冷轧带钢辊印缺陷的成因分析与控制实践

王 庆,李宏洲

(马钢股份公司冷轧总厂 安徽马鞍山 243000)

在冷轧带钢生产过程中，辊印作为一种常见的表观类缺陷一直制约着产品质量的提升。对于辊印缺陷的产生，现场通常采取换辊方式处理。由生产现场分析，虽辊印产生的因素较为复杂，难于从根本上消除，但通过成因分析进而强化过程控制与现场管理可有效降低质量损失。国内某冷轧产线酸轧机组自投产以来辊印类表观缺陷曾长期居高不下，通过现场跟踪分析并针对冷轧带钢辊印缺陷成因制定了多项技术、管理防控措施，大幅度降低了辊印缺陷的发生率。

1 辊印产生及形貌特征

冷轧带钢表面产生的辊印缺陷在长度方向上具有明显的周期性规律，也正是基于这一显著特征使得缺陷排查较为简便，可通过轧制产品规格对应的各机架延伸率、前滑值计算推导出所产生的机架号与辊系。依据形貌特征来看，大多呈点状、片状、条状且无规则性，从产生的辊系类别分析钢质辊所出现的机率远高于胶质辊，尤其是与带钢相接触产生轧制变形的工作辊，而对于机组其它辊系，如：张紧辊、转向辊、挤干辊等，虽为胶质辊往往会因异物嵌入而导致轧后辊印。

2 辊印形成机理

辊印形成机理一般分为3种方式：复制性传递、粘附性传递、轧辊剥落损伤。

2.1 复制性传递

常见磨削缺陷主要有：螺旋纹(刀花痕)、划伤痕、振动纹、毛化色差等，如图1所示。

图1 螺旋纹(刀花痕)

该类缺陷所产生的原因：

砂轮在粗磨阶段磨削进给量过大，导致辊面形成螺旋纹，精磨时又无法消除；

砂轮与轧辊接触不良引起，如磨削时砂轮同轧辊局部接触，在大多数情况下，砂轮边缘与轧辊接触，从而产生螺旋线；

在磨削过程中，磨削液中的残留物、砂轮颗粒与辊面产生接触划痕；

在磨削时，砂轮相对于轧辊存在振动，该振动一般由砂轮不平衡、砂轮的传动电机不平衡以及砂轮架、床身导轨接触不良等因素造成；

毛化是为了满足产品需要改变轧辊粗糙度与表面微观形貌的轧辊表面加工工艺。经毛化处理后的轧辊轧制所得的板材具有良好的深冲性能与涂渡覆盖性能，而对于EDT毛化过程中，因毛化工艺参数变化会引起辊面的粗糙度Ra、凸峰值Pc不均匀，从而形成色差，复制到带钢表面，如图2所示。

图2 带钢表面色差

2.2 粘附性传递

轧辊表面、带钢表面作为产生变形的两个摩擦接触面，轧辊辊身硬度要远高于带钢材质本身，也正基于此带钢的塑形变形才能得以进行。但是，对于冷轧轧制过程中的高轧制力可达到1 000t以上，基板表面残留物、材质缺陷、乳化液润滑性不足均可与辊面产生高压焊合粘附，并传递至带钢表面。

该类缺陷所产生的原因：

酸洗漂洗槽内污物残留于带钢表面并带入机架，轧件塑性变形时接触表面彼此相对滑动时，残留物转移至辊面粘附；

带钢焊缝区域凸台刮削所残留的焊渣在进入辊缝区时磕伤辊面；

在焊接过程中形成金属熔融状态，在此情况下产生的高温对夹送辊、张紧辊等胶质辊面造成烧伤脱胶，脱落的胶皮粘附在带钢表面，经轧制后产生胶皮辊印，如图3所示。在酸洗连轧机组中，带钢承受较大张力的拉矫机张紧辊组、轧机入口张紧辊组等部位，此类缺陷发生概率较高。

图3 夹送辊脱胶

热轧表面压氧以及冷轧欠酸洗残留的氧化铁皮(如图4所示)在轧制过程中产生局部脱落，脱落中与轧辊表面发生滑移，产生摩擦划伤辊面；

乳化液润滑性不足产生的金属黏着。黏着产生的前提条件是辊缝区润滑不良导致边界润滑膜破裂，然后，金属的塑性变形使金属表面的氧化膜也发生破裂，并在高轧制力条件下使基体金属与轧辊表面产生金属黏着；

图4 压氧残留

热轧原料夹渣、折叠缺陷在轧制过程中对轧辊表面造成损伤，同时传递到冷轧产品。

2.3 轧辊剥落损伤

轧辊作为塑性变形的工模具在冷轧过程中其表面承受着高轧制力和强烈的磨损，高速状态下卡钢、过热均会造成辊面裂纹延展至局部剥落。虽冷轧辊材质因具有良好的耐磨性、抗裂性及抗事故能力，但轧辊在恶劣的使用工况中无法避免造成其各类损伤影响至带钢表面。

该类缺陷所产生的原因：

轧辊在上线前存在的内部裂纹致使用过程中由接触应力的作用逐步扩展至表层形成辊面剥落；

轧辊表面局部超过回火温度时(如：磨削灼伤、轧机打滑、冷却不均、粘钢等)均有可能出现软点，而软点在应力变化阶段往往伴随着裂纹产生，若未及时下线修复就会产生剥落；

UCM、UCMW等冷轧机型的中间辊及工作辊可在轧制状态下进行轴向移动，辊面间会出现“尖峰”接触应力。该应力在辊形设计使用不合理时将导致轧辊端部产生“啃边”剥落。

3 辊印缺陷的控制措施

3.1 酸洗工艺段的控制措施

合理使用拉矫机保证破鳞效果。拉矫机在焊缝通过时存在3种控制方式：连续、快开、不使用，而对于高强钢、硅钢等较难酸洗的热轧原料要保证拉矫机处于连续使用工作模式，促进带钢表面的氧化铁皮疏松改善酸洗效果；

