热连轧精轧工作辊辊面氧化膜控制

热连轧精轧工作辊辊面氧化膜控制　徐鹏飞　（济南钢铁集团总公司１７００热连轧厂山东济南２５０１０１）　摘要：分析了氧化膜生长机制、分布形态及变化规律，探讨氧化膜失效对辊面粗糙度和磨损状态的影响，结合济钢的　生产实践提出了控制轧辊温度、降低剪切应力的改进措施，为有效控制工作辊氧化膜状态和带钢表面质量奠定了基础。　关键词：热轧；工作辊；氧化膜；冷却　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔｏ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｏｘｉｄｅ　Ｆｉｌｍ．ｏｆＷｏｒｋ　Ｒｏｌｌｓ　ＯｆＦｉｎｉｓｈｉｎｇ　Ｍｉｌｌ　ｉｎ　Ｈｏｔ　ｓｔｒｉｐ　Ｒｏｌｌｉｎｇ　Ｍｉｌｌ　ＸｕＰｅｎｇｆｅｉ　（Ｊｉｎａｎ　Ｉｒｏｎ　ａｎｄ　Ｓｔｅｅｌ　Ｃｏｒｐ　Ｈｏｔ　Ｓｔｒｉｐ　Ｒｏｌｌｉｎｇ　Ｍｉｌｌ　Ｓｈａｎｇｄｏｎｇ　Ｊｉｎａｎ　２５０１０１）　Ａｂｅ．Ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ａｎａｌｙｓｅｓ　ｔｈｅ　ｖａｒｉａｔｉｏｎ　ｒｕｌｅｓ　ｏｆｔｈｅ　ｏｘｉｄｅ　ｆｉｌｍ’Ｓ　ｇｒｏｗｔｈ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｓｔａｔｅ　ａｎｄ　ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｆｏｒｍ，ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｏｘｉｄｅ　ｆｉｌｍ　ｆａｉｌｕｒｅ　ｏｎ　ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ　ａｎｄ　ａｂｒａｓｉｏｎ　ｓｔａｔｅ　ｏｆ　ｈｔｅ　ｒｏｌｌ　ｓｕｒｆａｃｅ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｏｆＪｉｎａｎ　Ｉｒｏｎ　ａｎｄ　Ｓｔｅｅｌ　Ｇｒｏｕｐ，ｗａｙｓ　ｏｆ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ｗｏｒｋ　ｒｏｌｌ’Ｓ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｎａｄ　ｒｅｄｕｃｉｎｇ　ｓｈｅａｆｉｎｇ　ｓｔｒｅｓｓ　ａｒｅ　ａｌｓｏ　ａｄｖａｎｃｅｄ，ｗｈｉｃｈ　ｈａｓ　ｌａｉｄ　ａ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ｔｈｅ　ｏｘｉｄｅ　ｆｉｌｍ　ｓｔａｔｅ　ａｎｄ　ａｍｅｌｉｏｒａｔｉｎｇ　ｓｔｒｉｐ’Ｓ　ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎ　ｑｕａｌｉｔｙ．　Ｋｏｙｗｏｒｄｓ：ｈｏｔ　ｒｏｌｌｉｎｇ；ｗｏｒｋ　ｒｏｌｌ；ｏｘｉｄｅ　ｆｉｌｍ；ｃｏｏｌｎｉｇ　ｌ概述　铁离子相遇并生成氧化膜。氧离子继续向轧辊内　热轧精轧机工作辊处于高温、高应力、水蒸气　部扩散，与此同时，铁离子和电子从铁表面释放并　等工况条件，工作辊表面会形成一层薄的、致密的　向氧化膜表面输送，氧离子和铁离子在氧化膜中　但是耐磨氧化膜。完好致密的辊面氧化膜不仅可　的某处相遇并生成新的氧化物［１－］】。　以降低带钢和工作辊之间的摩擦因数、防止热裂　２．