低碳软钢薄规格酸洗析氧化铁皮缺陷改善实践

孙彤彤

（宝钢股份热轧厂，上海 200941）

1 概述

伴随着市场的激烈竞争，短流程、低成本的热轧产品制造备受关注，热轧产品“以热代冷”成为新常态，热轧酸洗薄规格以其较高的性价比得到了市场的广泛认可，需求量也越来越大，宝钢热轧产线也承担起了生产酸洗薄规格的重任。

低碳软钢薄规格酸洗析一般用于结构件和外观件用途，表面质量要求较高，市场需求广阔。作为生产量最大的酸洗产品，低碳软钢薄规格酸洗析（典型成分见表1）经常发生氧化铁皮缺陷，尤其是2.3mm 以下薄规格，对正常的生产顺行影响较大，一直是困扰轧线质量提升的一个难点。2017 年该产品2.3mm 以下薄规格氧化铁皮废次降是排名第一在缺陷，不但对轧线造成了大量的质量与成本损失，同时制约了产线酸洗品种的拓展。为此，迫切需要开展针对性的氧化氧化皮缺陷改善研究。

表1 低碳软钢薄规格酸洗析主要成分

2 氧化铁皮缺陷形成原因分析

2.1 低碳软钢薄规格酸洗析氧化铁皮缺陷的特征分析

从跟踪来看，低碳软钢薄规格酸洗析的氧化铁皮缺陷和精轧前机架的下机轧辊表面质量有较强的对应性，带钢表面氧化铁皮缺陷越明显则对应的轧辊表面质量越差，典型图片见图1 所示。

图1 带钢表面氧化铁皮和下机辊面

氧化铁皮缺陷在轧制过程中产生，一般可以通过在线表面仪识别并临封，轻微的氧化铁皮缺陷因表层的氧化膜覆盖而不易在本工序发觉，在后续热轧析酸洗过程中暴露出来，内部常有酸洗难以去除的氧化皮残留，影响终端用户使用。

2.2 氧化铁皮缺陷的形成机理分析

轧制过程是带钢在轧辊之间受力变形的热力学过程，带钢厚度变薄的同时将自身的热量及轧制力传递给轧辊。使得轧辊处于高温、高速、大轧制力和骤冷骤热的恶劣工作环境之中，轧辊表面氧化膜持续承受着巨大的交变应力，当达到一定疲劳极限后，辊面氧化膜中微裂纹在开始出现并扩展，在轧辊和带钢之间强大剪应力的作用下，轧辊表面氧化膜产生剥落[1]。

一旦工作辊辊面氧化膜出现剥落，一方面剥落的辊面氧化膜黏附在热轧带钢表面，在后续机架中被碾入带钢表面而形成三次氧化铁皮缺陷；另一方面，工作辊辊面氧化膜剥落后，辊面变得相当粗糙，而低碳软钢薄规格酸洗析高温下强度较低，辊面的凹凸不平很容易突破带钢表面的流变应力极限，对带钢表面产生类似犁沟的作用，暴露的基体再氧化的铁皮及被犁沟破碎铁皮一起压入带钢[2]，最终在带钢表面形成基体和氧化物交织的氧化铁皮缺陷，见图2、图3。

图2 氧化铁皮的形成过程

图3 典型氧化铁皮缺陷切面形貌

实际轧制过程中发现，容易剥落的轧辊集中发生在精轧F2和F3 两个机架。原因主要是，中间坯在进入F1 前在中间辊道上进行了充分的氧化，F1 机架轧制时较厚的带钢氧化膜在轧辊和带钢之间起到了润滑作用，较好的保护了带钢和轧辊表面氧化膜；而F2、3 轧制时，带钢表面氧化膜已经被破坏，同时轧机又承受着较大的压下率和较高的温度，轧辊表面容易形成裂纹源并扩展，进而破坏轧辊表面氧化膜；而对于精轧后机架，带钢和轧辊接触弧长较短，且温度相对较低，辊面发生剥落的风险较小。

3 热轧工艺改进及优化

综上所述，控制该产品氧化铁皮缺陷，关键就是保持F2 和F3 轧辊表面氧化膜质量，重点是降低轧制力及对轧辊辊面的合理维护。为此，对主要的影响因素进行了一系列工艺试验，并对相关工艺参数进行优化，确定了合理的热轧工艺。

