热轧大方坯表面凹坑缺陷成因研究与改进实践

徐记莹,夏杨青

(宝山钢铁股份有限公司钢管条钢事业部,上海 201999)

1 概述

大方坯是宝钢初轧的重要轧制品种,主要规格范围为160方至450方。热轧大方坯一般供下游工序,最终轧制成线材或棒材产品[1]。宝钢初轧产线最主要的大方坯产品215方和166方就是供宝钢特钢公司(下称宝特)轧制成棒材和线材产品。由于受限于方坯精整能力,宝特对部分钢种的中间坯不采用精整处理(表面探伤+缺陷修磨),而是直接入炉加热后轧制。对于这部分钢种来说,初轧大方坯的表面质量直接影响最终成品棒线材的表面质量。

自2020年下半年以来,供宝特公司的215方与166方大方坯出现几类较为典型的凹坑缺陷,严重影响了宝特最终产品的表面质量。本文通过现场跟踪和试验验证等方法系统研究了三种典型凹坑缺陷的产生原因,提出了相应的改进措施,有效地降低了初轧大方坯表面凹坑缺陷发生率。

2 三种典型凹坑缺陷的形貌特征

2.1 面部条状凹坑

如图1所示,此类条状凹坑缺陷无论长度还是深度都比较严重,如果不在下工序入炉再加热前修磨干净或切除,将严重影响最终成品质量。经过跟踪分析,此类条状凹坑缺陷存在以下特征规律:①缺陷仅存在于215方坯成品的上表面,而且集中在每支方坯的轧制头部;②缺陷深度一般为1～5 mm、长度为10～300 mm不等,凹坑底部宽度有大有小,有形似裂缝的窄口状凹坑,也有10 mm的宽底凹坑;③缺陷在整炉钢坯中随机出现。

图1 条状凹坑形貌Fig.1 Shape of strip-shaped pits

2.2 面部点状凹坑

面部点状凹坑缺陷形貌如图2。其特点和规律较为明显,都分布在每支钢坯定尺剪断后方坯头部的上表面,距离方坯头端约400 mm左右;不同方坯上的凹坑形状相似,深浅基本相同。这类缺陷虽然不会造成切割浪费,但是需要将每个凹坑打磨平整,会大大增加精整工作量。因此,也亟需从源头上找到该缺陷产生原因并予以改进。

图2 上表面点状凹坑缺陷形貌Fig.2 Little pits on the upper surface of bloom

2.3 角部块状凹坑

角部块状凹坑缺陷外形一般呈饼状(如图3)。具备以下典型特征:①集中在每支铸坯轧制并剪切后的第二支钢坯上,且全部分布在轧制方坯上表面的DS侧(轧制驱动侧)角部;②在沿轧制方向上的凹坑尾部有金属翻卷堆积痕迹。

图3 角部块状凹坑缺陷形貌Fig.3 Pit image of bloom in the corner

3 凹坑缺陷形成原因分析与改进实践

产生钢坯表面缺陷的关键因素或环节有钢锭质量、热送、加热速度、轧制方法[2]。除此之外,过钢件对热轧钢坯表面质量的影响也很大。根据三种典型凹坑缺陷的形貌特征,笔者与团队成员研究后,排除了钢锭质量、热送、加热速度三种因素,分析认为缺陷产生主要与不合理的轧制方法及过钢件异常碰擦两个因素有关。

初轧大方坯生产工艺流程为:电炉连铸大方坯→加热炉加热→1#初轧机轧制→2#初轧机轧制→大剪切头尾及定尺分段→推钢机推出→空冷→精整入库。

根据工艺流程,表1汇总了大方坯生产过程中主要过钢件种类及可能造成的钢坯表面缺陷类型。

表1 钢坯生产中过钢件汇总及可能产生的缺陷类型Table 1 Summary of facilities of touching bloom and the possible defect types

3.1 条状凹坑缺陷

3.1.1 产生原因分析

这类条状凹坑缺陷规律性特征明显,仅存在于每支铸坯轧制后的钢坯近头端上表面。根据排查分析,判定产生于2#初轧机轧制过程,与初轧机轧制(操作)方法有较大关系。

产生机理分析:2#初轧机轧制时,钢坯头部产生条块状刮丝,往复轧制过程中,刮起的条块状刮丝再次压入钢坯表面,从而导致钢坯头部长条状压痕的产生。为进一步研究刮丝产生原因,团队对215方的轧制过程进行跟踪,发现在轧制第五道次时,钢坯头部往轧机驱动侧弯曲严重,如图4所示。若操作人员对弯头不采取干预,轧制第六道次时,钢坯弯曲的头部会“吃到”轧辊辊环,从而在钢坯侧面产生刮丝,大部分刮丝会粘连在轧辊表面,小部分附着在钢坯侧面。经过翻钢装置翻转90°后,钢坯侧面翻转到上表面,再经过最后一道次较小压下量的轧制,刮丝被压入钢坯上表面,从而产生条状压痕凹坑。

