冷轧无取向硅钢阻尼厚度波动成因分析及控制

张金玲,钱京学

(1.江苏集萃冶金技术研究院有限公司,江苏 张家港 215625; 2.江苏沙钢集团,江苏 张家港 215625)

硅钢又称电工钢,曾被誉为“钢铁产品中的艺术品”[1]。硅钢为硅含量为0.5%～4.5%的极低碳硅铁合金,主要用作各种电机、发电机、压缩机、马达和变压器的铁心,是电力、家电等行业不可或缺的原料[2-3]。因其产品在加工过程中需分条、冲片及叠片,故需要高的叠装系数[4-7]。硅钢片表面光滑、平整和厚度均匀,是保证铁芯叠装系数高的重要因素。目前,硅钢同板差控制要求为≤7 μm,由于硅钢同板差大会导致叠片有缝隙,造成铁损偏高、磁性能下降等问题,严重影响硅钢产品质量及档次的提升。其中阻尼厚度波动造成同板差过大是最为典型的一类,其厚度波动曲线呈喇叭口状,一般为半卷存在。

本文结合无取向硅钢热轧、冷轧全流程生产数据,分析了冷轧无取向硅钢阻尼厚度波动产生原因,通过优化热轧卷取温度以降低酸洗难度,以及优化冷轧拉轿工艺、酸洗速度和轧辊粗糙度等以提高酸洗质量,热轧及冷轧工序协调配合,有效解决阻尼厚度波动问题。

1 冷轧无取向硅钢阻尼厚度波动特征

某厂1420 mm冷轧酸轧机组在生产初期,部分钢卷纵向厚度出现阻尼厚度波动情况,热轧非精整卷发生在前半卷(见图1(b)),精整卷发生在后半卷(见图1(c)),均对应热轧卷板尾部位置。与正常卷相比(见图1(a)),全长纵向厚度波动明显偏大。

(a)正常厚度曲线;(b)厚度波动曲线(非精整卷);(c)厚度波动曲线(精整卷)

2 冷轧无取向硅钢阻尼厚度波动原因分析

2.1 冷轧工序

2.1.1冷轧酸洗表面质量分析

分析阻尼厚度波动卷C505400与正常卷C263600的原料酸洗后表面质量,如图2和图3所示。较正常卷C263600,阻尼厚度波动卷C505400酸洗后带钢表面发暗,并且前400 m处有纵向明暗条纹,该位置正好发生阻尼厚度波动。取酸洗后发暗位置进行SEM分析,结果见图4和表1。由表1可知,酸洗带钢表面发暗位置为残留氧化铁。

(a)100 m;(b)400 m;(c)700 m

(a)100 m;(b)400 m;(c)700 m

(a)截面;(b)表面

表1 图4中不同位置的成分分析结果(原子分数,%)

2.1.2冷轧轧机参数分析

(1)冷轧中间机架间张力

图5和图6分别为波动卷C505400和正常卷C263600的中间机架张力曲线。对比图5和图6可知,波动卷的张力波动明显大于正常卷。张力发生波动,可能是冷轧机打滑所致。

(a)S1-S2;(b)S2-S3;(c)S3-S4;(d)S4-S5

(a)S1-S2;(b)S2-S3;(c)S3-S4;(d)S4-S5

(2)机架S1和S5前滑值

图7和图8分别为波动卷C505400和正常卷C263600的 S1和S5轧辊前滑值。对比图7和图8可知,波动卷S1和S5机架前半卷前滑值波动较大,并且局部出现负值,表明带钢已经发生打滑;而正常卷S1和S5机架前滑值波动平稳,且未出现明显的打滑现象。

