中棒线圆钢表面划伤缺陷改善攻关
张宝华， 周小兵， 李学保
（， 广东 广州 ）
摘要：对韶钢优特钢棒线圆钢表面出现划痕的原因进行了深入分析，通过改进空过辊道设计、引入弱穿水工艺、在穿水管入口增设导卫装置以及优化冷床裙板结构等措施，成功消除了中棒线圆钢表面的划痕问题，大幅提高了产品表面的整体质量。
关键词：划伤 辊道 弱穿水 冷床裙板
韶钢生产的优特钢中棒线，涵盖直径从20毫米到80毫米的圆形钢材，其生产过程包括：首先在加热炉中进行加热，随后进入粗轧环节，接着是中轧，再经过预精轧，紧接着是精轧，然后进行减定径处理，之后在冷床上冷却，再进行定尺处理，最后收集成品。钢材在轧制完成并被输送至冷床的途中，过钢通道上存在不少可能造成划痕的潜在风险点；这些划痕在表面质量缺陷中占据了相当比例，达到35%；特别是针对直径在Φ50至Φ80mm之间的大规格圆形钢材，表面划痕几乎难以完全避免；成品钢材下线后，通过漏磁检测的初探合格率竟然不到一半。优特钢产品在经过深度加工后，其零部件被广泛用于汽车、家电、船舶等关键工业制造领域。由于这些领域的工作环境条件相当复杂，优特钢不仅对组织性能有严格的要求，对表面质量也有着极高的标准。为了提升中棒线产品的等级以及市场认可度，并改善表面质量这一较为薄弱的环节，解决划伤问题显得尤为关键。
1 中棒线成品表面划伤产生原因分析
自2013年中棒线投产至今，经过这几年的不懈努力，产品的组织性能控制能力持续增强，与国内领先企业如兴澄特钢等之间的差距逐渐在缩小。然而，与表面及外观质量相比，仍存在较大的提升空间，尤其是在表面质量方面，划伤缺陷问题尤为明显。中棒线成品机架与冷床出口间的最大距离为360米，该区间内装配了核心机芯、2号至5号飞剪、三套在线穿水冷却装置、测径设备、冷床以及输送辊道等关键设备。由于该过钢通道长度较长且设备种类繁多，这导致成品表面可能出现的划痕等瑕疵风险显著增加。
1.1 圆钢运动轨迹不稳定
在连轧作业中，圆钢在输送辊道上移动时，一方面受到张力波动的干扰，另一方面由于轧制线无法确保完全水平，导致其前进过程中出现小幅跳跃和左右摇摆，运动轨迹显得不稳定，容易与过钢通道的侧壁相碰。加之红钢表面温度较高，硬度较低，一旦与侧壁接触，便可能产生断断续续或连续不断的划痕。
1.2 输送地辊材质表面易起凹坑与凸点
中棒线的输送轧件所用地辊采用球墨铸铁材质，其耐磨性较差。当圆钢以高速运动时，其头部会出现跳动和撞击地辊表面的现象，这导致地辊表面出现众多凹坑和凸起。一旦红钢与地辊表面的凸起接触，就会产生断续的划痕。为了确保产品质量，不得不频繁地停机对地辊进行修磨，这无疑影响了生产的连续性。
1.3 圆钢与管壁接触摩擦产生划伤
为了克服中棒GCr15轴承钢中出现的碳化物网状缺陷，我们采用在线穿水冷却系统作为辅助手段，以实现快速降温。这一系统能够帮助钢件跨越冷却过程中的奥氏体与渗碳体两相区，有效防止二次碳化物的生成，是控轧控冷的关键措施。然而，由于需要确保穿水管道中的水封充分充满，以保证红钢的均匀冷却，穿水管的直径通常较小。因此，当红钢流经穿水管时，一旦出现轻微波动，便容易与管壁接触，从而造成划伤。韶钢的优质特钢产品中，GCr15轴承钢占据重要地位，其产量颇高，然而在制造过程中，如何避免划痕问题则成为了一个亟待解决的难题。
1.4 成品冷床制动裙板之间摩擦
冷床制动裙板的功能主要是将经过飞剪切割成段的圆形钢材抛掷至冷床。由于中棒线产品的规格较小，运行速度极快，最高可达到每秒16米的速度，当高速运行的红钢进入冷床时，会直接与制动裙板发生接触并产生滑动摩擦，这种情况下很容易造成划痕。冷床与生产区域相隔120米之远，在生产过程中钢材表面缺陷，冷床上的钢材因高温烘烤而温度极高，这给工作人员进入现场查找划伤点带来了极大的不便，因此，裙板上的划伤成为了中棒线划伤问题中最严重的潜在风险。
2 攻关措施
为了解决成品表面出现划痕的问题，我们对中棒线的钢通道、输送地辊、穿水管以及冷床裙板等部件进行了细致的优化与升级。
2.1 过钢通道加装侧立轮