3.1 优化计划编制优化

生产实践表明，低碳软钢薄规格酸洗析轧制时轧辊表面氧化膜维持良好难度较高，同计划薄规格越多下机辊面越差，这也是安排在计划尾部的主要原因。从以往的生产来看，该产品计划编制方面存在两个问题：一是低碳薄规格酸洗析前面接续1260℃高强钢，而高强钢容易导致辊面粗糙，使得刚开始轧制就出现轧辊系铁皮；二是存在单个计划大批量安排低碳薄规格酸洗析的现象，往往轧制几卷后因有氧化铁皮缺陷而回炉，曾出现过1.6mm 规格回炉5 次的现象，不仅影响合同的交货，也造成了浪费。为此，经过多次试验，综合考虑热装和冷装的差别，对计划编制进行了限制，见表2。

表2 低碳薄规格酸洗析同一计划编制要求

3.2 加热工艺优化

析坯表面氧化铁皮状态与炉温直接相关，随炉温升高可在表面快速形成一次氧化铁皮。而热量从析坯表面向心部渗透，需要较长的时间才能确保析坯温度均匀。统计加热炉二加段末温度和氧化铁皮封锁率关系如图4 所示，可以看出氧化铁皮发生率较高的丙班对应的均热温度和二加段末温差较大，也就是说二加端末温度温度越低越容易发生轧辊系铁皮。为此，综合考虑对成本和能耗的影响，对加热工艺进行优化调整，要求二加段末不低于1140℃，并对二加均热段时间进行优化。另外，需要避免低温段时间长、高温段快抽的现象，因为这种情况下容易导致轧辊表面出现剥落，严重时会出现辊面的大面积剥落。

图4 均热二加段温差与氧化铁皮的关系

3.3 粗轧工艺优化

对粗轧R2 机架3-5 道次的氧化铁皮封锁进行对比如图5（统计R3 故障期间，R2 普遍采用5 道次，氧化铁皮发生率明显升高），可以看出R2 采用3 道次明显要好。另外，从试验来看，RT4 超过1040℃会出现温度系铁皮，过低时容易导致精轧辊面容易剥落，为此将RT4 控制在1010-1040℃比较合理。

图5 R2 轧制道次与氧化铁皮发生率的关系

3.4 精轧工艺优化

良好的轧制计划安排、合理的加热及粗轧工艺为精轧轧制创造了有利条件，但要保证带钢表面的质量良好，还需要对以下因素影响进行研究和探索：

3.4.1 精轧负荷是影响轧辊表面质量的直接因素，减小F2和F3 的轧制负荷有利于辊面氧化膜的保持，但对于薄规格还有轧制稳定性的考量。为此，通过长期的跟踪，在保证稳定的前提下，对精轧的负荷进行了优化，以1.6mm 厚度为例见表3 所示。

表3 精轧压下率调整对比

3.4.2 由于低碳薄规格酸洗析表面要求较高，对上机辊选用比较严格。从试验结果看，选用1 类辊进行生产，可有效的控制氧化铁皮缺陷的产生，同时轧辊表面氧化膜的控制和上机次数有关，上机次数越多表面氧化膜越容易剥落，原因主要是多次上机的辊面极容易因存在微小裂纹而导致辊面容易被剥落。为此，研究制定了低碳薄规格酸洗析的备辊要求，即1 类辊上机，且上机次数不超过3 次。

另外，每年夏季气温较高，统计显示对应的轧辊下机温度较其它季节提高约10℃。为此，根据长期摸索及考虑对电耗的影响，制定了酸洗析分季节的轧辊冷却水投用要求，进一步完善了氧化铁皮缺陷的控制工艺。

4 结论

通过上述措施的实施，2050 热轧低碳薄规格酸洗析（厚度≤2.3mm）产品氧化铁皮缺陷废次降有了明显的降低，2018 年以来废次降发生率较2017 年降低约35%，在同类产线中处于领先水平。另外，通过措施的实施，精轧的轧制稳定性也有较大的提升，计划一次通过率从原来的不足70%提高到了85%以上。