于剧烈不均匀变形而产生的局部应力；(2)孔型中轧出的轧件断面圆滑无棱、冷却均匀，从而消除了因断面温度分布不均而引起轧制裂纹的因素；(3)孔型形状有利于去除轧件表面氧化铁皮，改善轧件的表面质量；(4)需要时可在延伸孔型中生产成品圆钢，从而减少换辊。

4.2 粗中轧及预精轧孔型设计思路

根据高碳钢成品表面缺陷分析，为防止轧制过程坯料产生过程缺陷带至成品，决定对粗中轧及预精轧采用椭圆-圆孔型系统匹配原有孔型进行孔型设计。

椭圆-圆孔型系统的优点：(1)孔型形状能使轧件从一种断面平稳地转换成另一种断面,避免了由于剧烈的不均匀变形而产生局部应力,减少了轧件劈头。(2) 没有较尖的棱角,轧件冷却均匀,减少轧件在轧制过程中产生裂纹的因素。(3)孔型形状及变形特点有利于去除轧件上的氧化铁皮,使轧件具有光滑的表面。(4)与椭圆-方孔型系统相比,轧件断面几何形状好,尺寸波动小，圆形轧件进入椭圆孔型轧制可避免产生椭圆轧件头部大的缺陷。

椭圆-圆孔型系统变形较均匀，轧制前后轧件的断面形状能平滑地过渡，可防止产生局部应力。由于轧件没有明显的棱角，冷却比较均匀，轧制中有利于去除轧件表面的氧化铁皮。椭圆-圆孔型系统延伸系数较小，一般不超过1.3～1.4。延伸系数小,限制了它的应用范围。但笔者认为，在轧制优质钢或高合金钢时，为获得质量好的产品，减少了精整和次品率，经济上仍然是合理的[1]。

4.3 粗中轧延伸孔型系统的选择

随着现代高速线材轧机对延伸孔型系统的轧件几何形状和尺寸精度要求的提高,椭圆-圆孔型系统孔型结构的完善和其孔型系统的突出优点，滚动导卫装置在高速线材轧机上得到普遍应用。虽然椭圆-圆孔型系统较椭圆-方孔型系统延伸系数小,但是它足以满足现代高速线材轧机对延伸孔型系统之需要,因而椭圆-圆孔型系统在现代高速线材轧机的延伸孔型系统中得到应用。一般圆形轧件在椭圆孔型中的延伸系数为1.25～1.55,绝对宽展系数为0.5～0.9；椭圆轧件在圆孔型中的延伸系数为1.2～1.4,绝对宽展系数为0.26～0.4。

八钢高速线材轧机的原料为150mm×150mm连铸方坯,生产钢种有高碳钢、低碳钢和低合金钢。粗、中轧机组的设备为水平二辊轧机横列式布置,轧机强度大。采用单机直流电机传动,传动能力大、调速范围广。产品质量尺寸精度要求高。粗、中轧机组的轧制工艺采用单线轧制,粗中轧机组各架的孔型对所有产品都是共用的。粗、中轧机组的延伸孔型系统选择箱-椭圆-圆-椭圆-圆的组合孔型系统最理想。