摘要：高线轧制小规格易切削钢时，在精轧频繁发生工艺堆故障。经过铸坯质量改善、加热及轧制工艺的相关调整，易切削钢的轧制稳定性得以大幅度提高，小规格易切削钢的精轧堆钢问题得到了有效的控制。
关键词：易切削钢；堆钢；咬入条件；堆钢
韶钢生产的易切削钢牌号1215MS属于环保易切削钢。通过在钢中添加硫元素，形成硫化锰（MnS）的成分。因硫化锰具有较好的切削性能，故在机加工切削时利于断屑，从而提高排屑性及加工面的精度，降低刀具磨损。广泛应用于制作受力较小而对尺寸和光洁度要求严格的各类机械仪表零部件。
1工艺
广东韶钢松山股份有限公司高一生产线采用160方连铸坯，生产φ5.5～20.0mm热轧盘条。加热炉为上下加热步进梁式加热炉，炉子长22.3m，宽12.8m。轧机为粗轧、中轧各6架平立交替布置闭口轧机，预精轧为2架平立交替布置闭口轧机+4架悬臂辊环轧机，精轧为DANIELI的45°顶交布置8+4悬臂辊环轧机。采用平—平—箱—圆—椭—圆孔型系统。工艺流程：冷坯装炉→加热炉加热→粗轧→飞剪切头→中轧→飞剪切头/尾→预精轧→水冷箱→飞剪切头→8架精轧→水冷箱→4架减定径→水冷箱→吐丝→斯太尔摩线→集卷→检验→打捆→称重→入库。
易切削钢由于含硫高，其热脆特性容易导致轧制过程出现开裂堆钢。对轧制温度控制要求非常关键，温度高时容易造成轧件打滑，咬入困难；温度低时则很容易出现劈头、开裂。研究表明1215MS存在热脆敏感温度区间，在不同的温度区间进行轧制时MnS的相对塑性存在明显差异。生产中为了避开热脆敏感温度，粗轧通常采用高温开轧。但在综合下游用户对成品线材的强度、易切削性等技术指标要求后，需要对精轧轧制温度进行严格控制。
在生产φ7.0mm以下小规格易切削钢时，在精轧（减定径）K1、K2机架之间的工艺堆钢问题频繁发生，严重影响成本、质量等各项指标。
2原因分析
精轧K1、K2机架间的堆钢按现象可分为头部堆钢和尾部堆钢两种情况。头部堆钢问题又可以具体可细分为：（1）钢头咬入K1后吐出一小截随即发生堆钢。（2）钢头咬入K1后开裂严重直接撞K1出口导卫堆钢。（3）钢头尚未咬入K1即在入口滚动导卫中卡阻堆钢。
尾部堆钢则分为：（1）钢尾未脱离K2时，在K1与K2机架之间打结堆钢。（2）钢尾完全脱离K2后，在K1入口滚动导卫留一小截尾巴，导致后续来钢受阻而堆钢。
针对长期制约生产的易切削钢堆钢问题，首先对连续半年的钢坯成分检测结果进行了分析。发现钢坯的Mn、S成分控制在某些时段有明显偏高。而生产硫含量较高的坯料时，出现轧制堆钢的次数也较多。同时对堆钢后的废料进行检测分析，发现在轧件变形区S偏析情况明显。判断为铸坯成分偏析和硫含量偏高对轧制过程的开裂有着直接影响，特别是在轧制小规格时影响尤其明显。
再结合易切削钢的热脆特性，调取堆钢时的开轧温度及与其相邻的前后5支坯的开轧温度（每支钢取头部最大值）进行了分析。温度处于1130—1180℃之间，平均1158℃，已完全避开了易切削钢的热敏感温度区间开轧。但考虑到轧件到达精轧机时，头部温度会受到导卫、轧辊以及过钢通道的冷却水温降影响，已经明显低于粗轧开轧温度。虽然为避免轧件头部穿水导致低温影响轧制稳定，精轧的水箱系统设有头部不冷段自动跟踪控制功能。不冷段长度可自由设定。但实际跟踪结果发现，水箱的头部断水功能对于大部分钢种适用。但易切削钢从粗轧开轧到精轧轧制，期间的温度变化超过200℃。用当头部不冷段的实际长度设定过长时，轧件不冷段温度与穿水段温度差异过大，极易造成张力的大幅波动引发堆钢。为此往往需要采取大张力的拉钢轧制方式进行生产，随即带来了因拉钢轧制导致的成品尺寸公差控制难题。既影响了通条尺寸的精度，还明显增加尾部堆钢的风险。
而当头部不冷段的长度设定过短时，从水箱L1数采系统跟踪到的温度结果显示头部最高温度点波动非常明显。在正常轧制出来的成品线卷中也经常发现钢头存在严重的开裂情况，这同样对轧制过程形成了非常明显的潜在风险。
