304不锈钢边部压锈缺陷解决措施与工艺优化研究

　　摘 要 300系不锈钢304钢种在北海诚德金属压延有限公司热轧分厂(以下简称北海诚德)1700mm热轧生产线轧制过程中，经常发生带钢边部与轧辊辊面粘结现象，带钢边部0～40mm形成粗糙带，给后续固溶酸洗工序造成带钢边部氧化皮酸洗不干净，比较难洗情况，最终形成边部压锈缺陷。通过现场对304不锈钢边部压锈缺陷形成原因的分析及跟踪，发现适当提高加热温度、精轧入口温度时，边部压锈缺陷有明显改善。

　　关键词 不锈钢 粗糙 边部压锈 加热温度 精轧入口温度
 

　　1 前言

　　北海诚德1700热轧线设备主要由：2座步进梁式加热炉+炉后除鳞+1机架R1粗轧机+热卷箱+8机架F1～F8精轧机+2台卷取机组成，自2012年11月11日北海诚德1700热轧线全面建成投产以来，304不锈钢占不锈钢总产量的比例逐年增加，304比例从2013年的13.60%到2016年的55.38%，增幅达41.78%。然而在304不锈钢比例迅速增加的同时，边部压锈缺陷比例也逐渐在增加，严重影响了后道工序的加工成本和工序产品质量。为此从2014年上半年开始，就304的边部压锈问题现场做了大量的试验和测试，发现轧辊辊面质量、加热炉温度、带钢温度、轧辊温度、工作辊冷却水水压对边部压锈缺陷形成影响比较大。
 

　　2、304边部压锈形成机理分析

　　2.1 材料化学成分

　　北海诚德304奥氏体不锈钢化学成分，从化学成分范围看，企标成分完全在国标和美标范围，即生产的304钢种是合格的。

　　2.2 边部压锈缺陷照片、形貌、特征及主要形成机理

　　在固溶退火酸洗后如下图1白皮状态带钢边部40mm内缺陷位置明显粗糙，不锈钢基体内被嵌入氧化皮，与旁边正常表面形成明显差别。在跟踪发现热轧精轧F1-F4前段工作辊辊面带钢边部接触位置处发现有类似的粗糙带如图2、图3所示，辊面缺陷图完全与带钢边部缺陷图一致，同时用手触摸手感明显，部分粗糙处还带毛刺。故边部压锈在很多其它不锈钢厂也叫边部轧辊痕迹或氧化皮缺陷，该缺陷特征为：距离带钢两侧边部40mm以内，全长连续发生，且存在明显手感，粗糙带呈线状分布，与轧制方向成5～10°夹角。

　　精轧F1-F4工作辊辊面氧化膜周期的承受着巨大的交变应力，达到疲劳极限后，氧化膜中的微裂纹在工作辊和带钢之间的强大应力作用下，辊面氧化膜剥落，一方面，剥落的辊面氧化膜黏附在带钢表面，在后续机架中被碾入带钢表面形成边部压锈缺陷;另一方面，工作辊辊面氧化膜剥落后，辊面变得相对粗糙，在带钢变形区，前后滑的作用使工作辊与带钢相对运动，此时辊面粗糙带有毛刺部分对带钢产生类似梨沟的作用，在带钢上形成沟槽，使带钢基体暴露在高温水汽中氧化而生成三次氧化皮，形成的三次氧化皮在后机架继续变形过程中被碾入带钢形成边部压锈缺陷。
 

　　3、产生边部压锈的工艺影响因素

　　3.1 轧辊表面氧化膜形成好坏影响

　　前面边部压锈缺陷形成机理提到在精轧工作辊F1-F4轧辊边部位置找到与边部压锈类似的缺陷，即带钢上的边部压锈缺陷主要还是轧辊边部缺陷嵌入带钢造成带钢边部粗糙，在固溶酸洗过程中带钢边部粗糙处洗涤不干净，存在氧化皮缺陷占主导因素，而且工作辊辊面越粗糙、氧化膜破坏和剥落程度越严重，其带钢表面产生的边部压锈缺陷越严重。故想解决边部压锈缺陷必须先解决精轧F1-F4轧辊边部粗糙问题才是关键。

