十八辊单机架轧机密集横纹缺陷生成机理研究

2022-11-12杨洪凯孙光中

山西冶金 2022年6期

卢杰，杨洪凯，孙光中，张良

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北唐山 063210）

在某十八辊单机架轧机的生产过程中，下线带钢表面出现密集横纹缺陷，几乎覆盖全部钢种。缺陷在各个钢种、规格中的分布没有明显差异。横纹卷出现频率较高，超过30%。实际主要降级品是一般强度高强钢和普钢，超高强钢降级较少，主要原因是超高强钢属于结构钢，对表面要求较低，对横纹缺陷没有要求。

根据经验认为，此缺陷为振动纹缺陷，但是在实际测量和轧制实验后发现，此缺陷并非通常意义上的轧机振动纹缺陷[1]，而是由于侧支撑受力不足导致的打滑传递到带钢表面的一种现象。在本文中将此缺陷定义为密集横纹缺陷。

本文从实际测量和轧制实验中总结出影响密集横纹缺陷的因素，并提出针对性的处理措施。文中如无特别标注，光辊指粗糙度为1.0 μm的工作辊，毛辊指粗糙度为2.0 μm的工作辊。

1 十八辊单机架轧机简介

某十八辊单机架轧机[2]生产线具备生产高强度汽车板产品能力，强度等级可达1 470 MPa。该产线以轧制高强、超高强钢汽车板为主，为高强汽车板镀锌生产线提供原料。

轧机主体设备选用当今主流的S6-high十八辊单机架机型[3]，如图1所示，其辊径小，轧制强度大，工作辊轴颈无轴承套装置，在工作辊轴两侧各配置一套侧支撑机构来固定轧辊的轴向位置。该机构主要包括侧支撑系统、中间辊传动系统、中间辊弯窜系统、快速换辊系统和高张力卷取机等关键设备，并配置板形仪、测厚仪、测速仪等关键仪表，以保证高强钢的稳定轧制和高品质质量需求。

图1 十八辊轧机辊系图

2 横纹缺陷产生原理分析

通过分析得知，每次更换新的侧支撑辊后1～2 d内，即使以800 m/min的最高速度运行，带钢表面也不会出现横纹缺陷。连续生产2～3 d后，轧后带钢表面开始出现横纹缺陷，打磨后缺陷更明显。密集横纹缺陷如图2、图3所示。

图2 轧后卷密集横纹缺陷图

图3 镀锌后密集横纹缺陷图

带钢出现横纹缺陷后，对工作辊、中间辊、侧支撑以及挤干辊等辊系进行反查，在工作辊辊面、中间辊辊面均未发现横纹，在侧支撑辊面及背衬轴承表面均发现明显横纹缺陷，侧支撑辊辊面横纹如图4所示。

图4 侧支撑辊辊面横纹

2.1 轧机控制系统测试

轧机压下控制系统中，工作侧和驱动侧各有一套单独的磁尺检测机构、程序控制模块和伺服阀执行机构。其中伺服阀慢阀是主要执行机构，用来进行位置的精细调整，采用比例控制算法。伺服阀快阀用来进行快速、大行程时的调节，是一种粗调结构。

十八辊轧机在提速到800 m/min的过程中，可能发生振动，振动周期5～6 m。

从控制方面进行了多项优化，主要包括：限制压下系统对伺服阀的输出开度，正常生产中输出开度不超过30%；降低压下系统的自动增益系数，由4 700降到2 500；优化自动增益系数，程序根据速度给出不同的增益系数，速度越高给出系数越低[4-5]。

实施以上措施后，轧制振荡幅度明显改善，但是轧机横纹出现的频率没有明显变化。横纹周期在5～10 mm，而轧机压下系统振动周期5～6 m，周期差3个数量级，据此判断密集横纹与轧机压下系统振动无直接关系。

