CN103406368A - 优化热轧钢板表面质量的轧制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种优化热轧钢板表面质量的轧制方法，包括连铸坯粗轧前除磷和控制粗轧，所述粗轧总变形量为70%～85%，控制粗轧各个道次的压下量逐道次递增。本发明将钢材表面质量作为负荷分配的影响因素来考虑，采用压下量逐道次递增的负荷分配方法，有效减少了氧化铁皮厚度，降低了氧化铁皮压入和红色铁皮出现的可能性，提高了热轧钢板表面质量，其在减少氧化铁皮厚度的同时保证了钢板成分、组织均匀性和力学性能；本发明方法在对产量和能耗影响不大的前提下充分利用了轧机的轧制能力，可广泛适用于热轧板带材的生产；本发明不增加额外的设施和投入，投资少，见效快，操作方便。

Description

优化热轧钢板表面质量的轧制方法

技术领域

本发明涉及轧钢过程控制技术，具体地指一种优化热轧钢板表面质量的轧制方法。

背景技术

随着现代工业的发展，用户对钢铁产品表面质量的要求越来越高。热轧产品表面经常出现红锈和铁皮压入等表面质量缺陷，严重阻碍了钢铁产品品质的提升。

热轧板坯从加热炉出来以后，经高压水等方法除鳞后进行粗轧，粗轧过程中，钢板表面产生了二次氧化铁皮，二次氧化铁皮高温塑性好，粗轧时与钢板一起变形，剥离性差，如果喷射高压水不能完全除去二次氧化铁皮，则二次氧化铁皮便会残留在钢板表面，在这种情况下进行精轧，产品表面就会出现红锈和铁皮压入等缺陷。目前出现的红锈以及铁皮压入等表面质量缺陷多数是由于二次氧化铁皮除鳞不尽造成的，高温下典型的氧化铁皮结构是由最外层较薄的Fe₂O₃层、中间Fe₃O₄层和靠近基体最厚的FeO层组成。如图1的Fe-O平衡相图所示，在570～137l℃时，FeO处于稳定状态；在570℃以下时，FeO发生共析反应生成a-Fe+Fe₃O₄的混合物，氧含量进一步提高时，会生成红色的Fe₂O₃。氧化铁皮酸洗难易程度为FeO层最易被酸分解，Fe₃O₄次之，Fe₂O₃最难被酸分解。如图2铸坯在不同温度下的氧化增重曲线所示，温度越高，氧化铁皮生成速率越大，氧化铁皮层越厚，从而越难被还原分解。

表面处理过去一直采用酸洗，冷轧，热镀锌或涂层等工艺，近年节能减排方针的提出促使下游行业需满足越来越严格的环保要求，酸洗除锈工艺受到限制，而无论酸洗还是镀涂工艺的生产成本都较高；另外，因轧钢设备轧制能力的限制，传统粗轧机组的压下量分配一般是高温大压下量，第一道考虑咬入能力和厚度波动，压下量略小，第二道绝对值压下量最大，随后压下量逐道减小，以充分利用钢的高温塑性，使得板坯在氧化铁皮生成速率较快的高温情况下展开延伸，导致钢材表面氧化铁皮较厚，近年来，我国轧钢技术水平突飞猛进，轧制设备的轧制能力有了很大提高，而上述在轧机能力较弱时的压下量分配方式却沿用至今。

二次氧化铁皮完全去除几乎不太可能，但是通过减小二次氧化铁皮厚度可以降低产生表面氧化铁皮缺陷的可能性，提升钢材表面质量。因此，如何在轧制过程中减少氧化铁皮厚度，从而优化热轧钢板表面质量便成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种优化热轧钢板表面质量的轧制方法，该方法能有效减少热轧钢板表面氧化铁皮厚度和氧化铁皮压入可能性，从而提高钢板表面质量。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种优化热轧钢板表面质量的轧制方法，包括连铸坯粗轧前除磷和控制粗轧，所述粗轧总变形量为70%～85%，控制粗轧各个道次的压下量h_i（i=1，2，3…n）逐道次递增。

