冷硬卷质量缺陷分析及解决措施

2022-11-22 01:24谌小峰邹鹏飞裴伶会
中国金属通报 2022年10期
关键词:圆盘张力原料

谌小峰,邹鹏飞,裴伶会

冷轧厂从2021 年4 月份开始投产到生产稳定期间,生产中出现过多种质量缺陷。按产生原因可分人为原因、原料原因、设备原因及最主要的工艺参数不合理原因;按表现形式可分表面缺陷、边部缺陷、卷形缺陷及尺寸缺陷。各类质量缺陷在下游客户使用过程,产生不同程度的影响,影响小的降级销售,有些严重的彻底成为废品,不能满足客户工艺使用要求,导致客户提出质量异议,即增加了客户损失又降低了产品竞争力。为保证冷轧产品质量尽快满足行业标准要求及客户使用需求,减少质量缺陷的产生,通过现场试验、金相检测、外聘专家及外出对标等手段分析质量缺陷产生原因,逐一解决或减轻质量缺陷。

1 缺陷产生原因及分析

1.1 表面缺陷

1.1.1 挫伤

形貌特征:沿轧制方向一条或多条金属亮色簇状分布,轧制方向上主要在带钢头尾几十米范围内,越靠近头尾越严重;宽度方向上分布在边部或中间位置,上下表面均可能会有酸洗或者冷硬卷挫伤的出现。

形成机理:冷轧在入口开卷机处开卷过程中,由于带钢相邻层与层之间的静摩擦力无法抵消带钢的转动惯量,使得带钢层间发生相对滑动,且局部压力较大,导致挫伤缺陷的产生。

金相分析:宏观描述为冷硬板板面沿轧制方向有多条金属亮色簇状缺陷;显微描述为对缺陷处及缺陷处组织进行不同放大倍数观察分析。

检验结果:试样缺陷处存在多层裂纹,裂纹最大深度约0.3mm,裂纹内有少量块状氧化铁及轻微氧化现象。侵蚀后观察缺陷处组织变形严重无明显晶界。纵向组织存在沿一定受力方向变形现象,通过结果、缺陷形貌以及询问外聘专家判断为带钢层与层之间相对滑动产生的挫伤缺陷。

电镜结果:缺陷处主要元素有:Fe、O。

原因分析:原料头尾板形差、松卷:通过对近期挫伤缺陷进行分析,原料厚度越小挫伤缺陷产生比例越大。即原料卷薄规格易出现挫伤缺陷。热轧在生产薄规格时,带钢头部出热轧F7后直至卷取区域这段距离处于无张力状态,卷取时会出现层间隙较大现象,冷轧卷时易造成挫伤缺陷,且距离与开卷挫伤长度差不多。同时带钢尾部板形也不好,但相对头部较轻;热轧薄规格经过热胀冷缩,放置一段时间会出现收缩情况造成层间间隙变大。卷取建张后,由于薄规格带钢保证宽度稳定张力设定不能过大,所以带钢易出现松卷问题。薄规格带钢头部刚度差、支撑力不足,带钢在冷却或受到震动时,在重力影响下易出现松卷问题,层间间隙大易出挫伤问题。

开卷机开卷张力大:经外出对标和现场实验发现上下道工序间张力的匹配对于挫伤缺陷产生影响较大,一般要求冷轧的开卷机开卷张力要比热轧卷取张力要小得多,否则在开卷时易造成内圈挫伤缺陷。初期投产时开卷张力设定30KN,挫伤问题较突出,主要出现在原料头尾,后期先试验逐渐降低冷轧开卷机开卷张力,挫伤缺陷比例明显减少,然后再恢复到原始开卷机开卷张力,挫伤缺陷比例再次增加,表明除与原料松卷等有关,与开卷张力大小有关,即开卷张力越大,缺陷越严重,量也越多。

1.1.2 亮线

形貌特征:沿轧制方向一条或多条金属亮条,整卷存在,触摸无手感。亮线多属于质量异议亮线或者是生产时产生的亮线。

形成机理:轧制时带钢与工作辊之间速度不匹配导致带钢打滑、原料存在热划伤或者轧制润滑不好,导致亮线缺陷的产生。

金相分析:宏观描述为冷轧板板面沿轧制方向有直线状亮线缺陷;显微描述为对缺陷处及缺陷处组织进行200×放大倍数进行观察分析。

检验结果:取样观察,缺陷处表层没有明显裂纹、氧化等缺陷。侵蚀后观察组织无明显变化为冷轧变形组织。

电镜结果:Fe。

原因分析:原料存在热划伤:热卷轧制时由于轧制通道辊子存在异物、辊伤或者过渡板过高等原因,导致热卷存在通卷的轻微划伤,热轧工序未发现,再经过酸连轧工序轧制后未能完全消缺。

