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1、验收材料之四“降低优特钢表面划伤不合格率”项目合同总结报告 2010-11-10 目 录1 选题理由22 现状分析33 研究内容及攻关目标33.1 研究内容33.2 攻关目标44 攻关措施的制定与实施44.1 优特圆钢成品孔型及其轧辊材质的改进44.2 冷床输入辊道、裙板辊道、冷床齿形等对轧件表面冷划伤的影响，完善相应设备的设计54.3 轧件在输送辊道、活套器上引起轧件表面热划伤的原因，完善相应设备的设计64.4 研究轧槽进出口导卫引起轧件表面热划伤的机理及其改进措施64.5 研究活套高度、进出口导卫安装高度、轧机速度调整等工艺参数变化对轧件表面热划伤的影响及其改进措施114.6 解决生产线上
2、的轧制线偏离，使得轧件在轧制及其输送过程中处于稳定状态124.7 合理的轧辊设计、加工与维护134.8 解决钢坯加热不均匀及黑印引起的红坯尺寸及堆拉关系波动134.9 调整厂内产品结构144.10 制定严格的管理制度145 存在的问题及改进意见156 目标完成情况161 选题理由轧钢生产中，产品表面划伤是容易出现的共性问题。优特钢棒材生产中，棒材表面划伤是其产品表面质量缺陷的主要问题之一。市场对优特钢棒材的质量要求越来越高。热连轧棒材生产中，连铸方坯从推钢式加热炉中推出后，无论是在辊道上输送，还是在轧机孔型中轧制、在冷床上冷却以及随后的定尺剪切，棒材总是在以不同的速度运行；另一方面，在上述过程
3、中，棒材又离不开与各种设备的接触，如滑轨、辊道、轧辊、进出口导卫、活套辊、冷床、剪切机刀片等。通常，与棒材接触的转动设备与其运行速度同步，而像加热炉中的滑轨、轧槽进出口滑动导卫或转动不畅的辊道、活套辊等与轧件相对运动的设备与轧件表面的接触为滑动摩擦，轧件接触表面可能会产生划伤。划伤又分为热划伤和冷划伤。冷划伤指发生划伤后不再进行轧制的划伤，即指棒材出终轧机后，在热输送辊道、冷床输入辊道、冷床上料裙板、步进式冷床上冷却、冷床对齐辊道、冷定尺剪切前后辊道及棒材收集台架、打捆过程中的划伤；热划伤指发生划伤后还要继续轧制的划伤，即棒材出终轧机前的划伤。划伤在棒材表面表现为通长纵向的一条或数条或短或长线
4、状划痕。冷划伤呈亮线，在冷床及收集台架上易于发现，可及时查找根源处理；热划伤呈暗线，由于产生划伤后还会进行压合、轧制，在冷床及收集台架上难于发现，具有较强的隐蔽性，一旦产生热划伤，将是大批量的，危害极大。优特钢表面质量缺陷有划痕、折叠、凹坑等多种，但是划痕是上述表面质量缺陷中最常见的一种。一般划痕的深度超过 0.2 ，不能修磨，成为废品。若带有划痕的优特钢出厂，在后续加工中会产生开裂、裂纹或金属切削量不足等问题。很多热连轧的优特圆钢棒材划伤在下工序的酸洗、拉拔中无法消除。特别是热划伤其后的深加工尺寸减小，最终会在圆件表面暴露出一条重皮、夹层，去掉重皮后, 一条通长的深划痕，不仅影响零件表面的美
5、观和光洁度，并且由于划痕部位应力集中，在用户使用或再加工时易开裂。武钢股份棒材连轧生产线原是按生产螺纹钢筋及普通碳素钢等建筑用材设计的。根据市场需要改轧优特钢，轧制45钢、40Cr等优特钢过程中棒材表面出现纵向的一条或数条或短或长线状划痕划伤缺陷更加严重。严重时难以修复、甚至报废，造成巨大的经济损失（以实际年生产45钢、40Cr钢20万吨计，由于表面划伤引起的判废达1600吨以上，以废品与成材价格差2000元/吨计算，则损失近3200万元以上；同时，由于棒材表面划伤引起的工艺故障调整时间累计320小时以上，严重影响正常生产）。修磨前表面划伤引起的不合格率达0.8%以上。本课题针对武钢条材总厂棒