进一步地，根据板形和粗轧设备能力确定第一道次压下量h₁和最后一道次压下量h_n，并控制除第一道次和最后一道次外的其余各道次的压下量逐道次线性递增。

进一步地，首先根据力能校核确定倒数第二道次的最大压下量h_n-1，然后按下式计算除第一道次和最后一道次外的其余各道次的压下量h_i：

h_i=h_n-1-2(n-i-1)［(n-2)h_n-1-H+h₁+h_n］/(n-2)(n-3)，（i=2,3…n-2），其中，H为钢板的粗轧总压下量。h₁为第一道次压下量，h_n为最后一道次压下量，H为钢板整个轧制规程的总压下量。

进一步地，所述连铸坯加热温度为1200～1250℃，粗轧前除鳞温度为1170～1230℃，粗轧开轧温度为1150～1200℃。

进一步地，所述连铸坯厚度为200～250mm，所述粗轧总变形量为78%～85%。

优选地，所述粗轧设备为四辊可逆式轧机组成的半连续式轧机，或为二辊轧机和四辊轧机组成的连续式或半连续式粗轧机组。单机架按实际经验分配，可逆机架的最后一道次按照实际经验分配，其余道次的压下量逐道次递增。

进一步优选地，在粗轧过程中进行粗轧除磷。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

其一，本发明通过控制粗轧过程，重新分配道次负荷，相比传统压下量逐道次递减的轧制方式，本发明的粗轧过程中各个道次压下量递增，随着温度的降低，板坯的体表比（表面积/体积）逐渐增加，板坯在较低温度下展开延伸，温度降低时氧化铁皮生成速率随之减缓，即：板坯在氧化铁皮生成速率较慢的情况下展开延伸；在粗轧总变形量相同的前提下，本发明方法中板坯在每一个道次的体表比都较压下量逐道次递减方法中相应道次的体表比小，体表比小则氧化面积小，从而在相同温度下时，氧化铁皮增重总量也较传统轧制少，从而达到减少钢材表面氧化铁皮厚度的目的。

其二，本轧制方法生产的热轧钢板，表面质量良好，减少了后续工序酸洗用酸量和酸洗时间，提高生产效率和金属成材率；同时，采用本发明可以减小再结晶奥氏体晶粒尺寸，有利于得到均匀的微观组织，提高钢材的强度和塑韧性。

其三，本发明为广泛适用于各种板厚和各种粗轧机布置方式的增量负荷轧制方法，其克服现有技术存在的不足，在保证钢板成分、组织均匀性和力学性能的前提下，不增加额外的设施和投入，有效减少了氧化铁皮厚度，降低了氧化铁皮压入和红色铁皮出现的可能性，提高了热轧钢板表面质量。

其四，长期以来，粗轧负荷分配在综合考虑产量、能耗、设备能力等各种因素的情况下，采用压下量逐道次递减的负荷分配方法，而本发明将钢材表面质量作为负荷分配的影响因素来考虑，采用压下量逐道次递增的负荷分配方法，其对产量和能耗影响不大，对设备能力有一定的要求，然而，目前很多粗轧机设备能力还有很大的余量，完全可以实现增量负荷轧制方法，因此本发明方法充分利用了轧机的轧制能力，可广泛适用于热轧板带材的生产；本发明投资少、见效快，操作方便。

附图说明

图1为Fe-O平衡相图。

图2为钢坯在不同温度下的氧化增重曲线。

图3为实施例1和对比例1中钢坯的体表比随道次的变化曲线图。

图4为实施例1和对比例1中钢坯的氧化铁皮增重随道次的变化曲线图。

图5为实施例2和对比例2中钢坯的体表比随道次的变化曲线图。

图6为实施例2和对比例2中钢坯的氧化铁皮增重随道次的变化曲线图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但是本发明并不限于下述实施例。

