節(jié)鎳型奧氏體不銹鋼具有良好的性能因而在各行業(yè)廣泛應用。柳鋼中金冷軋廠950 mm不銹鋼冷連軋機組自投產(chǎn)以來斷帶率一直居高不下。文章分析了不銹鋼冷連軋軋制過程發(fā)生斷帶的原因，指出原料質(zhì)量缺陷是導致冷連軋過程斷帶的主要原因，其次是操作不當、工裝設(shè)備故障及焊縫質(zhì)量不高造成斷帶。通過加強原料表面質(zhì)量監(jiān)控、優(yōu)化軋制工藝參數(shù)及規(guī)范操作等措施，使冷連軋斷帶率降低至較低水平，提高冷連軋機組有效作業(yè)率，降低生產(chǎn)工序成本。

柳鋼中金950 mm不銹鋼冷連軋機組采用6機架六輥軋機，年設(shè)計產(chǎn)能30萬t，產(chǎn)品規(guī)格：厚度0.60~2.2 mm，寬度485~800 mm；鋼種主要為節(jié)鎳型奧氏體不銹鋼，其具有良好的耐蝕性、高低溫性能、力學性能及工藝性能，廣泛應用于建筑裝飾、電器化工、衛(wèi)生設(shè)備、交通運輸、航空航天及核工業(yè)等各領(lǐng)域[1]。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，節(jié)鎳型奧氏體不銹鋼的需求不斷擴大。冷連軋機組在軋制過程中發(fā)生斷帶故障是冷軋工序的主要生產(chǎn)故障之一[2]。柳鋼中金冷軋廠自2018年7月試生產(chǎn)以來，累計生產(chǎn)約13萬t，連軋斷帶率一直居高不下，最高月份斷帶率為1.59%。本文主要分析冷連軋機組軋制過程發(fā)生斷帶的規(guī)律，通過加強原料表面質(zhì)量監(jiān)控、優(yōu)化軋制工藝參數(shù)及規(guī)范操作等控制措施，降低連軋斷帶率，提高連軋機組有效作業(yè)率，達到降低生產(chǎn)工序成本。

斷帶原因分析

不銹鋼冷軋機組軋制過程中的斷帶事故主要發(fā)生在焊縫區(qū)域和非焊縫區(qū)域。在焊縫區(qū)域斷帶的主要原因是焊縫質(zhì)量不好及焊縫區(qū)軋制參數(shù)設(shè)置不合理；非焊縫區(qū)域斷帶主要原因是原料存在邊裂、夾雜、脫皮、凹坑等缺陷，軋制張力、速度、壓下量等參數(shù)設(shè)置不合理以及軋制操作故障及工裝設(shè)備故障等[3]。此外，節(jié)鎳型奧氏體不銹鋼冷軋形變誘導馬氏體相變加重材料加工硬化程度也是導致冷連軋斷帶的原因之一[4]。柳鋼中金冷軋廠軋制過程發(fā)生斷帶情況見表1。從表1可以看出，原料質(zhì)量缺陷是導致冷連軋過程斷帶的主要原因，自2018年7月投產(chǎn)至2019年5月底，原料質(zhì)量缺陷導致斷帶次數(shù)占總斷帶的比例為60.47%，其次是由于操作、工裝設(shè)備及焊縫原因造成斷帶。

原料質(zhì)量缺陷導致斷帶

在原料質(zhì)量缺陷中，能導致冷連軋斷帶的缺陷主要有：邊部裂紋、孔洞、夾雜分層、來料厚差、硬度不均以及折疊，其他如鐮刀彎、厚度波動、板形不良等缺陷，達到一定程度后也可導致斷帶[5–6]。原料缺陷導致連軋過程斷帶的宏觀形貌如圖1。原料邊部因冶煉、軋制及物理撞傷、刮傷出現(xiàn)明顯裂縫或缺口時，開卷操作人員較容易發(fā)現(xiàn)，對缺陷部位進行打磨、切除等處理，來不及處理時通知軋機主操在軋制過程中采取相應措施，避免斷帶事故發(fā)生。但帶鋼邊部存在微小裂紋時，開卷操作人員檢查時不易發(fā)現(xiàn)，帶鋼裂紋部位在經(jīng)5輥拉矯機拉延時，裂紋隨著帶鋼的延伸向板面內(nèi)擴展，裂紋部位進入軋機后，在機架間變形及張力作用下發(fā)生斷帶，如圖1(a)所示。尤其在軋制薄規(guī)格時，帶鋼總變形量較大，加劇節(jié)鎳型奧氏體不銹鋼加工硬化程度，帶鋼邊部缺陷導致斷帶幾率更高。帶鋼板面存在孔洞時，且孔洞距離帶鋼邊部較近，其斷帶過程與邊裂相似，鋼帶因夾雜等原因形成大孔洞，即使孔洞不在鋼帶邊部，進入軋機后會導致機架內(nèi)張力偏差較大，引起軋制波動而導致斷帶，如圖1(b)所示。

