热轧带钢生产工艺及常见质量问题探讨

摘要：热轧带钢产品主要的质量指标包括表面质量、形状与尺寸精度、力学性能等3个方面。随着自动化控制技术广泛应用于热轧生产线，生产线对于带钢产品板形质量的控制已非常精确，产品的各项质量指标得到了很大保证。邯钢西区2,250mm热轧生产线年设计生产能力为460万t，全线采用自动化控制。在设备投入生产使用过程中，由于工艺和控制系统等存在的问题，产品外形尺寸等方面曾出现过一些质量问题，引起了客户的一些质量投诉和异议赔偿。本文对热轧生产工艺进行了探讨，对热轧生产中存在的一些质量问题和解决措施进行分析。

关键词：热轧带钢；生产工艺；质量控制

 

1 引言

热轧生产线以生产高强度、高精度和高附加值的双相钢、多项钢等钢种为主，产品主要用于船体用钢、汽车用钢、桥梁用钢和锅炉、压力容器等高耐候性结构钢的生产，同时也可以作为冷弯型钢材、焊管和冷轧生产的基础坯料。热轧带钢产品主要的质量指标包括表面质量、形状与尺寸精度、力学性能等 3 个方面。随着自动化控制技术广泛应用于热轧生产线，生产线对于带钢产品板形质量的控制已非常精确，产品的 各 项 质 量 指 标 得 到 了 很 大 保 证 。邯 钢 西 区2,250mm热轧生产线年设计生产能力为460万t，全线采用自动化控制。在设备投入生产使用过程中，由于工艺和控制系统等存在的问题，产品外形尺寸等方面曾出现过一些质量问题，引起了客户的一些质量投诉和异议赔偿。本文对热轧生产工艺进行了探讨，对热轧生产中存在的一些质量问题和解决措施进行分析。

2 热轧生产

线主要设备简介

热轧生产线的主要设备包括：步进梁式加热炉、高压水除鳞、定宽压力机、粗轧机、飞剪、精轧机、卷取机、平整分卷机组等。

（1）加热炉。步进梁式加热炉主要用于板坯轧制前的生产缓冲和板坯加热。为了满足钢坯加热需要，实现对钢坯不同阶段的灵活加热，加热炉分为了八个加热段。同时，加热炉采用了自动控温系统实现了对加热炉各个加热段温度的准确调节，针对不同钢种、不同规格的板坯沿长度方向连续加热。

（2）高压水除鳞机。在轧制过程中，会产生氧化铁皮等鳞状物质需要用高压喷水的方法来去除。

（3）定宽机。定宽压力机用于粗轧之前的第一次减宽，布置在除磷机与2辊可逆粗轧机之间，定宽机的主要作用是通过挤压锤头的挤压作用，改变材料的外观形态，获得均匀的材料变形。

（4）粗轧机。粗轧机主要是为了获得宽度一致、边缘整齐的中间坯而进行侧边轧制的一种机械设备，以防止轧件边缘出现裂边和鼓形，降低金属消耗系数。

（5）飞剪。飞剪主要是将钢坯按照一定的长度尺寸进行剪切，以便于后续的轧制加工，飞剪由两台DC电机提供动力，通过齿形接手、曲柄轴、正齿轮减速机等进行驱动，在电机和曲柄带动下，飞剪快速上下切割，从而按照一定的长度规格完成对钢坯的剪切。

（6）精轧机。精轧机是利用液压AGC等自动控制和自动补偿系统，通过液压系统和轧辊对板坯进行的一种高精度轧制，主要由电机驱动、联轴器、减速机等进行驱动和传动，以获得高精度外观尺寸的轧件。

（7）卷取机。卷取机主要是对带钢进行卷曲，使之成为钢卷以便于打捆、运输和储放，卷取机同样采用液压驱动，由辊缝液压精调、助卷辊踏步控制SC、卷曲张力控制系统等进行自动控制，设备具有使用寿命长、内圈划伤少、磨损与维护量小的优点。

（8）平整机组。平整机组主要负责对碳素钢等各类钢卷进行平整，通过平整辊的挤压作用以获得理想的板材板型，从而提高板材质量，便于对钢卷的后期加工。

3 热轧板带的技术

需求热轧带钢的坯料一般为初轧板坯或是连铸板坯，其外观形态、弯曲度、尺寸公差和化学成分等，都是其需要重点关注的技术要求。板坯质量是对其进行正常热轧加工的基础，应要求板坯内部及外表面不得有疏松、气孔、夹杂、偏析等缺陷问题。热轧板带主要具有以下技术需求:

（1）尺寸精度要求高。

尺寸精度主要包括长、宽及厚度精度。尺寸精度是热轧板带生产中控制难度最大的技术指标，对板带后续的再加工和使用性能影响很大，其中厚度的精度更为突出，如果误差过大，会对后续的冲压工序产生不良影响；而且尺寸精度控制不良的话，也容易在后续加工环节造成金属的浪费，一些微小的厚度尺寸变化都会影响到板材的使用性能和金属消耗。在加热炉对坯料进行加热时，加热温度、加热时间以及过钢速度等都是需要重点控制的工艺指标。应根据各钢种的工艺要求，合理制定预热段、加热段、均热段等环节的加热制度，以防止坯料出现加热不均匀，以及过烧、氧化和黏钢、脱碳等现象，热轧产品由于其加工特性，对于厚度尺寸控制存在比较大的难度。因此，热轧也常常称为冷轧的前道工序，其产品多作为冷轧加工的坯料，为了尽可能地提高轧制精度，一般会按照负公差轧制工艺进行生产。

（2）板形要好。

热轧产品对于板形的要求是比较高的，不仅要求板形没有明显的外观缺陷，同时厚度、瓢曲度等也要严格符合要求。普通薄板生产瓢曲度应控制在20mm以内；普通的中厚板每米长度上，瓢曲度不大于15mm，对于宽且薄的板带，对不均匀变形非常敏感，很容易产生不均匀变形。板带轧制时板形的不均匀变形是造成板形不良和厚度不均的主要原因，与板带厚度控制的精确度有很大关系。

（3）表面质量要好。

热轧带钢常作为结构钢使用，因此，其表面不允许出现裂纹、结痂、折叠、划伤、气泡、锈蚀、氧化铁皮压入等缺陷。由于这些缺陷部位与其他正常部位相比，所能承受的应力作用较小，因此这些缺陷部位也容易成为板带中应力集中的薄弱环节，是板带锈蚀和破裂的根源。如生产硅钢片时，表面的氧化铁皮也会在深冲环节被迅速冲压至带钢表面，继而导致带钢表面出现开裂、粗糙和冲压工具被快速磨损等问题。因此，对于热轧板带必须要保证其表面质量，要严格控制加热、轧制、高压水除鳞等工艺，以消除质量隐患。

（4）对力学性能的要求。

对板带钢力学性能的要求主要包括:工艺性能、机械性能、特殊板带的化学性能和物理性能等。热轧产品的力学特点主要表现为组织和性能不够均匀，其强度指标和塑性指标介于冷作硬化制品与完全退火制品之间。一般结构钢板对于焊接、冷弯曲等工艺性能要求较高，而对力学性能要求并不严格，对于具有特殊用途的钢板产品，如硅钢片、不锈钢板、高温合金板等，对于其高温性能以及耐酸性、耐碱性、耐腐蚀性等都会有比较高的要求，对于具有重要用途的结构钢板，一定要严格控制其化学成分以及强度、塑形等工艺性能。

4 热轧生产工艺流程分析

热轧生产的工艺流程主要包括:加热、高压水除鳞、粗轧、开卷、剪切、精轧、冷却、卷曲这几道环节。具体的工艺流程如下:首先由板坯库中取出待轧制加工的板坯，将其放入炉侧辊道，并由装钢机将板坯装入炉内。在加热炉内，板坯会按照制定好的加热制度进行加热，在板坯达到一定温度后，由出钢机托出，将其放置于出炉侧辊道，然后板坯在托辊输送下送至粗轧工序，依次进行高压水除鳞、定宽、粗轧、剪切、精轧、除鳞等处理工序。最后板坯被加工轧制成为一定规格的板带产品后被送至输出辊道，在层流冷却之后由夹送辊送到卷曲工段，由卷取机、助卷辊等完成对板带的卷曲，由打包机打包喷号后运至仓库内。

（1）粗轧。板坯由加热炉出来之后，表面会形成一层厚度约为2~5mm的氧化铁皮。必须要清理干净，否则则会在后续的轧制工序中被压入板坯内，成为影响板坯表面质量和力学性能的质量缺陷问题。板坯表面氧化铁皮的清除一般采用高压水除鳞设备，利用水压的冲刷力将附着在板坯表面的铁皮清理干净。热轧带钢使用连铸坯，为了满足不同品种规格板坯的轧制要求，需要由定宽工序对板坯宽度进行调整。

（2）精轧。精轧主要是对带钢厚度、板型等外观尺寸的高精度轧制。其精度控制由目前比较先进的AGC辊缝调节补偿系统来实现，通过辊缝调节来消除轧制中存在的各种干扰因素，从而满足高品质带钢产品高精度的外观尺寸要求。

