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(yīng)用。柳鋼中金冷軋廠950 mm不銹鋼冷連軋機(jī)組自投產(chǎn)以來(lái)斷帶率一直居高不下。文章分析了不銹鋼冷連軋軋制過(guò)程發(fā)生斷帶的原因,指出原料質(zhì)量缺陷是導(dǎo)致冷連軋過(guò)程斷帶的主要原因,其次是操作不當(dāng)、工裝設(shè)備故障及焊縫質(zhì)量不高造成斷帶。通過(guò)加強(qiáng)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(jī)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(jī)組采用6機(jī)架六輥軋機(jī),年設(shè)計(jì)產(chǎn)能30萬(wàn)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(xué)性能及工藝性能,廣泛應(yīng)用于建筑裝飾、電器化工、衛(wèi)生設(shè)備、交通運(yùn)輸、航空航天及核工業(yè)等各領(lǐng)域[1]。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,節(jié)鎳型奧氏體不銹鋼的需求不斷擴(kuò)大。冷連軋機(jī)組在軋制過(guò)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(lái),累計(jì)生產(chǎn)約13萬(wàn)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(jī)組軋制過(guò)程發(fā)生斷帶的規(guī)律,通過(guò)加強(qiáng)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(jī)組有效作業(yè)率,達(dá)到降低生產(chǎn)工序成本。
斷帶原因分析
不銹鋼冷軋機(jī)組軋制過(guò)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(dǎo)馬氏體相變加重材料加工硬化程度也是導(dǎo)致冷連軋斷帶的原因之一[4]。柳鋼中金冷軋廠軋制過(guò)程發(fā)生斷帶情況見(jiàn)表1。從表1可以看出,原料質(zhì)量缺陷是導(dǎo)致冷連軋過(guò)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(dǎo)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(dǎo)致斷帶
在原料質(zhì)量缺陷中,能導(dǎo)致冷連軋斷帶的缺陷主要有:邊部裂紋、孔洞、夾雜分層、來(lái)料厚差、硬度不均以及折疊,其他如鐮刀彎、厚度波動(dòng)、板形不良等缺陷,達(dá)到一定程度后也可導(dǎo)致斷帶[5–6]。原料缺陷導(dǎo)致連軋過(guò)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(shí),開(kāi)卷操作人員較容易發(fā)現(xiàn),對(duì)缺陷部位進(jìn)行打磨、切除等處理,來(lái)不及處理時(shí)通知軋機(jī)主操在軋制過(guò)程中采取相應(yīng)措施,避免斷帶事故發(fā)生。但帶鋼邊部存在微小裂紋時(shí),開(kāi)卷操作人員檢查時(shí)不易發(fā)現(xiàn),帶鋼裂紋部位在經(jīng)5輥拉矯機(jī)拉延時(shí),裂紋隨著帶鋼的延伸向板面內(nèi)擴(kuò)展,裂紋部位進(jìn)入軋機(jī)后,在機(jī)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(shí),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(dǎo)致斷帶幾率更高。帶鋼板面存在孔洞時(shí),且孔洞距離帶鋼邊部較近,其斷帶過(guò)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(jìn)入軋機(jī)后會(huì)導(dǎo)致機(jī)架內(nèi)張力偏差較大,引起軋制波動(dòng)而導(dǎo)致斷帶,如圖1(b)所示。
帶鋼折疊、脫皮部位進(jìn)入軋機(jī)后,由于各部分帶鋼延伸率不均勻,造成機(jī)架間張力失穩(wěn)發(fā)生斷帶,如圖1(c)所示。來(lái)料帶鋼厚差加大時(shí),帶鋼進(jìn)入軋機(jī)時(shí)會(huì)導(dǎo)致F1機(jī)架軋制力迅速上升,入口張力急劇下降,從而導(dǎo)致帶鋼打滑或嚴(yán)重跑偏斷帶。
冷軋操作故障
軋機(jī)區(qū)檢測(cè)儀器較多,操作人員通過(guò)測(cè)厚儀、張力計(jì)、傳感器等儀器對(duì)整個(gè)軋制過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)調(diào)整。當(dāng)某一檢測(cè)儀器發(fā)生故障時(shí)可能導(dǎo)致操作人員調(diào)整失誤而造成斷帶,尤其是軋機(jī)入口測(cè)厚儀和各個(gè)張力計(jì)。入口測(cè)厚儀發(fā)生故障時(shí),AGC無(wú)法對(duì)原料的厚度波動(dòng)及時(shí)準(zhǔn)確響應(yīng),若原料厚度波動(dòng)較大時(shí),將會(huì)導(dǎo)致后機(jī)架張力波動(dòng)大而造成嚴(yán)重?cái)鄮?。在軋制過(guò)程中,操作人員會(huì)依據(jù)帶鋼在操作側(cè)與傳動(dòng)側(cè)的張力偏差來(lái)調(diào)整軋機(jī)的水平度,如果張力計(jì)發(fā)生故障,將直接導(dǎo)致調(diào)整失誤而發(fā)生斷帶[5]。
工裝設(shè)備故障導(dǎo)致斷帶
軋輥和軸承是軋機(jī)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(yīng)力釋放即修磨上線、工作輥硬度較高等,導(dǎo)致在生產(chǎn)過(guò)程中軋輥剝落時(shí)有發(fā)生,其破壞特征是從內(nèi)向外剝離,破壞時(shí)表面無(wú)明顯預(yù)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(huì)將帶鋼軋裂,甚至斷帶[6]。此外,生產(chǎn)過(guò)程中工作輥軸承磨損卡死或燒壞,致使軋輥無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn),從而導(dǎo)致斷帶。
形變誘導(dǎo)馬氏體體積分?jǐn)?shù)較高導(dǎo)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(huì)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(duì)不銹鋼性能有較大的影響。根據(jù)文獻(xiàn)[7]得知,節(jié)鎳型奧氏體不銹鋼形變馬氏體體積分?jǐn)?shù)曲線如圖2所示。當(dāng)應(yīng)變量小于5%時(shí),材料中無(wú)馬氏體相變產(chǎn)生;當(dāng)應(yīng)變量超過(guò)5%時(shí),馬氏體含量隨應(yīng)變量的增加而增多;在應(yīng)變量小于20%時(shí),不銹鋼產(chǎn)生少量的形變馬氏體;應(yīng)變量在20%~50%之間時(shí),形變馬氏體隨應(yīng)變量的增加而急劇增加,幾乎呈線性關(guān)系;當(dāng)應(yīng)變量大于50%時(shí),形變馬氏體含量仍有所增加,但是增加速率減小。形變誘導(dǎo)馬氏體體積分?jǐn)?shù)增加,使加工硬化程度加劇,當(dāng)不銹鋼軋制過(guò)程總壓下率達(dá)到一定程度后,其所特有的時(shí)效裂紋就會(huì)發(fā)生裂紋擴(kuò)展,裂紋擴(kuò)展到一定程度將會(huì)導(dǎo)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(lái)料焊縫區(qū)域要承受比帶鋼非焊縫區(qū)域更大的應(yīng)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(guò)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(jì)目前柳鋼中金酸洗白皮卷質(zhì)量缺陷導(dǎo)致斷帶次數(shù)占總斷帶比例為60.47%,可見(jiàn),原料質(zhì)量缺陷是導(dǎo)致