2.2 轧机振动检测

轧机运行最高速度为800 m/min。在330 m/min的运行速度下，检测到轧机存在一个共振区，频率集中。越过这个共振区之后，直到运行速度为800 m/min，没有检测到共振区。轧机振动测量曲线图如图5所示。

图5 轧机振动测量曲线图

由测量数据可知，轧机只存在一个共振区，且轧机一般不会长期运行在此共振区，这就表明，轧机本体振动不是造成密集横纹缺陷的直接因素。

2.3 轧辊磨削振动检测

轧辊磨削采用顶磨模式，该模式相对于托磨更稳定。测试参数为：砂轮转速24 m/s，轧辊直径158 mm，轧辊转速50 r/min。磨床的振动频率主要集中在200～300 Hz，与轧辊横纹没有明显对应性。轧辊磨床振动测量曲线如图6所示。

图6 轧辊磨床振动测量曲线

2.4 轧辊工艺实验

轧机横纹缺陷出现在轧制SK85钢或批量轧制光辊之后，因为轧制SK85时用粗糙度0.3 μm的工作辊，导致侧支撑辊面粗糙度下降较多[6]，极易造成侧支撑辊打滑，产生比较明显的横纹缺陷。

5道次轧制过程中，前4道次未观察到横纹缺陷，末道次明显可见。轧制规程中，末道次压下率小于3%，在实际轧制中导致侧支撑受力变小，小粗糙度的辊面受力较小，使得侧支撑辊出现打滑现象，造成辊面受损，复制到带钢上。末道次毛辊轧制时，一般不会出现横纹缺陷。在轧制SK85后，切换毛辊轧制，会出现几卷轻微横纹卷，在轧制5卷以后基本消失。由此判断工作辊粗糙度对侧支撑辊影响较大[7]。轧制过程中，轧机辊子粗糙度衰减如表1所示。

表1 轧机辊子粗糙度衰减表

对轧机辊系粗糙度进行测量[8]，各辊组的粗糙度衰减不同，衰减最多的是侧支撑辊，在下线时，最低粗糙度为0.091 μm，低粗糙度成为打滑的主要因素。由此可知，侧支撑辊面的粗糙度降低可以产生密集横纹缺陷。

2.5 横纹缺陷产生机理总结

通过上述分析可知，轧辊与侧支撑辊的粗糙度以及两者之间的压力，直接影响到他们之间的受力关系，侧支撑所受摩擦力不仅与轧辊表面粗糙度相关，还与轧辊与侧支撑之间的相互作用力相关，如果两者辊面所受的摩擦力变小，则可能会导致轧辊与侧支撑辊的打滑，产生密集横纹缺陷。

3 横纹缺陷的处理措施

针对侧支撑受力问题，提出的措施主要包括3个方面：侧支撑位置补偿、工作辊粗糙度调整和轧制压下率调整。

3.1 侧支撑位置补偿

对侧支撑位置补偿系数进行调整，调整为原先的50%，以增加侧支撑对工作辊的支撑力。

3.2 工作辊粗糙度调整

增加工作辊粗糙度，进行大粗糙度的毛辊轧制实验，下线后表面检测全部合格。大粗糙度轧制增加了轧辊粗糙度，相当于增加了轧辊与侧支撑的摩擦力，可以有效控制侧支撑打滑问题。

3.3 轧制压下率调整

在轧制模型表中，压下率设定原则：第一道次压下率为8%～15%，过大的压下率会造成轧制和甩尾跑偏，因为开卷张力本身就很小，再加上甩尾轧制，压下率越大，跑偏风险越大[9]。充分利用中间道次，压下率为15%～30%，中间道次可以多压，没有问题；末道次如果使用光辊，压下率范围为5%～12%，如果使用毛辊，压下率范围为3%～5%。

增加压下率，可以增加压下轧制力，从而增加轧辊与侧支撑的摩擦力，有效减缓侧支撑打滑问题[10]。已经进行的压下调整实验全部覆盖了超高强、低合金及精冲钢，实验效果满足生产要求。