２氧化膜的宏观形貌　纹向辊体扩展、阻止带钢热量向辊体扩散从而延　下机后的工作辊，辊面氧化膜按其宏观形貌　长工作辊的工作周期和使用寿命，而且可以提高带　以及粗糙程度大体可分为以下几种形态：　钢的表面质量。相反，氧化膜不均匀脱落，将造成辊　形态一：辊面均匀分布一层呈银灰色或浅蓝　面的不均匀磨损，直接影响辊形、动态辊缝和带钢　色的薄氧化膜，表面光洁，此时能够完全满足带钢　断面凸度。因此，其形成和维护成为热轧厂提高带　表面的质量要求，而且可以装入轧机继续使用。　钢质量的重要研究方向。　形态二：辊面氧化膜也呈银灰色或浅蓝色甚　至蓝色，但是辊面光洁度较差，无法满足某些对表　２辊面氧化膜概述　面有特殊要求的带钢的质量要求，需要换辊。　２．１氧化膜产生机理　形态三：氧化膜较厚呈黑色时，氧化膜表面分　工作辊辊面的氧化膜是在辊面、带钢以及轧　布着致密的龟裂纹，存在局部划伤和脱落，粗糙度　辊冷却水形成的高温、高应力、水蒸气等工况条件　明显增大且分布不均匀，会导致带钢产生三次氧　下，通过辊面中铁离子和氧的扩散来形成和生长　化铁皮等缺陷。　的：大气中的氧分子吸附在辊面的表面上发生离　形态四：氧化膜裂纹明显扩展，造成辊面氧化　解获得电子而生成氧离子，然后与辊面基体内的　膜脱落，形成流星斑、回纹、斑带和大面积脱落等　金属世界ｔｔｐ．ｍｎｖｗ．ｊｓｓｊｚｚ．ｃｏｍ　垒蔓兰塑■■　维普资讯 http://www.cqvip.com 的烫辊制度和工作辊冷却水水量制度。轧钢时必　须严格按规定进行烫辊：计划换辊后开轧前５块　钢时，轧辊冷却水的水量要由Ｆ６轧机的７０％向上　游机架依次增大，两块钢的轧制时间间隔为５ｍｉｎ，　保证轧辊的平缓预热；轧制后５块钢时，轧辊冷却　水的水量Ｆ６为８０％，同时上游机架依次增大，连　续两块钢的轧制时间间隔为３￣４ｍｉｎ，适当提高辊　ｊ　鼷　≤　蘩　温，加速轧辊氧化膜的形成；轧制第１　１块钢之后，　图１异常的氧化膜宏观形貌　水量恢复到１　Ｏ０％，以防止氧化膜进一步加厚而剥　落，烫辊期间轧制节奏要慢，以确保轧辊辊面氧化　膜建立良好。　氧化膜异常缺陷。（如图１所示）　综上所述，氧化膜的厚度决定了其宏观形貌，　氧化膜的宏观形貌又决定了热轧带钢的表面质　量，理想的辊面氧化膜意味着辊面颜色保持银灰　色，经过长时间的轧制，也不会发生脱落，这对于减　少热轧工作辊磨损和异常事故非常有利，因此良　４工作辊辊面氧化膜的维护　建立了良好的辊面氧化膜后，在轧制过程中　还应重点维护，维护的重点在于轧辊温度的控制　以及降低剪切应力的作用。　好辊面氧化膜的建立与维护成为了重中之重　。　随着氧化膜的厚度不同，其颜色也不断变化，　颜色越深则氧化膜越厚，工作辊辊面的氧化膜厚　度与氧化膜的颜色大体对应关系如表１。　表１氧化膜厚度与颜色对应关系　４、１轧辊温度的控制　热轧过程中工作辊的瞬时表面温度为５００℃　～７００℃，辊体温度超过６０℃。影响氧化膜增长的　关键因素是工作辊表面温度，因此，加强工作辊强　冷却，缩短辊面处于高温状态的时间，是控制辊面　的氧化膜厚度、热凸度、减少热裂纹的重要手段。　实践得出，当轧辊温度控制在某一范围内时，轧辊　辊面氧化膜维护良好，热轧带钢表面不会产生氧　化铁皮缺陷。　４．１、１轧辊周向温度的控制　辊面从与带钢的接触弧出来后，为了缩短辊面　其中，以灰色以及浅蓝色的氧化膜厚度为最　好，银色氧化膜由于太薄不耐磨，易引起轧辊辊面　处于高温状态的时间，必须尽快将温度由７００℃　降至３００℃以下，以防止进一步氧化。　济钢热轧采取了在轧辊入口侧布置两排喷　嘴、出口侧布置三排喷嘴的冷却水装置，通过加大　粗糙；而蓝色、深蓝色以及黑色的氧化膜会出现橘　皮现象或者脱落。