分享：深冲钢酸轧断带的原因分析和改进措施

山钢日照公司的酸轧产线采用SMS公司的酸洗轧机联合机组，设计年处理能力为215.4万t。酸洗工艺采用浅槽紊流盐酸酸洗，酸洗入口设置米巴赫全自动激光焊机和拉伸破鳞机，酸洗出口采用自动调宽高精度转台式切边剪。轧机是酸轧产线的核心设备，其主要功能是压薄钢板并保证其板形，轧机是五机架6辊连续可变凸度（Continuously variable crown, CVC）轧机，具有自动厚度控制（AGC）和自动宽度控制（AWC）功能，尺寸精度和板形质量控制效果好。出口采用回旋式双卷筒型式（即卡罗塞尔卷取机），紧凑高效，后方设置有离线检查台，可以对带钢端部进行取样检查其表面质量。对于连续轧制，最重要的是把轧制程序和伴随着它的各机架速度、辊缝、机架间的张力对应依次通过的材料，分别进行适当的设定，使其稳定运行。

冷轧深冲钢在酸轧生产过程中的某段时间内频繁出现断带事故，给冷轧生产的顺行造成很大影响，不仅严重影响了作业率，同时造成巨大的经济损失，严重影响下一道工序的正常供料生产，订单的交付也难以按期完成。针对酸轧断带产生的原因进行分析，并采取相应改进措施，以达到对酸轧断带的有效控制。

1.   酸轧断带的原因分析

1.1   酸轧生产工艺流程

所研究的酸轧生产线工艺流程见图1.

1.2   焊缝处的断带分析

在酸洗入口设置米巴赫全自动激光焊机，激光焊机为此部分最为主要的设备，是保证酸轧产线正常运转的关键之一。正常的生产流程是全自动焊接之后，根据具体的生产情况进行杯凸试验，并且制定相应的酸轧焊机焊缝杯凸试验频次工艺制度等。在严格执行以上工艺制度并且确保原材料质量正常情况下，不会出现断带事故。一般情况下，导致酸轧焊缝断带的原因很多，大多数为焊接效果不好，影响焊接效果的主要因素包括双切剪等机电设备对焊缝质量的影响、焊接参数设定不合理对焊缝质量的影响、输出镜及外光路对焊缝质量的影响、保护气体对焊缝质量的影响以及原料质量对焊缝质量的影响等[1]。

某次超低碳深冲钢生产过程中，焊缝前1 m在F2、F3之间断带，对断口（图2）取样并进行检验分析。

逐项调查焊缝的相关工艺和设备，并对焊缝位置进行扫描电镜分析。经过钨灯丝扫描电镜（SEM）检测结果及分析，断带位置有大量的Al元素存在，详情见图3。

判断断带原因为此处Al2O3富集造成硬度局部偏高。根据生产工艺Al主要来自于酸轧原料用连铸坯在头部位置进行喷号所用的Al丝。喷号位置为铸坯的头部（图4），热轧卷位置对应头部（热轧卷卷芯位置），酸轧后位置对应尾部（酸轧钢卷不平整），断裂位置处于带尾焊缝前1 m左右（对应铸坯喷号位置），因此判断Al线喷号在加热炉中高温时发生反应形成Al2O3，Al2O3夹杂物无延展性，带钢撕裂造成断带。

1.3   轧制力的影响

在酸轧作业中，为了优质、高效、低成本地轧制钢板，必须建立最佳作业方法。一般来说酸轧的全压下率在50%~93%，全压下率的分配，影响着电机功率、形状、作业性能、效率。张力对轧制具有极大的影响，在轧制过程中施加张力，使钢材的塑性变形在前、后张力的作用下进行。张力的存在可以防止带钢在轧制过程中跑偏，保证正确对中轧制；还可以调整板形，使所轧带钢保持平直；轧制中的前、后张力可降低金属的变形抗力，有利于带钢变形，便于轧制更薄的产品，还能降低能耗[2]。机架间的张力过高，则会增加钢板断裂风险；过低，则增加钢板扭曲的风险，所以必须控制张力值适当。

图5为深冲钢冷轧卷在速度1050 m/min左右酸轧生产过程中，带钢突然在F4、F5之间断带的形态图，该事故导致F4机架内堆钢、防缠导板变形、工作辊和中间辊受损。

观察带钢边部发现切边良好，边部无边裂、毛刺、锯齿边等，排除边部缺陷导致带钢撕裂断带的可能。

如图6所示，断带前的张力数据正常且保持稳定，但在随后小于0.06 s的时间内，F4出口传动侧（DS）张力先出现降低，之后F4出口操作侧（OS）张力开始降低，直至到0，即带钢从传动侧开始撕裂，然后断带。如图7所示，F4辊缝倾斜保持0.04 mm不变，F4出口张力差稳定为7 kN，属于较小张力差，经验值张力差在20 kN以内属于正常值。

稳定轧制过程中，轧机入口原料偏离0.2 mm，无跑偏镰刀弯情况。轧制出现异常后，F4出口传动侧张力先开始下降，操作侧张力随之下降，然后降为零，总用时0.4 s，传动侧开始撕裂导致断带。轧制过程中机架两侧的轧制力差、张力差数值较大时造成断带[3]。