本发明方法中具体轧制规程的确定包括以下步骤：

1、确定初始控制方案的约束条件，包括：

1）确定咬入条件保证带钢的顺利咬入，轧制各道次压下量应小于最大允许压下量，计算公式：如式（1）所示：

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\&Delta;h}}_i<{\mathrm{\&Delta;h}}_{\max }=D(1-\frac{1}{\sqrt{1+f^2}})& i=\mathrm{1,2},\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,n---\left(1\right)\end{array}$

其中，△h_i表示第i个机架的压下量；△h_max为最大允许压下量；

f为轧辊与轧件间的摩擦系数；D表示轧辊的直径。

2）确定轧辊强度条件

为保证轧辊强度，对轧制压力和轧制力矩加以限制，保证轧制过程中不会超过最大的轧制力和轧制力矩，计算公式如式（2）和式（3）所示：

P_i＜P_imax i=1，2，…，n        （2）

M_i＜M_imax i=1，2，…，n        （3）

其中，P_i为第i个机架的轧制力；P_imax为第i个机架允许的最大轧制力；M_i为第i个机架的轧制力矩；M_imax为第i个机架允许的最大轧制力矩。

3）确定电机能力条件

电机能力即电机过载的限制条件，轧制功率不得超过其额定功率，计算公式如式(4)所示：

N_i＜N_imax i=1，2，…，n        (4)

4）确定板形质量限制条件

为了保持板形质量达到要求，要优化安排后几架的压下量，使其相应的轧制力之间有一定的比例，防止带钢出现边浪，计算公式如式(5)所示：

$\begin{array}{cc}-40{\left(\frac{h_i}{b}\right)}^{1.86}<\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{CR}}_i<80{\left(\frac{h_i}{b}\right)}^{1.86}& i=n-3,n-2,n-1,n---\left(5\right)\end{array}$

2、确定单道次机架的压下量。

根据步骤1中限制条件（1）、（2）、（3）、（4）及其它相关已知条件计算对应的最大压下量。选择其中的最小值作为该道次的最大压下量。

3、确定可逆机架的压下量分配。

可以确定可逆机架的总压下量H，根据步骤2可以计算轧制道次数及各道次压下量分配。

1）基于板形以及设备能力的考虑，单独计算第一道次压下量h₁和最后一道次压下量h_n。

2）确定其余各道次压下量，分别为h₂…h_n-1。

h₂…h_n-1为线性递增关系，在确定h_n-1和总压下量H的情况下，各道次压下量按下式计算确定：

h_i=h_n-1-2(n-i-1)［(n-2)h_n-1-H+h₁+h_n］/(n-2)(n-3)（i=2,3…n-2）。

氧化铁皮厚度α由下式计算：

$\mathrm{\&alpha;}=\frac{\mathrm{\&omega;}}{\mathrm{\&rho;}}---\left(7\right)$

其中，ω为单位面积氧化铁皮重量，ρ为氧化铁皮密度。

粗轧阶段单位面积氧化铁皮重量：

$\mathrm{\&omega;}=A\&CenterDot;e^{-\frac{\mathrm{Ea}}{\mathrm{RTt}}}---\left(8\right)$

其中，Ea为铁的氧化活化能，A为常数，t为氧化时间。

二次氧化铁皮不能完全去除，粗轧结束时的氧化铁皮厚度：

$\mathrm{\&alpha;}=\frac{{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^n(1-{\mathrm{\&epsiv;}}_i)\&CenterDot;s_i\&CenterDot;{\mathrm{\&omega;}}_i}{s_n\&CenterDot;\mathrm{\&rho;}}---\left(9\right)$

其中，S为板坯表面积，n为粗轧道次，ε_i为i道次粗轧后的除鳞效率且ε_i<1，将公式（8）代入公式（9）可以得出：

$\mathrm{\&alpha;}=\frac{{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^n(1-{\mathrm{\&epsiv;}}_i)\&CenterDot;S_i\&CenterDot;{\mathrm{Ae}}^{-\frac{\mathrm{Ea}}{{\mathrm{RT}}_{i_t}}}}{S_n\&CenterDot;\mathrm{\&rho;}}---\left(10\right)$