这是由于氧化膜的抗剪强度及与　基体的结合强度随着氧化膜的厚度增加而降低。当　氧化膜呈深蓝色或黑色时，其厚度通常会超过　２ｐ　ｍ，在轧制力的反复作用下，氧化膜沿碳化物周　围萌生微裂纹，致使辊面粗糙度升高、耐磨损性能　下降，严重者形成大面积脱落等氧化膜异常缺陷。　出口侧冷却水量、减少入口侧水量以加强工作辊　的冷却效果。另外，在高温卷在同一轧制计划中编　排过多时，还要通过控制轧制的节奏的快慢来调　节轧辊的冷却效果。　４．１．２轧辊轴向温度的控制　由于轧制时，带钢与轧辊的宽度不同，这就造　３良好辊面氧化膜的建立　要想建立理想的氧化膜，关键在于工作辊上　成了轧辊在轴向上温度分布不均（图２），这直接影　响了工作辊氧化膜的保持和带钢断面控制，存在局　部氧化膜较厚或脱落现象。济钢热轧厂通过对工　机后开轧初期的辊身温度控制，因此要制定严格　２００８年第３期　厅　ｕｐ．＇ｗ属世界ＩＳＳＩＺＺ　ｏｍ　ｃｏｗｗ４ｓｓＪｚｚ．＝事　维普资讯 http://www.cqvip.com ０　１　２　３　４　５　６　７　８　９　１０　１１　１２　１３　１４　１５　１６仃伯１９∞　测温点　（１）改进前　：：　‘。　＼３０　篝ｚ。　１。　测温点　（２）改进后　图２改进前后轧辊辊面轴向温度分布比较　暑　－　、　翻　＊　轴禽晴囊分蠢　图３改进前后轧辊冷却水水量分布对比　作辊冷却水分布进行优化，加大了工作辊中部的冷　却水量（图３），辊面轴向温度明显分布均匀，氧化膜　的厚度和颜色趋于正常。　另外，轧辊冷却水喷嘴的通畅与否是影响轧　辊温度在宽度方向上均匀性的另一主要原因。因　此每次换辊时都应对轧辊冷却水喷嘴进行检查。　如有堵塞现象要立即进行更换，以确保轧辊冷却　水的正常投入。　通过实施以上控制轧辊温度措施，济钢热轧　厂精轧机轧辊的表面氧化膜在下机后基本上都能　达到状态二和状态三的水平，使带钢由于氧化膜　脱落而造成的三次氧化铁皮压入次品率由实施前　的Ｏ．３％降到了现在的０．０２％。　４．２降低剪切应力作用　辊面氧化膜受到的剪切应力是其失效脱落的　另一个重要因素，减少其因受到的交变应力、摩擦　力引起的剪切应力是维护氧化膜的一个主要措　施。　４．２．１降低由负荷引起的剪切应力　精轧工作辊，在高温、高速、大压下量和骤冷骤　热条件下工作，其辊面氧化膜周期地承受着巨大的　交变应力，如果轧机Ｆ１～Ｆ６的负荷分配不合理，　某一个或者几个机架的负荷过大，造成工作辊辊　面氧化膜达到疲劳极限，辊面氧化膜就会产生裂　纹，当裂纹尺寸长大到一定程度时，垂直于辊面的　裂纹与平行于辊面的裂纹汇合，在工作辊和热轧带　钢之间的强大剪应力作用下，辊面氧化膜就会产生　剥落。因此负荷的合理分配对氧化膜的保护至关　重要。如生产中发现某机架的负荷过大时，可适当　将该机架的负荷分配到其他机架，或者将一部分负　荷调整到粗轧机，以减少对辊面氧化膜的剪切破　坏作用。　４．２．２减少由加速度引起的剪切应力　济钢热连轧厂由于没有热卷箱，在轧制时为　了保证头尾的温差相差不大采用了加速轧制的方　法。由于二级模型的原因，加速度被设定成ａ　和现　两个固定值，同时还有一个／Ｘａ－－Ｏ．２ｍ／ｓ　的加速度　变量根据轧制情况随机加在ａ　或如上，这就造成　了轧制加速度ａ　或ａ２过大，进而使轧制速度过快，　轧辊承受交变载荷的频率越大，轧辊表面氧化膜　容易产生疲劳裂纹且容易扩展和生长，最终导致　辊面氧化膜的脱落。因此设定合理的加速度ａ　、现　值，对于维护辊面氧化膜也有重要的作用。　４．