1.4   孔洞的影响

酸轧过程中部分缺陷是由原料造成的，但是往往难以在上一道工序发现，而是在冷轧生产中暴露出来。原料缺陷通常有气泡、孔洞、夹杂、铁皮压入、原料划伤和辊印等，针对上述热轧原料缺陷，通常采取的控制措施是加强对原料的检查控制：加强封闭区管理，严禁不符合生产条件的原料上线生产，热轧厂改进生产工艺减少缺陷产生[4]。在实际的酸轧过程中，酸轧入口上卷时的检查和剪切难以把所有缺陷完全切除干净，从而在酸轧过程中出现问题。图8为孔洞造成的断带形貌。

由图9可以看出，断带发生在12：03左右，此前轧机一直正常轧制，辊缝倾斜、轧制力和张力等均无异常，12：03：04时F4出口张力突然清零（此时已发生断带），随后速度骤降至0，辊缝倾斜、轧制力等参数失去控制。查看断带现场，断带时速度较高（1020 m/min左右），带钢堆积，断口有明显孔洞缺陷，且断面圆滑，排除轧裂导致断带，判断为原料孔洞导致应力集中，最终撕裂带钢。

1.5   原料夹杂的影响

统计若干次夹杂类型的断带情况，通过钨灯丝扫描电镜（SEM）分析，几个典型的电镜扫描情况如图10和11所示。

断带位置含有Ca系夹杂（图10（a））、氧化铝系（图10（b）），判断断带应与此处Al2O3或Ca系类夹杂富集造成硬度局部偏高有关，Al的来源为钢水中的Al2O3聚集，Al2O3夹杂物无延展性、Ca系类夹杂偏硬，带钢撕裂造成断带。

断带位置含有Na、K、Mg、Si等典型保护渣系夹杂（图11）情况[5]，判断断带应与原料铸坯生产时在结晶器中卷渣造成钢带内含有夹杂物有关。

1.6   工艺参数设定的影响

酸轧过程中，弯辊力和CVC轴向位置可用来克服和消除板形缺陷。弯辊力是第一调节手段，但长时间处于高弯辊力的状态下，必须调节CVC位置，让工作辊获得新的合适的轧辊凸度，才能达到控制板形的目的，CVC位置值的合理设定不但能配合弯辊力有效的改善板形，同时还可大幅度降低弯辊力，增加弯辊力的可调范围[6]，确保酸轧轧制过程的顺利。

图12为酸轧产线生产规格为0.79 mm×1848 mm的超低碳深冲钢卷时带钢发生断带的照片。肉眼观察断口位置未发现有杂质。对断带部位进行取样，扫描电镜形貌及面扫描图谱如图13所示。

通过扫描分析结果，只观察到断口处的成分为Fe，没有观察到其他杂质，排除夹杂等原因造成的断带。

深入调查工艺数据发现，操作人员在轧制过程中调整轧制力使厚度达到目标要求过大导致轧断，调整弯辊力值不适合导致轧漏断带。主操作工在轧制力生效时，设定轧制力过高，在轧机启动一瞬间压断带钢发生断带。

2.   预防酸轧断带产生的措施及效果

（1）对连铸坯喷号的Al线进行优化，在保证铸坯喷号清晰的情况下，可以考虑Al线稍细一些，确保铸坯上喷号位置的Al在轧制前去除干净。

（2）炼钢工序展开超低碳钢的夹杂物攻关，减少酸轧原料铸坯中Al、Ca以及保护渣等夹杂含量。

（3）通过下道工序（镀锌和平整机组）的质量信息反馈，对相同规格轧制规范，轧制力计算、分配以及张力计算、分配数据进行比较分析，以此优化轧制规范、压下规程，稳定板型，防止断带。

（4）操作工操作时应确认到位，了解本岗位操作按钮、设备的性能和调整范围，养成良好的操作习惯，针对不同的问题制定出不同的解决方法，对轧制规格的每一次轧制力设定做到心中有数，设置轧制力时不能过大。

（5）酸轧前检查原料卷，严禁出现孔洞的卷进入酸轧生产。

深冲钢酸轧生产采取以上措施之后，断带改善效果非常显著。

参考文献

[1]齐程军,刘玉麟,谢磊,等. 浅谈原料质量对激光焊机焊接效果的影响. 金属世界,2014(2):29

[2]朱英. 冷轧带钢产品生产工艺简介. 金属世界,2012(4):58

[3]刘醒,王艳超,刘佳奇. 双机架平整机张力控制研究以及优化过程. 设备管理与维修,2022(13):100doi: 10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2022.07.44

[4]于世川,李一栋,梁振威,等. 提高冷轧板表面质量的工艺研究. 金属世界,2009(4):12

[5]王佳明,贾国军,王晓飞,等. 超低碳无间隙原子钢表面卷渣夹杂控制实践. 山东冶金,2021,43(6):3doi: 10.16727/j.cnki.issn1004-4620.2021.06.002

[6]张维召. 2180轧机稳定控制技术. 金属世界,2015(4):57doi: 10.3969/j.issn.10006826.2015.04.14

文章来源——金属世界