　　在304轧制过程中，带钢温度降比较大，特别是带钢边部温度降更明显，如图4所示，带钢边部温度与中心温度差80～120℃;同时304材质成分与F1-F4前段高镍铬和高铬铁轧辊表面成分都含Ni和Cr，容易造成带钢与辊面粘接原因之一。

　　大量的统计数据分析中看出，加热温度、精轧入口温度对边部压锈影响也比较大，即提高加热温度，保证精轧入口温度，是行之有效的方法之一。

　　(1)在2017年2月份 1961卷304不锈钢钢卷中产生的30卷边部压锈数据分析，1961卷的精轧入口平均温度为1031.7℃;无边部压锈的1931卷精轧入口平均温度为1031.9℃;存在边部压锈的30卷入口平均温度为1014℃，明显低于整体平均和无边部压锈的平均温度。

　　(2)为2015年8月5日至8月31日统计的边部压锈数据， 8月22日边部压锈卷比例较高与8月24日无边部压锈比较，精轧入口温度高的边部压锈缺陷改善明显。

　　过大的单位轧制力将使精轧轧辊辊面处于恶劣的工作环境，会使轧辊边部形成与轧制方向成5～10°的明显毛刺带，同时将压入带钢表面，造成不可消除的边部粗糙痕迹。为2015年8月份分析统计情况，有边部压锈缺陷的轧制排程明显比无边部压锈缺陷的轧制排程的F1-F4轧制力要大。在轧制跟踪过程中，适当减小F2，F3机架负荷，边部压锈有改善;在F1-F4整体轧制力都比较大时，边部压锈缺陷明显上升。

　　在生产实际中，现场工作辊冷却水水温波动范围比较大，从29℃到42℃都有，同时不同水温下机后F1-F4辊面氧化膜状态也有不同
 

　　4、控制方法和工艺改进措施

　　(a)改善轧辊表面氧化膜

　　要想确保氧化膜不剥落，关键在于建立辊面氧化膜和保护好辊面氧化膜。工作辊上机后必须按工艺规定进行烫辊：计划换辊后开轧前5块钢时，轧制节奏按4.4～5.0min/块，保持稳定的节奏;轧制完前5块后，可按3～4.2min/块轧制节奏轧制。

　　定周期检查机架、水切板漏水情况;检查机架冷却水水嘴堵塞情况等。

　　适当的提高304钢种的加热温度，保证精轧入口温度，减小精轧轧制力。在轧制304钢种时，加热烧钢尽量按照工艺温度上限控制，出钢温度较低时，要适当保温或降低轧制节奏，以保证精轧入口温度。

　　(c)减小精轧F1-F4轧制力，合理分配机架负荷

　　减小F1-F4整体轧制力，合理分配F1-F8轧制力。如果发现下机后F1-F4某个机架辊面边部氧化膜剥落毛刺严重时，可适当减小该机架轧制力;如发现下机后F1-F4辊面都比较差情况，需查询是否是带钢温度偏低造成F1-F4整体轧制力大情况。

　　(d)制定不同的工作辊冷却水工艺制度

　　在实际生产中根据不同的精轧工作辊冷却水水温调整精轧工作辊冷却水水压和流量对边部压锈缺陷也有一定改善。为此，还特别设计了单炉生产和双炉生产不同的精轧工作辊冷却水工艺制度：单炉生产时精轧工作辊冷却水水压控制在3.0～4.2Bar，双炉生产时水压控制在5.6～6.6Bar。

　　(e)改善轧辊材质，推广高速钢轧辊的使用

　　在F1-F4轧辊使用过程中尽量不使用高镍铬轧辊，可使用高铬铁轧辊，最好是在轧制304钢种时F2-F4轧辊全部使用高速钢轧辊。

　　(f)增加精轧轧制润滑油系统

　　因北海诚德1700热轧没有轧制润滑油系统，下机后的轧辊辊面质量都不是很理想，如果能增加精轧润滑系统，轧辊表面质量应该会有较大改善。
 

　　5 结论

　　(1)提高加热炉温度、保证精轧入口温度，可有效降低304不锈钢边部压锈缺陷比例。

　　(2)减小精轧F1-F4整体轧制力、合理的负荷分配可缓解边部压锈情况。

　　(3)采取有效措施改善精轧F1-F4轧辊表面氧化膜，减少氧化膜剥落现象，基本上能控制住边部压锈缺陷。

　　(4)制定合理的304不锈钢工艺制度，现场生产过程严格按工艺制度执行。