因此仅通过调整水箱对轧件头部不冷段进行控制无法取得预期的效果。
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3改善措施
为了控制轧件头部温度在适宜稳定轧制的温度区间内，减少材料热脆导致的轧制开裂堆钢。通常现场持续跟踪和不断完善，最终形成了以下控制措施。
3.1对原料进行的控制改善
（1）对1215MS的熔炼成分进行调整，硫含量上限调低0.03%，控制在0.25~0.40%之间。Mn含量则控制在1.08~1.32%之间。
（2）严格控制铸坯质量，低倍检测要求内裂纹总和≤2.0，中心及边角部裂纹≤1.0，中心缩孔≤1.5，中心偏析≤0.5。不符合要求的坯料全部判废处理。
（3）结合加热炉坯料装炉定位模式，修改了钢坯定尺长度，将坯料长度确定在10.6m—10.8m长度范围，加大钢坯头部与炉墙的距离以保证头部温度。
3.2针对加热过程及温度进行的优化
（1）加热方式采用高温缓慢加热并保温足够时间（高温段在炉时间不低于60分钟），保证通条钢坯的加热均匀性，促进硫化铁向硫化锰的组织转变。
（2）按预热段550~750℃，加热段1000~1260℃，均热段1000~1280℃的温度区间控制。
（3）在保证钢坯加热均匀的前提下，坯料头、尾部温度要求高于中间段温度20℃以上。
（4）当预计停机待轧时间大于15分钟时，加热炉对炉内钢坯进行整体后退3个步距，减少炉头钢坯因靠近炉门口的温度损失。
（5）当生产异常，已出炉钢坯不能再继续轧制时，直接做剔废处置，不允许回炉保温后再轧。
3.3将与轧件直接接触的轧线浊环冷却水进行相应控制
（1）在冬季生产小规格易切削钢时，结合气候条件适当调整生产计划，尽可能选择气温较高的时段组织生产。并在生产易切削钢前4小时关闭浊环水处理冷却塔冷却风机，提高浊环冷却水水温，减少冷却水对轧件头部的冷却。
（2）将精轧机滑动导卫上原设计的冷却水孔进行封堵，防止滑动导卫的冷却水浇淋钢头。
（3）在水箱控制系统增设反吹扫气的独立控制开关。当生产易切削钢时，将控制开关切换为手动模式，保持水箱出口的反吹扫气处于常开状态，减少水冷件内部的积水。
（4）优化各个水箱的头部不冷段长度控制。按规格分水箱设定具体的头部不冷段长度，在确保轧件头部不穿水的同时尽量减少不冷段的长度。
3.4改善成品孔的咬入条件
为了解决易切削钢轧件头部高温的咬入打滑问题，一方面将同规格的其他钢种安排在易切削钢前进行轧制，避免改换新规格时直接用新槽开轧易切削钢。另一方面则特别利用生产小规格其他钢种的时机，将轧槽吨位接近额定用量三分之一的成品辊环提前更换下线，以作为轧制易切削钢1215MS的备用轧槽。最终保证精轧成品孔不直接以新槽开始轧制易切削钢。
4结论
相关工艺改善中，最主要手段是通过稳定原料、加热和头部避水减少温降等综合措施保证轧件头部进入精轧时的温度，避开易切削钢的热脆敏感温度区域进行轧制，以达到减少头部开裂风险的目的。其次采用旧槽轧制易切削钢，以增大摩擦来改善咬入，防止了头部咬入打滑造成堆钢。基于前面两类条件改善后，轧线才得以合理控制料型和张力，保证通条尺寸趋于均匀，相应的尾部因张力失衡导致的堆钢和留尾问题也一并得到了解决。改善后的易切削钢轧制稳定性明显提高，工艺堆钢次数大幅减少，成品公差可达到国标C级精度标准，较大提高了易切削钢的成材率。
参考文献:
[1] 李世超．．易切削钢轧制圆钢工艺总结[C]. 北京，中国金属学会第八届轧钢年会论文集，2004：605-606.
[2] 薄玉梅. 易切削钢线材的开发研究[J].金属制品，2004,30（2）：19-22.
论文作者:王扬发
论文发表刊物:《电力设备》2018年第31期
论文发表时间:2019/5/5
标签：头部论文; 温度论文; 钢坯论文; 轧机论文; 水箱论文; 坯料论文; 规格论文; 《电力设备》2018年第31期论文;