十八輥單機架軋機密集橫紋缺陷生成機理研究

盧 杰，楊洪凱，孫光中，張 良

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責任公司，河北 唐山 063210）

在某十八輥單機架軋機的生產(chǎn)過程中，下線帶鋼表面出現(xiàn)密集橫紋缺陷，幾乎覆蓋全部鋼種。缺陷在各個鋼種、規(guī)格中的分布沒有明顯差異。橫紋卷出現(xiàn)頻率較高，超過30%。實際主要降級品是一般強度高強鋼和普鋼，超高強鋼降級較少，主要原因是超高強鋼屬于結構鋼，對表面要求較低，對橫紋缺陷沒有要求。

根據(jù)經(jīng)驗認為，此缺陷為振動紋缺陷，但是在實際測量和軋制實驗后發(fā)現(xiàn)，此缺陷并非通常意義上的軋機振動紋缺陷[1]，而是由于側支撐受力不足導致的打滑傳遞到帶鋼表面的一種現(xiàn)象。在本文中將此缺陷定義為密集橫紋缺陷。

本文從實際測量和軋制實驗中總結出影響密集橫紋缺陷的因素，并提出針對性的處理措施。文中如無特別標注，光輥指粗糙度為1.0 μm的工作輥，毛輥指粗糙度為2.0 μm的工作輥。

1 十八輥單機架軋機簡介

某十八輥單機架軋機[2]生產(chǎn)線具備生產(chǎn)高強度汽車板產(chǎn)品能力，強度等級可達1 470 MPa。該產(chǎn)線以軋制高強、超高強鋼汽車板為主，為高強汽車板鍍鋅生產(chǎn)線提供原料。

軋機主體設備選用當今主流的S6-high十八輥單機架機型[3]，如圖1所示，其輥徑小，軋制強度大，工作輥軸頸無軸承套裝置，在工作輥軸兩側各配置一套側支撐機構來固定軋輥的軸向位置。該機構主要包括側支撐系統(tǒng)、中間輥傳動系統(tǒng)、中間輥彎竄系統(tǒng)、快速換輥系統(tǒng)和高張力卷取機等關鍵設備，并配置板形儀、測厚儀、測速儀等關鍵儀表，以保證高強鋼的穩(wěn)定軋制和高品質質量需求。

圖1 十八輥軋機輥系圖

2 橫紋缺陷產(chǎn)生原理分析

通過分析得知，每次更換新的側支撐輥后1～2 d內，即使以800 m/min的最高速度運行，帶鋼表面也不會出現(xiàn)橫紋缺陷。連續(xù)生產(chǎn)2～3 d后，軋后帶鋼表面開始出現(xiàn)橫紋缺陷，打磨后缺陷更明顯。密集橫紋缺陷如圖2、圖3所示。

圖2 軋后卷密集橫紋缺陷圖

圖3 鍍鋅后密集橫紋缺陷圖

帶鋼出現(xiàn)橫紋缺陷后，對工作輥、中間輥、側支撐以及擠干輥等輥系進行反查，在工作輥輥面、中間輥輥面均未發(fā)現(xiàn)橫紋，在側支撐輥面及背襯軸承表面均發(fā)現(xiàn)明顯橫紋缺陷，側支撐輥輥面橫紋如圖4所示。

圖4 側支撐輥輥面橫紋

2.1 軋機控制系統(tǒng)測試

軋機壓下控制系統(tǒng)中，工作側和驅動側各有一套單獨的磁尺檢測機構、程序控制模塊和伺服閥執(zhí)行機構。其中伺服閥慢閥是主要執(zhí)行機構，用來進行位置的精細調整，采用比例控制算法。伺服閥快閥用來進行快速、大行程時的調節(jié)，是一種粗調結構。

十八輥軋機在提速到800 m/min的過程中，可能發(fā)生振動，振動周期5～6 m。

從控制方面進行了多項優(yōu)化，主要包括：限制壓下系統(tǒng)對伺服閥的輸出開度，正常生產(chǎn)中輸出開度不超過30%；降低壓下系統(tǒng)的自動增益系數(shù)，由4 700降到2 500；優(yōu)化自動增益系數(shù)，程序根據(jù)速度給出不同的增益系數(shù)，速度越高給出系數(shù)越低[4-5]。

實施以上措施后，軋制振蕩幅度明顯改善，但是軋機橫紋出現(xiàn)的頻率沒有明顯變化。橫紋周期在5～10 mm，而軋機壓下系統(tǒng)振動周期5～6 m，周期差3個數(shù)量級，據(jù)此判斷密集橫紋與軋機壓下系統(tǒng)振動無直接關系。