２－３使用轧制润滑油减少摩擦引起的剪切应力　轧制润滑油可以降低带钢与轧辊氧化膜的摩　擦力以及轧制力，但是济钢１７００热连轧厂的轧制　润滑刚刚进行调试，具体措施还有待进一步研究。　５结论　（１）工作辊的氧化膜形态特征决定了失效形　式，氧化膜的厚度不同，颜色也不同。颜色较深的氧　化膜较厚、较粗糙，容易产生脱落。　（２）为了有效保持工作辊的氧化膜，必须保证　工作辊的冷却效果以及降低由负荷、摩擦力等造　成的剪切应力。　参考文献　［１］Ｌａｎｔｅｒｒｉ　Ｖ，Ｔｈｏｍａｓ　Ｃ，Ｂｏｃｑｅｔ　Ｊ，ｅｔ　ａ１．Ｂｌａｃｋ　Ｏｘ—　ｉｄｅ　Ｆｉ１ｍ　Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　Ｏｉｌ　Ｗ０ｒｋ　Ｒｏｌ１　Ｓ　ａｎｄ　Ｉｔ　ｓ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｓ　Ｏｎ　金属世界ｔｐ：ｗｗｗ．ｊｓｓｊｚｚ．ｃｏｍ　呈　塑堡蔓兰塑■＿　维普资讯 http://www.cqvip.com Ｈｏｔ２Ｒｏｌｌｉｎｇ　Ｔｒｉｂｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　［Ａ３．Ｐｒｏｃｅｅｄ—　ｗｉｔｈＦｉｎｅ　Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｆｏｒ　Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｔｏ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｄｅｔｅ—　ｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔ　ｈｅ　７ｔ　ｈ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｓｔｅｅｌ　ｒｉｏｒａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＣＡＭＰ—ＩｓＩＪ，２００２　Ｒｏｌｌｉｎｇ（Ｓｔｅｅｌ　Ｒｏｌｌｉｎｇｓ　９８）［ｃ］．Ｃｈｉｂａ，Ｊ　ａｐａｎ：Ｔｈｅ　［５］Ｌｉ　Ｃ　Ｓ．Ｂｌａｃｋ　Ｏｘｉｄｅ　Ｌａｙｅｒ　Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｂａｎｄｉｎｇ　ｉｎ　Ｉｒｏｎ　ａｎｄ　Ｓｔｅｅｌ　Ｉｎｓｔｉ　ｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｊ　ａｐａｎ．１９９８．．　ＨｉｇｈＣｈｒｏｍｉｕｍ　ＲｏｌｌＳ［Ｊ］．ＭａｔｅｒｉａｌＳ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌ—　［２］№ｌｉｎａｒｉ　Ａ，Ｓｔ　ｒａｆｆｅｌｉｎｉ　Ｇ，Ｔｏｍａｓｉ　Ａ，ｅｔ　ａ１．Ｏｘｉ—　ｏｇｙ，２０００　ｄａｔｉｏｎ　Ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｏｆ　ＬｅｄｅｂｕｒｉｔｉＣ　Ｓｔｅｅｌｓ　ｆｏｒ　Ｈｏｔ　Ｒ０ｌｌＳ『Ｊ］　［６］Ｇｏｎｚａｌａｚ　Ｖ．Ｍｏｄｅｌｉｎｇ　Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｈｏｔ　Ｒｏｌｌｉｎｇ　Ｗｏｒｋ　．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０００．　