为了防止圆钢与过钢通道的侧壁直接碰撞，我们在过钢通道的两侧大约每隔10米设置了一组侧立轮。这样，当圆钢在移动过程中发生摆动时，它会与侧立轮接触，将原本圆钢与通道侧壁之间的滑动摩擦转变为圆钢与侧立轮之间的滚动摩擦，进而有效解决了过钢通道可能出现的划伤问题。并且，该通道两侧的侧立轮均配备了可调节开口度的螺杆设计，这能确保根据成品规格的不同，灵活调整侧立轮的开口宽度。如此一来，可以精准纠正圆钢的运动轨迹，有效避免其过度摆动。具体安装效果可参考图1。
2.2 优化输送地辊材质
中棒线的原辊材质选用的是一种不易磨损的球墨铸铁，其硬度大约在45的HRC范围内。若改用表面附着陶瓷片的新型材质地辊，则其耐磨性能将得到显著提升，确保过钢量超过30万吨。考虑到中棒线当前的产能状况，这种新型地辊的使用寿命至少可以达到一年。
2.3 穿水管入口加装导卫
中棒线配备的在线穿水冷却系统分为三组钢材表面缺陷，它们分别设置在预精轧机组、精轧机组以及减定径机组的出口处。每组系统由4节、4节和2节整体式的穿水小车构成，而每节小车上都安装了2组穿水管。为了防止穿水管受到划伤，我们在每节小车的穿水管入口处增设了一种具有周向支撑作用的导卫装置。在生产环节中，若采用穿水冷技术，需根据成品尺寸要求，预先调整穿水管入口导卫的上下及左右开口尺寸。通过导卫的支撑作用，确保红钢在穿水管中平稳移动，防止其出现上下或左右的晃动，以此消除红钢在穿水管过程中可能造成的划痕问题。图2展示了穿水管入口导卫的实际应用情况。
2.4 冷床裙板变滑动摩擦为滚动摩擦
中棒线成品在划伤缺陷的改善攻关中，裙板与轧件接触导致的划痕问题尤为突出，这既是攻关的关键所在，也是必须优先解决的问题。为了不改变中棒线冷床裙板原有的运作方式，我们依据原设备的机械结构特性，对裙板进行了创新性的改造。具体措施是在每块裙板上增设了一个滚动轮，以此将原本的滑动摩擦转变为滚动摩擦，如图3所示为改造后的裙板示意图。改造方案的设计与选择，重点考量了裙板的结构布局和所占空间，同时亦需兼顾高温环境中的润滑条件。
由于裙板安装区域有限，油气润滑的滚动轮润滑方法难以实施，可供选择的润滑方法包括干油润滑和石墨润滑等。经过实际操作验证，干油润滑在红钢高温烘烤过程中容易导致滚动轮卡住，而采用石墨润滑则有效解决了滚动轮的润滑难题。
2.5 提高成品表面硬度
对于一般优碳钢和一些合金结构钢，诸如10号钢、45号钢、40Cr等，通过设定恰当的穿水冷却参数，对轧后冷却过程进行管控，能有效提升轧制件表面的硬度。这一方法经过实际应用验证，不仅经济高效，而且能有效防止划伤，同时不会对材料的微观结构和性能产生负面影响。
以Φ50毫米的10号钢材为例，其预精轧后的成品温度通常在960℃上下，而10号钢属于低碳钢类型，表面硬度较低，较易出现划痕。为此，通过调整水管喷嘴的压力，使得红钢在穿过水管后，其表面温度能够迅速降至580至600℃之间，接着利用芯部的热量，在空气中迅速升温至大约800℃，随后进入冷床进行空冷处理。弱穿水工艺迅速降低红钢表面的温度，并提升了其硬度，显著增强了红钢在轧制后的抗划伤性能。此外，通过调节水量，确保穿水后的红钢表面温度降至580至600摄氏度，这一快速冷却的终止温度远超10号钢的Ms点温度，因此红钢表面不会发生马氏体转变。在580℃的温度范围内，形成贝氏体大约需要10秒钟的孕育期，尽管最终冷却温度达到了形成贝氏体的条件，但时间上并不符合孕育周期的要求，因此不会发生贝氏体转变。此外，轧制后的水冷处理能够阻止奥氏体晶粒的长大，细化铁素体晶粒，从而提升了材料的整体性能。
3 攻关效果
实施攻关措施后，中棒线划伤缺陷的比率从2016年的0.17%降至2017年的0.05%，同时，划伤在总表面质量缺陷中的占比也从2016年的35%下降到了2017年的11%。在各类表面质量缺陷中，划伤的排名从2016年的首位下降到了2017年的第五位，落后于弯曲、压痕、尺寸误差和端部毛刺等问题。划伤问题得到妥善解决，因此中棒的生产效率有了显著提高；2017年中棒线的有效作业率与2016年相比，增加了4.7个百分点。表1详细列出了中棒线划伤缺陷的具体情况。
4 结语
对中棒线成品表面损伤的成因进行了全面梳理与深入分析，随后从设备与工艺两个方面着手，实施了一系列技术攻关。这些措施落实后，中棒线表面划伤问题得到了有效控制，工艺和质量问题显著减少，生产流程的连续性得到了显著增强，进而实现了产能与质量的同步提高。