6、材分厂生产优特圆钢（典型钢种：45、40Cr）过程中轧件表面划伤缺陷，通过对成品表面划伤缺陷形貌及来源分析；分析研究轧件表面划伤缺陷产生的机理，优化轧线生产工艺及输送设备，较大幅度地降低棒材分厂生产优特钢表面划伤缺陷，提高优特钢产品合格率。2 现状分析由于生产过程是动态的，长线材生产流水线长，轧制道次多，各厂生产工艺不同，钢种不同，所以影响产品表面划伤的原因错综复杂，尚没有统一定论和模式。近几年来棒材场针对优特钢棒材表面划伤问题一直在不断探索，但由于缺乏必要的检测手段，效果一直不理想。国内外虽对这类划伤缺陷有所报道，但大多数资料都是根据生产实际现象进行分析和推测，且主要集中在板带材生产上，缺乏
7、系统的研究和深入的理论探索，尚未见有关棒线材表面划伤的报道。从武钢棒材厂有关统计分析可知，铸坯加热温度越高，产生线状划伤缺陷的可能性越大。因此可推测划伤的根源在于棒材表面接触有局部小凸起，表面粗糙，不光洁等。接触物本身粗糙，如新换上的设备，处于磨合期；接触物表面光滑，但在生产过程中，由于轧件高温较软，表面产生的氧化铁皮粘性大，氧化铁皮极易在接触物的易磨损部位产生局部堆积，而这些局部堆积部位易于作用于棒材表面产生划伤。如轧槽进出口导卫或输送辊道等易粘上优特钢的氧化铁皮而划伤棒材表面；接触物发生异常突起，有高于辊道表面的异物出现。如辊道间的过渡导卫及固定他的螺栓是低于辊道表面的，当优于撞击或装配不
8、当，高于辊道表面后，易于划伤轧件下表面；生产线上有死辊道和自由辊，包括停转（或相对停转）的辊道、活套辊等。如精轧机间活套辊本应与轧件运行速度同步，当其轴承坏死，活套辊停转后，就会与运行的轧件产生相对滑动可能划伤轧件表面；棒材开坯、粗中轧机组微张力轧制，当轧件张力过大，如轧槽有磨损、表面粗糙，可能引起轧件在轧槽或其进口夹板（滑动导卫）中产生划伤。3 研究内容及攻关目标3.1 研究内容 成品表面划伤缺陷形貌及来源分析研究收集现场生产数据，并对成品样的缺陷部位取样，对其表面划伤缺陷形貌特征-即缺陷形状及分布；同时，结合现场实际生产情况，对轧后成品表面冷划伤缺陷及轧制过程中热划伤影晌因素进行具体分析。
9、 研究冷床输入辊道、裙板辊道、冷床齿形等对轧件表面冷划伤的影响，完善相应设备的设计 分析研究轧件在输送辊道、活套器上引起轧件表面热划伤的原因，完善相应设备的设计 研究轧槽进出口导卫引起轧件表面热划伤的机理 研究活套高度、进出口导卫安装高度、轧机速度调整等工艺参数变化对轧件表面热划伤的影响3.2 攻关目标本项目主要完成“降低优特钢表面划伤不合格率”研究，攻关的目标：提出优特钢棒材表面划伤缺陷的机理及改进措施；修磨前优特钢表面划伤缺陷不合格率由0.8%降低到0.45%以下。4 攻关措施的制定与实施通过收集现场生产数据，并对成品样的缺陷部位取样，对其表面划伤缺陷形貌特征-即缺陷形状及分布；表面脱碳层
10、分析；通过扫描电镜对缺陷部位进行金相及能谱分析，研究成品表面划伤缺陷形貌及其危害。同时，结合现场实际生产情况，对轧后成品表面冷划伤缺陷及轧制过程中热划伤影晌因素进行具体分析。认为武钢棒材厂轧制优特钢成品表面划伤的主要来源在于：一方面，轧制过程中的导卫内腔尺寸不尽合理、轧制线的偏移以及由于钢坯加热温度不均匀、黑印等引起轧制过程工艺参数调整带来的红坯尺寸及其堆拉关系的波动引起的热热划伤；另一方面，轧后输送辊道表面磨损及粘附氧化铁皮、2#飞剪前导槽、制动群板及其辊道磨损等引起的冷划伤。引起划伤的主要原因也可归结为工艺原因产生的划线及设备原因产生的划线。根据武钢棒材厂为轧制优特钢孔型修正设计的轧制程序