乳化液杂油含量多:生产初期未出现此缺陷,但在近期轧制薄规格冷硬卷亮线缺陷频繁出现,调查当时原料、生产工艺及设备情况,发现由于轧机弯辊液压缸缸盖密封圈和支承辊轴承座密封设计缺陷导致漏油严重,正常乳化液颜色为乳白色,当时为黑褐色,乳化液杂油含量40%左右,乳化液太脏,期间乳化液皂化值110mgKOH/g ~130mgKOH/g,不满足乳化液皂化值工艺标准>150mgKOH/g,当时为了确定是否为乳化液脏导致进行试验,在轧制钢种、规格、轧制速度和乳化液压力、温度等条件相同时,重新配置乳化液和脏乳化液轧制对比,同样轧制30 卷SPCC0.38*1250,使用新乳化液轧制出的冷硬卷未出现亮线缺陷;还通过外出对标了解到别的冷轧厂乳化液杂油含量达到15%~20%时,必须停机进行处理;通过实验和外出对标表明乳化液杂油含量多导致生产时轧制润滑效果不好,出现冷硬卷表面亮线缺陷。

轧机速度设定不合理:生产初期为了轧制稳定,轧制速度都控制在1000m/min 以内,经过一段时间的生产,操作工能力得到提高,设备也较稳定,可提高轧制速度来提高产量。统计实际生产中同钢种、同规格,但不同速度产生亮线缺陷比例情况,根据对10 次300 卷产品的数据统计分析,发现随着速度增加亮线产生频次增加,即速度越大,轧制时越容易产生亮线缺陷。

乳化液压力低及润滑能力差:轧机乳化液作用为工艺润滑和冷却,其中润滑效果的好坏对冷硬卷表面质量至关重要,生产中发现轧制速度越大润滑效果越差,联系轧制油厂家,此轧制油配方润滑效果不能满足生产需求,轧制油厂家把我厂乳化液系统与别的冷轧厂乳化液系统进行对比,发现我厂乳化液喷嘴压力较低1 机架~4 机架在500Kpa,5 机架在550Kpa,别的冷轧厂在600Kpa ~700Kpa 左右,认为乳化液压力低和润滑效果不好共同导致高速轧制时容易产生亮线缺陷。

1.1.3 乳化液斑

形貌特征:冷硬卷表面,多在头尾出现,雨季出现概率大,两侧距边部居多,向外扩散,会在中间部位或者边部产生乳化液斑。

形成机理:轧制时乳化液清理不净导致表层乳化液斑较多,客户不能完全清洗干净;运输途中遮盖不严导致进水,冷硬卷表面乳化液聚集,不能完全清洗干净;客户生产工艺问题,无脱脂工序直接退火;乳化液杂油含量多,脱脂和退火不能完全清除,产生乳化液斑。

原因分析:乳化液吹扫不净:外出对标发现我厂乳化液喷嘴压力较低1 机架~4 机架在500Kpa,5 机架在550Kpa,别的冷轧厂在600Kpa ~700Kpa 左右,不能完全吹扫干净,表层留存的乳化液较多,客户清洗不净,产生乳化液斑。

运输途中遮盖不严导致进水:生产初期未出现此缺陷,但在近期突然出现并急剧增多,多家客户提出质量异议,通过到客户现场实际查看,发现未使用的冷硬卷存在进水情况,再结合我厂生产、发货及客户到货天气情况,认为轧冷硬卷在运输过程遮盖不严,又遇到下雨天气,冷硬卷进水导致表面乳化液聚集,聚集部位客户不能完全清洗干净,导致局部乳化液残留,产生乳化液斑。

客户工艺不合理:在客户现场调查发现,有的客户冷硬卷直接退火,没有脱脂清洗工序,与外聘专家和冷轧客户技术交流,认为冷硬卷不经过脱脂直接退火,容易产生乳化液斑。

乳化液杂油含量多:乳化液杂油含量多期间生产的冷硬卷产生乳化液斑缺陷的比例较大,分析为乳化液为轧制油和水按照一定比例配置而成,轧制油易挥发和清洗,但液压油不易挥发和清洗,当乳化液杂油含量过多时,客户经过脱脂和退火工序不能完全清楚轧制油,导致表面残留乳化液斑迹。