帶鋼折疊、脫皮部位進入軋機后，由于各部分帶鋼延伸率不均勻，造成機架間張力失穩(wěn)發(fā)生斷帶，如圖1(c)所示。來料帶鋼厚差加大時，帶鋼進入軋機時會導致F1機架軋制力迅速上升，入口張力急劇下降，從而導致帶鋼打滑或嚴重跑偏斷帶。

冷軋操作故障

軋機區(qū)檢測儀器較多，操作人員通過測厚儀、張力計、傳感器等儀器對整個軋制過程進行監(jiān)測和動態(tài)調(diào)整。當某一檢測儀器發(fā)生故障時可能導致操作人員調(diào)整失誤而造成斷帶，尤其是軋機入口測厚儀和各個張力計。入口測厚儀發(fā)生故障時，AGC無法對原料的厚度波動及時準確響應，若原料厚度波動較大時，將會導致后機架張力波動大而造成嚴重斷帶。在軋制過程中，操作人員會依據(jù)帶鋼在操作側(cè)與傳動側(cè)的張力偏差來調(diào)整軋機的水平度，如果張力計發(fā)生故障，將直接導致調(diào)整失誤而發(fā)生斷帶[5]。

工裝設(shè)備故障導致斷帶

軋輥和軸承是軋機主要工裝設(shè)備，投產(chǎn)初期軋輥使用管理不規(guī)范，存在內(nèi)裂紋的軋輥未探傷使用、下線軋輥未待應力釋放即修磨上線、工作輥硬度較高等，導致在生產(chǎn)過程中軋輥剝落時有發(fā)生，其破壞特征是從內(nèi)向外剝離，破壞時表面無明顯預兆，具有突發(fā)性。在生產(chǎn)中突然出現(xiàn)軋輥剝落，剝落處軋輥會將帶鋼軋裂，甚至斷帶[6]。此外，生產(chǎn)過程中工作輥軸承磨損卡死或燒壞，致使軋輥無法運轉(zhuǎn)，從而導致斷帶。

形變誘導馬氏體體積分數(shù)較高導致斷帶

節(jié)鎳型奧氏體不銹鋼為典型亞穩(wěn)定奧氏體不銹鋼，塑性變形會使亞穩(wěn)定面心立方奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂需F磁性的體心立方馬氏體，形變馬氏體對不銹鋼性能有較大的影響。根據(jù)文獻[7]得知，節(jié)鎳型奧氏體不銹鋼形變馬氏體體積分數(shù)曲線如圖2所示。當應變量小于5%時，材料中無馬氏體相變產(chǎn)生；當應變量超過5%時，馬氏體含量隨應變量的增加而增多；在應變量小于20%時，不銹鋼產(chǎn)生少量的形變馬氏體；應變量在20%~50%之間時，形變馬氏體隨應變量的增加而急劇增加，幾乎呈線性關(guān)系；當應變量大于50%時，形變馬氏體含量仍有所增加，但是增加速率減小。形變誘導馬氏體體積分數(shù)增加，使加工硬化程度加劇，當不銹鋼軋制過程總壓下率達到一定程度后，其所特有的時效裂紋就會發(fā)生裂紋擴展，裂紋擴展到一定程度將會導致斷帶。

焊縫區(qū)域斷帶原因

節(jié)鎳型奧氏體不銹鋼合金含量較高，加工硬化程度大，總壓下率要求控制在50%~70%之間，因此來料焊縫區(qū)域要承受比帶鋼非焊縫區(qū)域更大的應變量而不發(fā)生斷帶，這就要求焊縫區(qū)域必須具有較高的焊接質(zhì)量。軋制過程中在焊縫區(qū)域發(fā)生斷帶的主要原因是焊縫質(zhì)量不好及焊縫區(qū)的軋制參數(shù)設(shè)置不合理。

降低斷帶率的措施

原料質(zhì)量缺陷監(jiān)控

據(jù)統(tǒng)計目前柳鋼中金酸洗白皮卷質(zhì)量缺陷導致斷帶次數(shù)占總斷帶比例為60.47%，可見，原料質(zhì)量缺陷是導致冷連軋過程斷帶的主要原因之一。常見原料質(zhì)量缺陷為邊裂、脫皮、夾雜、孔洞、壓印(凹坑)等，生產(chǎn)過程中必須加強對酸洗白皮卷表面及邊部質(zhì)量監(jiān)控。操作人員必須在開卷前后、激光焊機前、軋機入口處詳細檢查鋼帶表面及邊部質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)原料邊部存在裂紋、撞傷缺口、脫皮、壓印等缺陷時，必須采用手持砂輪打磨處理，直至缺陷位置光滑，必要時采用沖邊剪切除，并打磨月牙位置毛刺。對缺陷出現(xiàn)在帶鋼頭尾附近，必須完全切除缺陷鋼帶，同時做好原料缺陷程度對冷連軋過程斷帶的風險評估，將帶鋼缺陷處理情況信息傳遞給軋機主操作工，為軋制該缺陷卷的相關(guān)帶鋼位置時對軋制參數(shù)調(diào)整提供依據(jù)。當缺陷位于帶鋼中部，生產(chǎn)過程無法處置或發(fā)現(xiàn)不及時，應提前將相關(guān)情況告知軋機主操作工，采用低速、小壓下、小張力等軋制措施，嚴重時甚至穿帶通過，最大程度降低斷帶風險。