为了验证上述原因分析的准确性,进一步摸清缺陷产生机理,重点对2#初轧机轧制情况进行跟踪检查。发现在生产过程中,钢坯头部经常产生侧弯曲(如图5),而且2#初轧机轧辊前的钢梁上存在较多的条块状刮丝,如图6。钢坯冷却后,头部凹坑缺陷处也发现了未被剪切干净的被压入钢坯上表面的残留刮丝,如图7。

图5 钢坯头部侧弯Fig.5 Side bending of bloom

图6 轧制产生的刮丝Fig.6 Image of scraping

图7 钢坯头部残留的刮丝Fig.7 Residual scraping on the head of bloom

3.1.2 改进措施

(1) 降低钢坯头部弯曲发生概率。轧制头部弯曲与轧制时的轧辊状态、孔型对中等有直接关系。制定并完善轧辊辊缝和孔型的调整标准,上下辊缝两侧应保持一致,DS和MS之间的差应≤l mm;上下辊轧槽最大允许错位差为1 mm。同时,轧制过程中,操作人员要适当调整推床,确保咬入的对中精度。

(2) 优化轧制规程。轧制第五道次,钢坯头部产生侧弯。接下来的第六道次,钢坯由原来的方孔轧制改为平孔轧制,即钢坯从1孔平孔返回。平孔无辊环,钢坯头部即使弯曲,也不会产生刮丝。

(3) 操作人员及时对异常的头部弯曲进行干预。在机前咬入前,要观察钢坯头部直度,若钢坯头部存在明显弯曲,操作人员必须使用推床矫直钢坯后方可咬入。

3.2 点状凹坑缺陷

3.2.1 产生原因分析

上表面点状凹坑缺陷的形貌、大小与分布位置具有强烈的规律性,可以判定该缺陷是在某一过钢件表面凸起物的压入后形成。根据表1分析,将缺陷产生锁定在大剪区域的钢坯切头和分段剪切过程。主要原因是大剪上剪刃压紧板长时间接触高温钢坯,表面逐步黏钢产生凸起物,如图8。高温状态下,大剪剪切时,钢坯头端部上表面被压紧板上的凸起物压入产生凹坑。

图8 压紧板上的异物Fig.8 Foreign adherence on pressure strip

根据分析,在大剪压紧板上找到了相应的凸起物,将其打磨后,后续轧制的大方坯表面未再发现该类点状凹坑缺陷。

3.2.2 改进措施

针对这一类缺陷产生原因,定期检查压紧板表面黏钢情况,发现凸起物后及时打磨,可消除或有效减少大方坯上表面点状凹坑缺陷的产生。

3.3 角部块状凹坑缺陷

3.3.1 产生原因分析

根据缺陷分布规律及形貌特征可以判断,缺陷与轧制过程中过钢件与钢坯的动态碰撞有关。分析认为该类缺陷产生于钢坯前(后)动态输送过程中,受过钢件强烈碰擦而形成,最有可能的过钢件是初轧机翻钢钩。

初轧机是可逆式水平轧机,翻钢钩用来翻转钢坯,不翻钢时翻钢钩钩底“隐藏”在辊道下方,钩身“隐藏”在推床侧面专门开设的沟槽内。由于设备缺陷,会出现推床倾斜等现象,平时“隐藏”在钩槽内的翻钢钩就会“露头”,轧制过程中,露头的翻钢钩会碰擦钢坯底角。前后运动的钢坯碰擦到翻钢钩后,角部产生“豁口”,被碰擦挤压出的金属会在沿运动方向的反方向上形成堆积。

进一步排查分析发现,此类缺陷产生时,2#初轧机靠近轧辊端第一个和第二个翻钢钩已经脱离了沟槽,如图9。钢坯由机后往机前轧制时,底角碰擦翻钢钩,翻钢后钢坯底角被翻转到上表面,继续轧制,从而在成品上表面侧角部形成碰擦状凹坑。根据钢坯堆积方向可以断定,钢坯是在由机后到机前轧制时碰擦到翻钢钩的。

图9 凸出的翻钢钩Fig.9 Escaping turning device

3.3.2 改进措施

根据此类典型缺陷产生机理及轧制过程中翻钢钩异常可观察的特点,要求操作人员加强过程观察,发现轧制中翻钢钩异常碰擦钢坯则立即停止轧制,检查调整推床,通过加装骑马铁,扶正推床,使翻钢钩在不使用时始终处于“隐藏”状态,即可消除此类角部块状凹坑缺陷。

4 结论

(1) 大方坯表面凹坑缺陷主要产生于轧制过程中轧件与过钢件的异常碰擦,与轧制(操作)方法及过钢件状态异常直接相关。

(2) 针对初轧大方坯表面三类典型凹坑缺陷,通过分析、跟踪及试验验证等,剖析了缺陷产生的根本原因,并针对性制定了改进措施。

(3) 改进措施实施后,初轧大方坯表面三种典型的凹坑缺陷批量发生率大大降低,确保了大方坯表面质量稳定,减轻了后道工序压力,改善效果显著。