可将公式（10）变化成如下形式：

$\mathrm{\&alpha;}={\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^n(1-{\mathrm{\&epsiv;}}_i)\&CenterDot;h_n\&CenterDot;\frac{S_i}{V}\&CenterDot;{\mathrm{Ae}}^{-\frac{\mathrm{Ea}}{{\mathrm{RT}}_i}}---\left(11\right)$

h_n为第n道次钢板厚度，V为钢板体积，S_i/V为体表比。

由公式（11）可计算得出氧化铁皮厚度。

另外，本发明方法中，所述连铸坯加热温度为1200～1250℃，粗轧前除鳞温度为1170～1230℃，粗轧开轧温度为1150～1200℃。其中，厚200～250mm的连铸板坯，可在热连轧或者中厚板粗轧机上实现本方法，单机架按实际经验分配，可逆机架的最后一道次按照实际经验分配，其余道次的压下量逐道次递增。

实施例1：

粗轧机组由R1和R2两台粗轧机组成，R1为二辊轧机，只轧制一个道次，R2为附带立辊的四辊可逆式粗轧机，轧制7个道次，其最大轧制压力为5000t，主传动电机容量为2×7500kW。连铸坯厚度200～250mm，宽度1600mm，长度为10000mm，中间坯厚度20～60mm，粗轧总变形量为85.1％，在第5道次进行一次粗轧除磷，除第1道次和最后一道次外，控制其余各道次的压下量逐道次线性递增，实施例1的连铸坯在各道次的轧制数据如表1。

另设置一个用常规粗轧方法轧制的例子作为实施例1的对比例1，首先将连铸坯用立辊除磷；然后进行粗轧，粗轧道次设为8道次，第一道次和第二道次考虑咬入能力和厚度波动，压下量略小，第三道压下量最大，然后控制各道次的压下量逐道次递减，并保证粗轧总变形量为85.1％，对比例1的连铸坯在各道次的轧制数据如表2。

表1

表2

实施例1（增量负荷轧制）和对比例1（常规轧制）中钢坯的体表比（表面积/体积）随道次的变化如图3所示，实施例1和对比例1的氧化增重随道次的变化如图4所示，结合表1和表2数据可以看出，随着钢板粗轧过程的进行，体表比逐渐增大，与常规轧制不同的是，本发明增量负荷轧制的钢坯在前几个道次体表比增长缓慢，在后面几个道次增速越来越快，而且本发明钢坯在各道次的体表比总是小于常规轧制过程中相应道次体表比，这说明采用增量负荷轧制的钢板在较低温度下展开延伸；氧化铁皮增重随道次变化的规律与体表比相似，增重曲线的面积代表整个粗轧过程中产生氧化铁皮的总重量，增量负荷轧制钢板的氧化铁皮重量明显小于常规轧制过程中产生的铁皮重量，对比例1采用常规轧制方法轧制的钢板最终生成的氧化铁皮厚度为26μm，采用增量负荷轧制方法生成的氧化铁皮厚度仅为19μm。

实施例2：

粗轧机为四辊可逆式轧机，最大轧制压力为58854kN，最大轧制力矩5493kJ，主传动电机容量为2×4600kW；连铸坯厚度200mm，宽度1550mm，长度为3100mm，中间坯厚度60mm，宽度2600mm。

首先将连铸坯进行常规除磷；然后进行粗轧，粗轧道次设为7道次，先横轧使板坯宽度等于钢板的宽度，然后转90°纵轧到底，除第1道次和最后一道次外，控制各道次的压下量逐道次线性递增，粗轧总变形量为70％，实施例2的连铸坯在各道次的轧制数据如表3。

另设置一个用常规粗轧方法轧制的例子作为实施例2的对比例2，首先将连铸坯常规除磷；然后进行粗轧，粗轧道次设为7道次，第一道次考虑咬入能力和厚度波动，压下量略小，第二道压下量最大，然后控制各道次的压下量逐道次递减，并保证粗轧总变形量为70％，对比例2的连铸坯在各道次的轧制数据如表4。