ＲｏｌｌＳ［Ｊ　ｊ．Ｉｒｏｎｍａｋｉｎｇ　ａｎｄ　Ｓｔｅｅｉｍａｋｉｎｇ，２００１　［３３　Ｃｏｌａｓ　Ｒ，Ｒａｍ？ｒｅｚ　Ｊ，Ｓａｎｄｏｖａｌ　Ｉ，ｅｔ　ａ１．Ｄａｍａｇｅ　ｉｎ　［７］Ｍｏｌｉｎａｒｉ　Ａ．　Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　Ｂｅｈａｖｉｏｕｒ　ｏｆ　ＬｅｄｅｂｕｒｉｔｉＣ　Ｈｏｔ　Ｒｏｌｌｉｎｇ　Ｗｏｒｋ　Ｒｏｌｌｓ［Ｊ］．Ｗｅａｒ，１９９９．　Ｓｔｅｅｌｓ　ｆｏｒ　Ｈｏｔ　Ｒｏｌｌｓ［Ｊ］．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉ—　［４］Ｔｓｕｊｉｍｏｔｏ　Ｙ．Ｈｉｇｈ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　Ｈｉｇｈ　Ｓｐｅｅｄ　Ｓｔｅｅｌ　Ｒｏｌｌ　ｎｅｅｒｉｎｇ，２０００　一＋－＋一＋－＋．－４－－一＋－＋一＋－＋　（上接第ｌ５页）　表４晶粒度、夹杂物　提高钢的韧性。　氩喂线、方坯连铸和棒材连轧，生产Ｆ３５ＭｎＶＮ非　因此，降低Ｃ含量、提Ｍｎ含量，可有效提高　调质钢的工艺是可行的，产品质量完全满足用户　钢的韧性。试验结果表明，Ｆ３５ＭｎＶＮ非调质钢的　的使用要求。　Ｃ、Ｍｎ含量设计合理，钢材的冲击值达到了预期的　（２）热轧Ｆ３５ＭｎＶＮ非调质钢的力学性能决定　目标值。　着直接切削加工所制产品的最终性能，因此，必须制　３．２轧后冷却工艺对非调质钢性能的影响　定合理的轧制工艺，确保钢材具有良好的综合性能。　控制Ｆ３５ＭｎＶＮ非调质钢的轧后冷却速度，特　（３）采用ＬＦ炉精炼工艺，降低钢中夹杂物含量；　别是８００℃～５００℃之间的冷却速度，可细化铁素　采用电磁搅拌工艺，强化钢水的对流、传热和传质过　体晶粒，改变珠光体的形态和片间距，可提高钢的　程，控制铸坯的凝固过程，进一步提高铸坯质量。　韧性。因此，在中轧机组与精轧机组间采用控温轧　微合金非调质钢是能同时满足高性能和降成　制，保证终轧温度在１０００℃以下，并且控制合理　本的环境友好型钢材。目前，非调质钢的应用领域　的轧制节奏，确保轧件有充裕的空冷时间，使得　正由原有的汽车发动机制造业拓展到石油、采矿、　Ｆ３５ＭｎＶＮ非调质钢中的铁素体呈块状分布且数　重型机械和建筑用钢等领域。同时，随着新技术的　量较多，有效改善了钢的韧性。　应用，非调质钢的性能得到大幅度的提高，新型的　３－３显微组织对非调质钢性能的影响　晶内铁素体型非调质钢和拥有Ｆ＋Ｍ、Ｆ＋Ｂ组织的　产品的金相检验结果可知，Ｆ３５ＭｎＶＮ的金相　非调质钢将获得更广泛的应用，通过计算机预测　组织为铁素体＋珠光体，晶粒度为６．５～８．０级，珠　技术的应用，使非调质钢的研发周期大大缩短，进　光体占６５～８５％，夹杂物级别在０．５～２．５级之间。　而提高了非调质钢的竞争能力。可以预测随着我　从用户使用情况看，Ｆ３５ＭｎＶＮ非调质钢的强度受　国冶炼技术的提高，以及控轧、控冷手段的丰富，　控于珠光体的体积分数及铁素体的晶粒尺寸，而　非调质钢的性能和质量将会得到迅速发展，非调　钢的冲击韧性则受奥氏体晶粒大小的影响。　质钢不但会拥有广阔的应用前景，而且也必将成　为未来工业产品中的主力军之一。　４结论　（１）以承钢公司现有的炼钢、轧钢工艺装备及　参考文献　技术操作水平，采用氧气顶、底复吹转炉冶炼、吹　［１］董成瑞，任海鹏，金同哲，等编著．微合金非调质钢．北京：冶金　工业出版社，２０００　兰　蔓　塑————　ｔｔｐ：ｗ属世界ｕｎ６＇Ｊ．ＳＳＪＺＺ．￣Ｏｍ