(a)S1;(b)S5

(a)S1;(b)S5

2.1.3冷轧工序分析

上述分析表明,冷轧工序酸洗不净,带钢在该位置发生打滑,是导致阻尼厚度波动的直接原因。提高酸洗质量最有效的方法是降低酸洗速度,酸洗速度从180降至100 mpm,热轧原料(700 ℃卷取)表面氧化铁皮的酸洗效果有极大提高,如图9所示。但酸洗速度的降低不利于冷轧产能的发挥,增加了生产成本。且阻尼厚度波动卷在180 mpm速度下有半卷仍能酸洗干净,说明热轧原料在整卷氧化铁皮控制上存在差异。通过控制热轧原料表面氧化铁皮,使其更易于酸洗,相比降低酸洗速度更加有效。

(a)180 ppm;(b)100 ppm

2.2 热轧工序

2.2.1热轧原料表面氧化铁皮分析

图10为厚度波动卷C505400各处的氧化层SEM形貌。由图10可知,波动卷尾部氧化层厚度约为10 μm,头部的氧化层厚度约为5 μm。

(a)尾部上表面,9 μm;(b)尾部下表面,12 μm;(c)头部上表面,4 μm;(d)头部下表面,6 μm

采用XRD检测厚度波动卷C505400氧化层成分,结果见表2。由表2可知,厚度波动位置(热轧尾部)氧化层中难以酸洗干净的Fe3O4含量远高于厚度正常位置(热轧头部)。

表2 波动卷头部和尾部氧化铁皮成分

查看卷取温度发现,目前硅钢卷取温度偏高。以W600为例,卷取温度控制在700±20 ℃,且大部分在上线控制。卷取温度高,带钢卷取后冷却过程中,氧化铁皮不断增厚,外圈(热轧尾部)氧含量高于内圈(热轧头部),导致外圈氧化铁皮高于内圈,且卷取冷却过程中生成的Fe3O4也高于内圈。

2.2.2卷取温度对氧化铁皮厚度分析

不同卷取温度下,氧化铁皮厚度如图11所示。由图11可知,卷取温度在650～700 ℃范围内,随卷取温度升高,氧化层厚度增加,酸洗越困难[8]。图12为180 mpm酸洗速度下,不同卷取温度的酸洗效果。由图12可知,650 ℃卷取温度的酸洗效果要明显优于700 ℃。

(a)650 ℃,6 μm;(b)680 ℃,9 μm;(c)700 ℃,12 μm

(a)酸洗前,700 ℃;(b)酸洗前,680 ℃;(c)酸洗前,650 ℃;(d)酸洗后,700 ℃;(e)酸洗后,680 ℃;(f)酸洗后,650 ℃

3 冷轧无取向硅钢阻尼厚度波动控制措施

上述分析表明,无取向硅钢阻尼厚度波动需要进行热轧、冷轧全流程工艺优化。主要措施如下:

1)卷取温度控制在650 ℃,热轧成品卷及时堆放至通风位置或室外库,降低氧化铁皮厚度及Fe3O4含量;

2)拉矫机采用延伸率模式,延伸率≥1.3%,可有效提高破鳞能力,改善酸洗质量;

3)适当控制酸洗速度,酸洗速度不超过180 mpm,同时要保证酸洗浓度;

4)提高冷轧轧机1#机架工作辊粗糙度到1.3 μm以上,可有效降低冷轧轧辊打滑概率。

4 结论

1)带钢酸洗不净,氧化铁皮残留带钢表面导致冷轧轧机打滑,是造成阻尼厚度波动的直接原因;

2)热轧卷取温度高,钢卷冷却过程中,氧化铁皮不断增厚。由于外圈氧含量高于内圈,导致热轧外圈氧化铁皮高于内圈,且冷却过程中生成难以酸洗的Fe3O4也高于内圈,导致热轧外圈不易酸洗干净,产生阻尼厚度波动;

3)酸洗速度从180降至100 mpm,热轧原料表面氧化铁皮的酸洗效果有极大提高,可有效解决阻尼厚度波动问题,但酸洗速度的降低不利于冷轧产能的发挥,增加了生产成本;

4)通过优化热轧卷取温度以降低酸洗难度,优化冷轧拉轿工艺、酸洗速度和轧辊粗糙度等以提高酸洗质量,阻尼厚度波动问题得到有效解决。