2.2 軋機振動檢測

軋機運行最高速度為800 m/min。在330 m/min的運行速度下，檢測到軋機存在一個共振區(qū)，頻率集中。越過這個共振區(qū)之后，直到運行速度為800 m/min，沒有檢測到共振區(qū)。軋機振動測量曲線圖如圖5所示。

圖5 軋機振動測量曲線圖

由測量數(shù)據(jù)可知，軋機只存在一個共振區(qū)，且軋機一般不會長期運行在此共振區(qū)，這就表明，軋機本體振動不是造成密集橫紋缺陷的直接因素。

2.3 軋輥磨削振動檢測

軋輥磨削采用頂磨模式，該模式相對于托磨更穩(wěn)定。測試參數(shù)為：砂輪轉速24 m/s，軋輥直徑158 mm，軋輥轉速50 r/min。磨床的振動頻率主要集中在200～300 Hz，與軋輥橫紋沒有明顯對應性。軋輥磨床振動測量曲線如圖6所示。

圖6 軋輥磨床振動測量曲線

2.4 軋輥工藝實驗

軋機橫紋缺陷出現(xiàn)在軋制SK85鋼或批量軋制光輥之后，因為軋制SK85時用粗糙度0.3 μm的工作輥，導致側支撐輥面粗糙度下降較多[6]，極易造成側支撐輥打滑，產(chǎn)生比較明顯的橫紋缺陷。

5道次軋制過程中，前4道次未觀察到橫紋缺陷，末道次明顯可見。軋制規(guī)程中，末道次壓下率小于3%，在實際軋制中導致側支撐受力變小，小粗糙度的輥面受力較小，使得側支撐輥出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，造成輥面受損，復制到帶鋼上。末道次毛輥軋制時，一般不會出現(xiàn)橫紋缺陷。在軋制SK85后，切換毛輥軋制，會出現(xiàn)幾卷輕微橫紋卷，在軋制5卷以后基本消失。由此判斷工作輥粗糙度對側支撐輥影響較大[7]。軋制過程中，軋機輥子粗糙度衰減如表1所示。

表1 軋機輥子粗糙度衰減表

對軋機輥系粗糙度進行測量[8]，各輥組的粗糙度衰減不同，衰減最多的是側支撐輥，在下線時，最低粗糙度為0.091 μm，低粗糙度成為打滑的主要因素。由此可知，側支撐輥面的粗糙度降低可以產(chǎn)生密集橫紋缺陷。

2.5 橫紋缺陷產(chǎn)生機理總結

通過上述分析可知，軋輥與側支撐輥的粗糙度以及兩者之間的壓力，直接影響到他們之間的受力關系，側支撐所受摩擦力不僅與軋輥表面粗糙度相關，還與軋輥與側支撐之間的相互作用力相關，如果兩者輥面所受的摩擦力變小，則可能會導致軋輥與側支撐輥的打滑，產(chǎn)生密集橫紋缺陷。

3 橫紋缺陷的處理措施

針對側支撐受力問題，提出的措施主要包括3個方面：側支撐位置補償、工作輥粗糙度調整和軋制壓下率調整。

3.1 側支撐位置補償

對側支撐位置補償系數(shù)進行調整，調整為原先的50%，以增加側支撐對工作輥的支撐力。

3.2 工作輥粗糙度調整

增加工作輥粗糙度，進行大粗糙度的毛輥軋制實驗，下線后表面檢測全部合格。大粗糙度軋制增加了軋輥粗糙度，相當于增加了軋輥與側支撐的摩擦力，可以有效控制側支撐打滑問題。

3.3 軋制壓下率調整

在軋制模型表中，壓下率設定原則：第一道次壓下率為8%～15%，過大的壓下率會造成軋制和甩尾跑偏，因為開卷張力本身就很小，再加上甩尾軋制，壓下率越大，跑偏風險越大[9]。充分利用中間道次，壓下率為15%～30%，中間道次可以多壓，沒有問題；末道次如果使用光輥，壓下率范圍為5%～12%，如果使用毛輥，壓下率范圍為3%～5%。

增加壓下率，可以增加壓下軋制力，從而增加軋輥與側支撐的摩擦力，有效減緩側支撐打滑問題[10]。已經(jīng)進行的壓下調整實驗全部覆蓋了超高強、低合金及精沖鋼，實驗效果滿足生產(chǎn)要求。

3.4 實施效果

上述措施實施后，帶鋼表面的密集橫紋缺陷得到有效控制，缺陷率低于5%，滿足了生產(chǎn)需求。

4 結論

經(jīng)分析后得出，造成軋制過程出現(xiàn)密集橫紋缺陷的原因是軋輥與側支撐輥打滑。通過調整軋輥粗糙度，優(yōu)化軋制道次的壓下率分配，增加軋輥與側支撐的摩擦力，減少了側支撐輥打滑的幾率，密集橫紋缺陷出現(xiàn)的頻次大大減少。