保证拉矫机对带钢板形改善能力。机架内工作辊、支撑辊及出口张紧辊因宽度变规格导致磨损后要及时更换，避免对板形造成恶化影响酸洗效果；

漂洗槽喷淋清洗效果。酸洗后带钢进入漂洗段清洗，槽体内水质、喷淋管喷嘴工况决定了带钢表面的清洗效果，因漂洗喷淋水是循环使用在槽体内形成污垢，现场需2至3周安排置换及槽体内部清洗以防止污染带钢表面。

3.2 轧辊磨削精度的控制措施

轧辊磨床精度维护及刚度保证。在磨床的点检维护中对托瓦安装、砂轮动平衡、砂轮架与导轨抗振性需制定日常精度检测管理标准，防止轧辊表面螺旋纹(刀花痕)、振动纹的出现，且托瓦与辊径接触吻合度不低于60%、砂轮更换需做动平衡检测；

选用合适的砂轮。需根据轧辊的材质选用合理硬度的材质，确保充分的磨削液喷射量，减少磨粒拉毛辊面产生的划痕；

提高轧辊毛化质量。根据不同的轧辊粗糙度与辊形需要，针对EDT打毛机的通电时间、毛化电流、放电间隙、振荡速度各参数之间的相互影响，需制定合理的毛化程序；同时，加强电极、绝缘电介质的管理，以防止轧辊表面毛化色差；

磨削工艺参数合理设计。高精度磨削在横向进给量、轧辊线速度、砂轮线速度等参数的选择上，不仅影响到表面粗糙度，还会造成螺旋纹(刀花痕)、振动纹等辊面缺陷。一般在保证磨削效率的情况下，需适当减少进给量并采用较低的线速度。

3.2 辊系精度的控制措施

建立全线辊系排查制度。酸轧机组的转向辊、纠偏辊、张紧辊、活套内托辊、挤干辊等均为胶质辊，在使用过程中摩擦磨损会导致其局部胶皮脱落产生“胶皮辊印”，在保证正常使用周期范围内需制定班中辊系巡检制度，有利于及时发现胶皮异常脱落加以更换；

焊缝区域的快速冷却。焊缝焊后的高温融化区在通过焊机夹送辊、1#张紧辊时，如不能及时得到快速冷却将灼伤辊面。在气温较高的情况下，需确保空气吹扫与焊缝检查台等待时间，厚度规格≥4.0 mm带钢不要低于10s-15s。

3.3 轧制工艺的控制措施

良好的工艺润滑性能。加强乳化液的过程控制以满足轧制状态下对于润滑性的需要，降低摩擦系数防止产生过度的磨粒磨损和金属黏着；

轧机本体清洁度。辊印的产生与轧机本体的清洁性密切关联，机架内部残存的乳化液油泥及断带碎片都导致辊印随机发生的风险，因此，需制定相关轧机清洗作业标准，包括清理内容步骤、冲洗时间以及验收标准，现场进行监督验收，更好地管理轧机本体清洁度；

发挥表检仪相关设备功能。热轧原料夹渣、折叠缺陷严重程度不一在轧制过程中所造成的辊面损伤也有所不同。基于缺陷发生的不确定性，首先通过缺陷图谱提高表检仪、孔洞仪的识别判检能力，并根据形貌特征制定执行停机穿带操作技术标准；

提高轧辊在线使用能力。轧辊上线前需通过表面波探伤检测合格；轧制过程中执行“烫辊”制度；为保证乳化液的润滑冷却性能，需定期检查轧机喷射状况，避免轧制时乳化液喷嘴堵塞和喷射角度变化；合理设计中间辊端部辊形，降低接触应力；提升操作技能减少断带、卡钢及打滑异常事故的发生。通过上述控制方式避免因残余应力、接触应力以及因温度分布不均引起热应力变化导致的裂纹扩展至剥落。

4 国内某酸轧机组辊印缺陷控制效果对比

4.1 辊印缺陷高频率发生时状况

2008至2015年，因各类辊印缺陷产生的封闭量每月均在300 t以上，且辊印换辊次数每月均达到100次以上，见表1、2。

表1 2008-2015年月平均辊印换辊次数

4.2 2016年以来通过采取控制辊印措施后的实施效果

2017年，各类辊印缺陷产生的封闭量每月控制在200 t以内，辊印换辊次数每月均在70次以内，见表3、4。

表2 2008～2015年月平均辊印缺陷封闭量

表3 2017年月平均辊印换辊次数

表4 2017年月平均辊印缺陷封闭量

该机组通过提高轧辊磨削精度、全线辊系巡检管理以及轧机本体清洁度的确保，辊印缺陷大幅减少。2017年与2008至2015年相比，辊印缺陷产生的封闭量降低62.6%，因辊印缺陷导致的异常换辊也降低约50%，不仅改善了产品质量同时，也降低了辊耗，提升了生产效率和效益。

5 结论

轧辊作为轧制成形的重要工具，其表面工作状态决定了带钢表面的最终形态，高速钢轧辊和轧辊镀铬工艺在实际生产中的应用可有效提升轧辊的耐磨性，尤其良好的抗热裂性可提高抗事故能力。

全线辊系、漂洗槽、轧机本体清洁度的日常管理状况决定了外部污染物对于带钢表面清洁性的影响。

由于摩擦磨损对轧制过程的影响，乳化液润滑冷却的状况与轧制产品的表面质量密切相关。

高质量的热轧原料与冷轧工序轧后带钢的表面质量呈正相关。