（3）冷却、卷曲。带钢经过精轧后，终轧温度约为800℃~900℃，需要对其进行冷却降温，以达到卷曲工艺所需的温度550℃~650℃。热轧生产中常用的带钢冷却工艺主要有层流冷却、高压喷水冷却、水幕冷却等。带钢在冷却降温后，立即进入到卷曲工序，卷曲机利用带钢冷却后剩余的温度，在助卷辊的作用下迅速对带钢进行卷曲。卷曲机的主要功能是将精轧过的产品卷曲成为固定的卷型，成为钢卷，以便于打捆运输。

（4）精轧工序。热轧带钢精整设备机组包括平整、分卷、剪切等工序，带钢的剪切主要依靠飞剪设备来完成，飞剪设备利用剪刃的快速切割作用将带钢切割为一定规格的板材，以便于后续的板材加工。

 

5 热轧带钢生产常见的质量问题及原因分析

（1）裂纹问题。

裂纹是带钢比较常见的表面质量问题。

热轧带钢表面裂纹多以纵裂纹的形式出现，且深浅不同、长短各异。板坯本身就存在的各种裂纹缺陷是导致带钢加工中产生裂纹的主要原因，而且这种原料坯所夹带的裂纹在后续工序中也是无法消除的，还有一些情况是由于结晶器和热流控制不科学，结晶器铜板表面存在缺陷等原因，导致板坯坯壳生长不均匀，应力失衡作用下导致板坯裂纹产生。

（2）斑痕问题。

斑痕问题主要影响带钢产品表面的平整度，而且容易成为应力薄弱的环节，在后续轧制加工环节中导致带钢断裂。斑痕会以不规则的条带状、斑点状等形式在带钢表面分布，严重的会造成带钢表面出现粗糙麻点，斑痕问题主要是由于氧化铁皮压入造成的。从生产工艺环节寻找原因:一是板坯加热时间过长，其表面形成的氧化铁皮较多、较厚，除鳞工序很难将这些氧化铁皮去除干净，致使在后续轧制环节中被压入带钢表面；二是除鳞水压力不够或者是除鳞流程不科学，导致除鳞效果不佳；三是轧辊吨位过高或是轧制力设置不合理，导致带钢表面被磨损，造成麻面。

（3）压痕问题。

带钢表面的压痕缺陷一般都是呈周期性分布的，长度和宽度都比较固定。压痕缺陷的出现主要是由于辊面打伤，辊面粘渣或是轧件掉块而造成的，压痕问题严重影响热轧带钢表面的平整度。

（4）表面隆起。

带钢表面隆起的问题一般多发生在带钢边部，呈条带状沿带材轧向分布，热轧带钢边部隆起缺陷的原因主要是因为工作辊局部磨损所致。

 

6 热轧带钢常见质量问题的解决措施

（1）裂纹问题的解决措施。

首先要重视对连铸工序设备的保养维护，避免设备在使用过程中出现镀层剥落；还要重视完善保护渣体系，通过对不同钢种生产经验的总结，制定出适合于不同钢种和规格的结晶器流场区域和锥度表，以此来提高热轧带钢的生产质量。

（2）斑纹问题的解决措施。

主要应从防止氧化铁皮压入方面入手。首先要合理制定加热措施，避免因加热时间过长、加热温度过高而导致氧化铁皮生成过多；再就是要保证除鳞效果，通过调整除鳞水压力，清理喷头堵塞等措施，保证除鳞水压力；同时还要合理调整轧辊轧制力和吨位，避免带钢表面磨损。

（3）压痕问题的解决措施。

解决热轧带钢的压痕问题，首先要检查轧辊辊面是否有磨损、粘钢等问题。如果磨损较轻，可对轧辊辊面进行修磨处理，如果压痕严重，须立即进行换辊。

（4）隆起问题的解决措施。

优化轧辊凸度，提高轧辊磨削精度，还应避免出现因喷头堵塞等问题而导致的水冷效果不佳和轧辊磨损不均的问题，对于出现较严重磨损的轧辊要及时修复和更换。

 

参 考 文 献

[1]龙标. 热轧带钢生产过程中常见质量问题及工艺优化[J].科技研究，2014，（4）：218

[2] 冯旭东. 热轧带钢生产过程中常见质量问题探讨[J]. 中国金属通报，2018，（12）

[3]王永新. 热轧带钢生产过程中常见质量问题研究[J]. 城市建设理论研究，2016，（15）：56

[4] 董兴辉. 热轧窄带钢生产过程中常见质量问题分析[J]. 焊管，2009，（3）46

作者简介：杨帆，男，1985年 9月生，河钢股份有限公司邯郸分公司，从事工作：轧钢技术研发。