表3

表4

实施例2（增量负荷轧制）和对比例2（常规轧制）中钢坯的体表比（表面积/体积）随道次的变化如图5所示，实施例2和对比例2的氧化增重随道次的变化如图6所示，结合表3和表4数据可以看出，随着钢板粗轧过程的进行，体表比逐渐增大，与常规轧制不同的是，本发明增量负荷轧制的钢坯在前几个道次体表比增长缓慢，在后面几个道次增速越来越快，而且本发明钢坯在各道次的体表比总是小于常规轧制过程中相应道次体表比；氧化铁皮增重随道次变化的规律与体表比相似，增重曲线的面积代表整个粗轧过程中产生氧化铁皮的总重量，增量负荷轧制钢板的氧化铁皮重量明显小于常规轧制过程中产生的铁皮重量，在粗轧过程中不进行除磷的情况下，对比例2按常规轧制方法轧制的的钢板最终生成的氧化铁皮的厚度为37μm，而实施例2采用增量负荷轧制方法生成的钢板最终生成的氧化铁皮的厚度仅为33μm。

实施例3：

粗轧机组为二辊不可逆轧机和四辊可逆式轧机组成的半连续式粗轧机。二辊轧机的工作辊直径为1200～1350mm，最大轧制压力为3000t，主传动电机容量为2×5000kW；四辊轧机的工作辊直径为1100～1200mm，最大轧制压力为4500t，主传动电机容量为2×7500kW；连铸坯厚度为200～250mm，宽度为1400mm，长度为11900mm，中间坯厚度38mm，宽度1289mm。粗轧总变形量为84.3％。

首先将连铸坯进行常规除磷；然后进行粗轧，粗轧道次设为6道次，其中，二辊轧机轧制1道次，四辊轧机轧制5道次，除第1道次和最后一道次外，控制其余各道次的压下量逐道次递增，粗轧总变形量为84.3％，实施例3的连铸坯在各道次的轧制数据如表5。

另设置一个用常规粗轧方法轧制的例子作为实施例3的对比例3，首先将连铸坯常规除磷；然后进行粗轧，粗轧道次设为6道次，第一道次和第二道次考虑咬入能力和厚度波动，压下量略小，然后控制各道次的压下量逐道次递减，并保证粗轧总变形量为84.3％，对比例3的连铸坯在各道次的轧制数据如表6。

表5

表6

在粗轧过程中不进行除磷的情况下，对比例3按常规轧制方法轧制的钢板最终生成的氧化铁皮的厚度为33μm，而实施例3采用增量负荷轧制方法生成的钢板最终生成的氧化铁皮的厚度仅为30μm。

实施例4：

粗轧机为附带立辊的四辊可逆式粗轧机组，其最大轧制压力为5000t，主传动电机容量为2×7500kW；连铸坯厚度为200～250mm，宽度1600mm，长度为10000mm，中间坯厚度45mm，宽度1562mm。

首先将连铸坯用立辊除磷；然后进行粗轧，粗轧道次设为7道次，除第1道次和最后一道次外，控制各道次的压下量逐道次递增，粗轧总变形量为80％，实施例4的连铸坯在各道次的轧制数据如表7。

另设置一个用常规粗轧方法轧制的例子作为实施例4的对比例4，首先将连铸坯用立辊除磷；然后进行粗轧，粗轧道次设为7道次，第一道次和第二道次考虑咬入能力和厚度波动，压下量略小，第三道压下量最大，然后控制各道次的压下量逐道次递减，并保证粗轧总变形量为80％，对比例4的连铸坯在各道次的轧制数据如表8。

表7

表8

在粗轧过程中不进行除磷的情况下，对比例4按常规轧制方法轧制的钢板最终生成的氧化铁皮的厚度为35μm，而实施例4采用增量负荷轧制方法生成的钢板最终生成的氧化铁皮的厚度仅为30μm。

实施例5：

粗轧机为四辊可逆式轧机，最大轧制压力为50000kN，最大轧制力矩5000kJ，主传动电机容量为2×6000kW；连铸坯厚度为252mm，宽度1500mm，长度为2800mm，中间坯厚度37mm，宽度1552mm。