1.1.4 色差

形貌特征:冷硬卷表面存在亮暗条纹,位置不固定,多在冷硬卷边部,有时在冷硬卷中间,触摸无手感,严重缺陷正面可见,轻微缺陷只侧光可见。

形成机理:冷硬卷表面粗糙度不同,乳化液残留不同导致出现色差缺陷。

原因分析:高温卷取冷硬卷容易出色差,主要为1、2 机架出现色差,通过外出对标和询问外聘专家认为色差主要为酸洗处理问题,板面酸洗不净,导致轧辊表面粗糙度不同,然后反映到冷硬卷成品表面出现色差缺陷。结合热轧和冷轧现场试验,热轧改变卷取温度和冷轧改变酸洗速度、温度和浓度,进行对比,发现热轧高温卷取比低温卷取的热卷容易出色差缺陷,冷轧酸洗速度快比酸洗速度慢容易出色差缺陷,冷轧酸洗温度低比酸洗温度高容易出色差缺陷;热卷高温卷取比低温卷取氧化铁皮厚,不好酸洗,冷轧酸洗速度高和温度低导致酸洗效果不好,然后再经过轧制卷数越来越多,导致轧辊表面粗糙度不同,最终导致冷硬卷成品表面出现色差缺陷。

1.1.5 氧化铁皮

形貌特征:冷硬卷表面存在断续黑色斑点,无手感。

形成机理:热卷表面氧化铁皮经冷轧酸洗工序没有酸洗干净。

原因分析:热轧工艺不合理:生产过程中头尾易出现氧化铁皮缺陷,查看热轧表检确实存在氧化铁皮严重情况,查看热轧工艺发现,热轧在生产含铝钢过程中,工艺温度控制过高导致热卷表面氧化铁皮增多;高压除磷设备压力低或水嘴堵塞导致轧制过程除磷效果不好,热卷产生严重氧化铁皮缺陷,经过冷轧不能完全酸洗干净。

冷轧酸洗工艺不合理:有些热卷未发现明显氧化铁皮缺陷但是冷轧后表面仍出现氧化铁皮缺陷,通过现场调查,发现冷轧酸洗温度越低酸洗效果越差,酸洗速度越快酸洗效果越差。

1.2 边部缺陷

1.2.1 锯齿边

形貌特征:钢卷边部周期或非周期性地呈现锯齿状,严重时呈现裂口状。

形成机理:裁边后边部质量不好,经轧制后边部出现锯齿状。

原因分析:原料镰刀弯:原料头尾镰刀弯严重,导致裁边时断边丝,断边丝处边部质量差,经轧机后出现锯齿边缺陷。

圆盘剪间隙、重叠量不合理:圆盘剪间隙、重叠量对裁边质量至关重要,不同的原料厚度以及原料钢种圆盘剪间隙和重叠量不同,要在摸索实践中总结出适合的圆盘剪参数。

轧制力及张力不合理:有时裁边质量良好但轧制后仍然出现锯齿边缺陷,结合专家分析为轧制力和张力设置不合理,过大导致轧制时边部出现锯齿边。

1.2.2 缺口

形貌特征:钢卷裁边后边部存在单个或多个大缺口或小缺口。形成机理:裁边后边部质量不好,经轧制后边部出现缺口。

原因分析:

原料边部刮伤、夹杂、磕伤等:原料边部存在边部刮伤、夹杂、磕伤等缺陷,裁边时未能全部裁掉,经轧制后出现缺口缺陷。

圆盘剪参数不合理:圆盘剪间隙、重叠量设置不合理会导致缺口缺陷,不同的原料厚度以及原料钢种需要的圆盘剪间隙和重叠量不同。

结论:原料刮伤、夹杂、磕伤等和圆盘剪间隙、重叠量参数不合理导致轧制后边部出现缺口缺陷。

1.2.3 裂边多肉

形貌特征:钢卷侧面存在未裁净的边丝。

形成机理:裁边时边部多肉,经轧制后边部出现裂边多肉。原因分析:

原料镰刀弯、窄尺等:在裁边时由于原料存在镰刀弯或窄尺情况导致裁边不净,边部有的边丝极窄,未能裁掉,粘在带钢边部,经轧制后出现裂边多肉缺陷。

圆盘剪蹦刀:在生产过程中存在由于圆盘刀质量问题、轧制里程超标、原料边部带伤等原因圆盘剪出现蹦刀情况,未能及时发现,导致裁出来的边部多肉,经轧制后边部出现裂边多肉。