11、表，利用三维有限元法仿真轧制45号钢18的轧制过程，模拟所得的轧件红坯尺寸、轧件温度场、机架间堆拉关系及其力能参数变化规律。从工艺和设备两方面，制定出解决武钢棒材厂优特钢轧件表面热划伤的措施，以降低热轧优特钢棒材表面划伤不合格率。4.1 优特圆钢成品孔型及其轧辊材质的改进采用三维有限元法模拟成品圆孔的构成方法。结合优特钢的钢种特性，模拟双半径及切线扩张法构成成品圆孔轧件变形的应力场、应变场及其变形规律。得出成品圆孔采用双半径构成法成品尺寸精度优于切线扩张法，非成品圆孔宜采用切线扩张法构成圆孔的结论。故优特钢成品圆孔采用双半径构成，高成品圆轧件尺寸精度；其他圆孔采用切线扩张法构成，以提高其尺寸调
12、整灵活性；同时将成品及成品前椭圆、圆孔轧辊材质由无限冷硬铸铁改为碳化物辊套，从而提搞轧辊耐磨性能。4.2 冷床输入辊道、裙板辊道、冷床齿形等对轧件表面冷划伤的影响，完善相应设备的设计轧后过渡输送辊道的改进。轧后的过渡输送辊道主要指除16、18圆钢外，通过甩道次轧制较大规格2040圆钢，甩掉的道次，需连接新的过渡输送辊道。轧后输送辊道的侧板擦轧件。主要由于生产线轧制线水平偏移，另外轧件在辊道上运行会左右晃动，致使轧后轧件向轧机的操作侧偏移。在过渡辊辊道两侧加立辊20多对，并对地辊材质重新选型，选用耐磨材质如QT800。磨损后的输送辊道要及时更换。制动滑板的遮板改进。先后对冷床输入辊道（3#飞剪后
13、、冷床裙板辊道前）遮板进行改进，从原直线型遮板改为带导轮遮板最后定型为带导向辊的弧形遮板。 轧制螺纹钢时，采用不带不带滚动导向辊的弧形遮板，轧制有优特园钢时采用带滚动导向辊的弧形遮板。 弧形遮板的所有的滚动导向辊必须设置冷却水冷却（在整个制动滑板沿线须安装冷却水管，主管路水压为0.4MPa）；所有导向辊必须能正常转动，故必须搞好其轴承润滑和密封措施。群板辊道及群板的改进措施。3#飞剪后的制动滑板辊道及其后的制动群板起制动轧件的作用，相互间为滑动摩擦。分析认为滑动磨擦是导致辊面磨损及成品表面冷划伤加剧的主要原因。群板辊道的改进措施。安装硬质合金(碳化钨)辊环，根据其工作特点，在辊面的端部30mm
14、范围内(与棒材规格相符)是磨损面，对原辊身进行了结构改进，同时在端部安装硬质合金(碳化钨)辊环，配合尺寸上充分考虑辊身(材料:QT800)与碳化钨辊环的热膨胀因素。经现场测定允许过盈装配，过盈量为0.0020.005mm。否则当辊身整体受热温度为400500时，辊环会出现断裂。群板的改进措施。活动裙板镶嵌条形合金块，在活动裙板与棒材的接触部位加工燕尾槽并镶嵌条形合金块。4.3 轧件在输送辊道、活套器上引起轧件表面热划伤的原因，完善相应设备的设计4.3.1 轧件在输送辊道上引起轧件表面热划伤的原因，完善相应设备的设计轧制过程中的输送辊道，主要指开坯机组前、后V形地辊及粗轧机组前后输送水平辊道。轧
15、件在输送辊道上运行划伤的根源在于辊道表面有局部小凸起，表面粗糙，不光洁。严禁轧制过程中输送线出现死辊，包括停转或相对停转的辊道，并及时清理辊道表面粘附氧化铁皮。尽量不在辊道表面堆焊，如果辊面打滑，可采用辊面加工成齿形以增加摩擦，并选择耐磨材质，减少辊道表面磨损。严禁有高于辊道平面的异物出现。采用U形辊道作为机组之间输送辊道。采用大辊径U形辊道可有效减小轧件冲击辊道侧板，并起到诱导轧件对中作用。选择合适的辊道表面与辊道地板间的高度，避免轧件与辊道底板间接触，取20-30mm；靠近辊道两侧的辊道地板弯成向下的弧形；并经常清理辊道表面及辊道地板上的氧化铁皮及其他异物。采取上述措施，以杜绝轧件在轧制过程中的输送辊道上输送不畅，引起的轧件表面热划伤。4.3.2 轧件在活套器上引起轧件表面热划伤的原因，完善相应设备的设计活套辊前后可设置辅助水平导向辊，活套辊及其压送辊可采用大弧形辊。在轧制过程中，活套起套以后进人下一架轧机前形成反抛物线。故提出在活套装置两侧压送辊前设置辅助水平导向辊。4.4 研究轧槽进出口导卫引起轧件表面热划伤的机理及其改进措施由于武钢棒材厂考虑到优特钢与普碳钢孔型的公用性，在孔型设计上作了相应修正，轧制优特圆钢的导卫，是在原来轧制普碳圆钢、螺纹钢的导