冷軋操作故障控制

加強對軋機工作輥換輥輥道、7個測張輥等極限信號檢查加固，防止松動；每班按操作規(guī)程要求對6個測厚儀的運行情況進行檢查，并定期校正測厚儀；軋機主操作工時刻注意軋機主傳動電流變化，以防超過保護極限值跳閘停車，發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象及時通知電氣技術(shù)員進行處理，同時配合軋機液壓工密切關(guān)注傳動系統(tǒng)、AGC系統(tǒng)壓力變化及液壓伺服閥運行情況，發(fā)現(xiàn)異常及時向液壓工反映處理，時刻關(guān)注六連軋軋機主體設(shè)備及控制系統(tǒng)運轉(zhuǎn)情況，有異響或其他不正?，F(xiàn)象及時停機查找問題，保證軋機各設(shè)備、系統(tǒng)運行正常，避免因設(shè)備故障導致操作失誤斷帶。

加強工裝設(shè)備使用管理

根據(jù)軋輥使用爆輥情況及綜合分析得知，工作輥頻繁爆輥斷帶的主要原因是軋輥內(nèi)部存在微裂紋、下線軋輥殘余應力未釋放完就修磨上線使用，以及工作輥硬度偏高等。因此，通過優(yōu)化軋輥磨削工藝、完善軋輥探傷輪休要求、適當降低軋輥硬度等措施，爆輥導致斷帶幾率得到大大降低。同時規(guī)范軋輥軸承使用管理要求，提高軸承質(zhì)量和使用壽命，并定期檢查使用情況，有問題提前更換，避免因軸承磨損和燒壞導致軋輥停止運轉(zhuǎn)而斷帶。

形變馬氏體組織控制

節(jié)鎳型奧氏體不銹鋼冷軋過程形變誘導馬氏體體積分數(shù)隨應變量的增加而增加，隨著馬氏體體積分數(shù)的增加，材料加工硬化程度逐漸升高，當總壓下率達到一定程度后其特有的時效裂紋就會發(fā)生擴展，裂紋擴展達到一定程度后將會導致斷帶。實踐證明，軋制規(guī)格越薄，形變誘導馬氏體體積分數(shù)越高，斷帶率越高，因此，節(jié)鎳型奧氏體不銹鋼冷連軋總壓下率控制在50%~70%之間比較適宜，既保證產(chǎn)品表面質(zhì)量，同時有效降低斷帶率。

焊縫質(zhì)量控制

焊縫位置斷帶的主要原因是焊接質(zhì)量不佳及參數(shù)設(shè)置不合理。因此，需要加強激光焊機設(shè)備管理，保證設(shè)備運行工況良好，同時確定合理的焊接工藝參數(shù)及軋制工藝參數(shù)。每班按規(guī)程要求進行焊縫試樣沖孔實驗，確保焊縫質(zhì)量良好，不斷優(yōu)化焊接工藝參數(shù)，并要求使用手持砂輪對每卷焊縫月牙位置的毛刺進行打磨，直至光滑，避免軋制過程因應力集中而斷帶。同時生產(chǎn)排產(chǎn)嚴格控制焊縫前后兩帶鋼的厚差比和寬差比，盡量避免將厚差比、寬差比大的鋼卷排在一起，當由于原料規(guī)格等原因無法避免時，為保證生產(chǎn)穩(wěn)定，必須提前與軋機主操作工溝通確認，采用低速軋制，避免帶鋼發(fā)生斷帶故障。

改進效果

通過加強原料質(zhì)量監(jiān)控、優(yōu)化軋制工藝參數(shù)、強化工裝設(shè)備使用管理、合理控制馬氏體體積分數(shù)等一系列措施，冷連軋生產(chǎn)過程中斷帶率明顯降低，見表2。從表2可以看出，冷連軋總斷帶率大幅度降低，原料質(zhì)量缺陷、冷軋操作等原因?qū)е碌臄鄮释瑫r均有較大幅度的降低。提高了連軋機組有效作業(yè)率，降低生產(chǎn)成本。

結(jié)束語

通過分析節(jié)鎳型奧氏體不銹鋼冷連軋過程發(fā)生斷帶的原因，采取加強原料質(zhì)量監(jiān)控、優(yōu)化軋制工藝參數(shù)及規(guī)范操作等措施，冷連軋斷帶率得到有效改善。

(1)節(jié)鎳型奧氏體不銹鋼冷軋過程發(fā)生斷帶主要原因是原料質(zhì)量缺陷，原料質(zhì)量缺陷導致斷帶次數(shù)占總斷帶的比例為60.47%。

(2)通過加強熱軋來料表面及邊部質(zhì)量監(jiān)控，優(yōu)化冷連軋工藝參數(shù)及操作等措施，同時確保工裝設(shè)備運行狀況良好，冷連軋過程發(fā)生斷帶率得到大幅降低，2019年5月份總斷帶率降低至0.35%，提高連軋機組作業(yè)率，降低生產(chǎn)成本。

文章來源——金屬世界