1.3 卷形缺陷

1.3.1 鸡心卷

形貌特征:带钢内圈反向变形挤的,每卷边部数圈局部凸起1 处~2 处。

形成机理:张力过大或板形不好导致内圈局部向内塌陷。

原因分析:卷取张力大:有些为下线时完好,经过运输到客户处时才表现出来,通过外出对标学习,卷取张力越大,越容易出现鸡心卷缺陷。

头部板形不好:有些下线时就表现出来,调查生产记录,发现头部出现中间浪、肋浪和边浪等缺陷时,内圈出现鸡心卷概率较大。

1.3.2 扁卷

形貌特征:冷硬卷整体变形,塌陷变扁。

形成机理:张力小大导致内圈整体向内塌陷。

原因分析:伴随调整鸡心卷缺陷时出现,主要为卷取张力太小,层与层之间存在缝隙,卷得太松,导致出现塌卷缺陷,卷取张力过大容易出鸡心卷,过小容易出塌卷,所以要摸索一个合理的卷取张力。

1.4 尺寸缺陷

宽度不符

形貌特征:冷硬卷实际宽度未达到与客户签订技术协议控制标准。

形成机理:圆盘剪参数设定不合理导致超宽或窄尺,冷硬卷热胀冷缩导致窄尺。

原因分析:圆盘剪参数设定不合理:从投产到现在共出现5 起宽度不符质量问题,为2 起客户反馈窄尺质量异议和3 起生产实际中窄尺或超宽,结合专家意见、外出对标和现场实际生产情况发现,轧机由于钢种、规格不同有的存在拉窄量,有的无拉窄量,且拉窄量不同,导致成品冷硬卷宽度不符。

冷硬卷热胀冷缩:刚下线的冷硬卷温度在80℃~100℃左右,有些冷硬卷热态宽度在协议下限,当冷硬卷到客户处时已经冷却到室温,由于热胀冷缩,宽度会有一定程度的缩窄,导致冷硬卷窄尺不满足客户使用要求。

2 解决措施

挫伤:热轧提高设备精度,保证热卷板形来减少热卷内圈卷芯松问题;冷轧根据热卷厚度制定开卷机张力,≤3.1mm厚度热卷开卷机张力10KN,>3.1mm 厚度热卷开卷机张力20KN;开卷机增加二次涨径功能。

亮线:热轧加强热卷表面检查,减少划伤缺陷;冷轧定期检查乳化液皂化值,若有漏油立即处理,杂油含量达到20%立即停轧,待乳化液正常再生产;冷轧根据规格制定轧制速度,≤0.5mm 厚度薄规格轧制速度最大1350m/min;冷轧更换乳化液喷嘴型号来提高压力,由550Kpa 提高到700Kpa;与轧制油厂家结合调整轧制油配方,增强润滑能力。

乳化液斑:在5 机架出口处增设1 组空气吹扫设施;加强运输和发货管理,要求出厂前必须遮盖防雨布;冷轧定期检查乳化液皂化值,若有漏油立即处理,杂油含量达到20%立即停轧,待乳化液正常再生产。

色差:调整热轧工艺,在保证性能及客户使用的同时降低卷取温度;冷轧根据钢种不同制定不同酸洗温度、酸洗速度。

氧化铁皮:热轧严控工艺温度及除磷设备检查,发现异常及时检查表面检测仪,减少热卷氧化铁皮缺陷;冷轧根据钢种不同制定不同酸洗温度、酸洗速度。

锯齿边:热轧加强热卷头尾镰刀弯控制,有问题及时切除;冷轧根据钢种、规格制定详细的圆盘剪间隙和重叠量指导生产;结合轧机二级程序厂家优化程序。

缺口:热轧加强热卷检查,减少刮伤、夹杂、磕伤等发往冷轧,冷轧加强原料检查,发现问题及时切除;冷轧根据钢种、规格制定详细的圆盘剪间隙和重叠量指导生产。

裂边多肉:热轧严控原料镰刀弯、窄尺等;冷轧加强圆盘刀和切边后边部质量检查,发现问题及时更换刀片。

鸡心卷、扁卷:鸡心卷需要适当调小卷取张力,扁卷需要适当调大卷取张力。

宽度不符:冷轧根据生产实际制定轧机拉窄量,指导生产。

3 结论

通过采取各项措施,对缺陷追根溯源,已经形成规范化、标准化、精细化质量管理,质量缺陷从生产初期的32.3%已降到2.47%。保证了冷轧产品质量过硬,满足客户使用要求。

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