首先将连铸坯进行高压水除鳞；然后进行粗轧，粗轧道次设为7道次，除第1道次和最后一道次外，控制各道次的压下量逐道次递增，粗轧总变形量为85％，实施例5的连铸坯在各道次的轧制数据如表9。

另设置一个用常规粗轧方法轧制的例子作为实施例5的对比例5，首先将连铸坯进行高压水除鳞；然后进行粗轧，粗轧道次设为7道次，第一道次考虑咬入能力和厚度波动，压下量略小，第二道压下量最大，然后控制各道次的压下量逐道次递减，并保证粗轧总变形量为85％，对比例5的连铸坯在各道次的轧制数据如表10。

表9

表10

粗轧过程中，在第4个道次进行一次粗轧除磷后，对比例5按常规轧制方法轧制的钢板最终生成的氧化铁皮的厚度为29μm，而实施例5采用增量负荷轧制方法生成的钢板最终生成的氧化铁皮的厚度仅为24μm。

实施例6：

粗轧机为四辊可逆式轧机，最大轧制压力为50000kN，最大轧制力矩5000kJ，主传动电机容量为2×6000kW；连铸坯厚度为200～250mm，宽度1500mm，长度为2800mm，中间坯厚度37mm，宽度1552mm。

首先将连铸坯进行高压水除鳞；然后进行粗轧，粗轧开轧温度为1150℃，粗轧道次设为7道次，除第1道次和最后一道次外，控制各道次的压下量逐道次递增，粗轧总变形量为78％。

另设置一个用常规粗轧方法轧制的例子作为实施例6的对比例6，首先将连铸坯进行高压水除鳞；然后进行粗轧，粗轧道次设为7道次，第一道次考虑咬入能力和厚度波动，压下量略小，第二道压下量最大，然后控制各道次的压下量逐道次递减，并保证粗轧总变形量为78％。

对比例6按常规轧制方法轧制的钢板最终生成的氧化铁皮的厚度为35μm，而实施例6采用增量负荷轧制方法生成的钢板最终生成的氧化铁皮的厚度仅为31μm。

Claims (7)

1.一种优化热轧钢板表面质量的轧制方法，包括连铸坯粗轧前除磷和控制粗轧，其特征在于：所述粗轧总变形量为70%～85%，控制粗轧各个道次的压下量h_i（i=1，2，3…n）逐道次递增。

2.根据权利要求1所述的优化热轧钢板表面质量的轧制方法，其特征在于：根据板形和粗轧设备能力确定第一道次压下量h₁和最后一道次压下量h_n，并控制除第一道次和最后一道次外的其余各道次的压下量逐道次线性递增。

3.根据权利要求1或2所述的优化热轧钢板表面质量的轧制方法，其特征在于：首先根据力能校核确定倒数第二道次的最大压下量h_n-1，然后按下式计算除第一道次和最后一道次外的其余各道次的压下量h_i：

h_i=h_n-1-2(n-i-1)［(n-2)h_n-1-H+h₁+h_n］/(n-2)(n-3)，（i=2,3…n-2），其中，H为钢板的粗轧总压下量。

4.根据权利要求1或2所述的优化热轧钢板表面质量的轧制方法，其特征在于：所述连铸坯加热温度为1200～1250℃，粗轧前除鳞温度为1170～1230℃，粗轧开轧温度为1150～1200℃。

5.根据权利要求1或2所述的优化热轧钢板表面质量的轧制方法，其特征在于：所述连铸坯厚度为200～250mm，所述粗轧总变形量为78%～85%。

6.根据权利要求1或2所述的优化热轧钢板表面质量的轧制方法，其特征在于：所述粗轧设备为四辊可逆式轧机组成的半连续式轧机，或为二辊轧机和四辊轧机组成的连续式或半连续式粗轧机组。

7.根据权利要求1或2所述的优化热轧钢板表面质量的轧制方法，其特征在于：在粗轧过程中进行粗轧除磷。

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