CN111957752A - 消除热轧低碳软钢表面的亮带及附加浪形缺陷的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种消除热轧低碳软钢表面的亮带及附加浪形缺陷的生产方法，该方法通过板坯连铸、加热、粗轧、精轧、层流冷却、卷取和平整入库得到热轧低碳软钢；所述方法中，通过精轧前除鳞控制阶段、精轧带钢断面中部局部高点控制阶段和卷取夹送辊及张力控制阶段的三个控制阶段实现亮带及附加浪形的消除；本发明在带钢卷取阶段，通过减少带钢稳定卷取时卷取单位张力、降低夹送辊压力，最终降低了低碳软钢亮带的发生率，消除或者在一定程度上减轻了亮带伴生中浪缺陷，减少钢卷切损及反复平整带来的损失。

Description

消除热轧低碳软钢表面的亮带及附加浪形缺陷的生产方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶金的热轧带钢制造领域，具体涉及一种消除热轧低碳软钢表面的亮带及附加浪形缺陷的生产方法。

背景技术

热轧带钢的表面质量、板形质量是衡量其产品质量的重要指标，其对下游工序的成品质量和生产工艺过程也具有十分重要的影响。热轧低碳软钢在生产过程中，带钢的表面容易出现亮带及附加浪形缺陷，如图1～2所示。在产品的厚度规格较薄时(≤1.4mm)，此类缺陷尤为严重。这种严重的亮带及伴生附加浪形缺陷会造成较大的切损，并导致平整工序返工率居高不下，带来非常大的经济损失。

表面亮带及伴生附加浪形是热轧低碳钢表面较常见的缺陷，这种缺陷的主要宏观表现为：钢卷开卷后，在带钢宽度中心线0～±200mm范围内存在条状亮带，亮带部位的表面光洁度明显高于其他部位，数量以1条居多，偶见多条。单条亮带的宽度一般为40～80mm，亮带的长度一般在钢卷尾部100m长度范围内，也有部分钢卷出现全长亮带。另外，亮带缺陷存在两个重要的伴生现象：

(1)亮带部位经常伴随附加局部浪形缺陷，一般带钢规格越薄，浪形越严重；

(2)钢卷卷取后在亮带部位存在鼓包现象。实际上，带钢表面的亮带缺陷并不导致带钢的质量改判，与亮带伴生的附加浪形缺陷才是导致切损及平整返工的主要原因。

申请公布号为CN102921750A的中国发明专利公开一种消除带钢表面亮带的方法，该方法将带钢的连铸坯放入加热炉，然后依次经粗轧和精轧、卷取，其特征在于，调整粗轧及精轧工序的除鳞道次及除鳞水压力，通过热轧工艺的合理优化调整来解决了带钢表面亮带的缺陷。上述专利认为除鳞不尽导致的铁皮压入形成酸洗表面的亮带缺陷，未涉及到低碳软钢热轧表面亮带及附加浪形缺陷的解决。

发明内容

本发明针对低碳软钢生产过程中钢卷表面产生的亮带及附加浪形缺陷，基于带钢断面局部高点控制、卷取夹送辊压力及张力控制的综合控制，提供了一种消除热轧低碳软钢表面的亮带及附加浪形缺陷的生产方法。

为实现上述目的，本发明设计一种消除热轧低碳软钢表面的亮带及附加浪形缺陷的生产方法，该方法通过板坯连铸、加热、粗轧、精轧、层流冷却、卷取和平整入库得到热轧低碳软钢；所述方法中，通过精轧前除鳞控制阶段、精轧带钢断面中部局部高点控制阶段和卷取夹送辊及张力控制阶段的三个控制阶段实现亮带及附加浪形的消除；其中，

1)精轧前除鳞控制阶段过程中：

精轧前除鳞箱的除鳞压力为12～15MPa，除鳞箱中心线±400mm范围内相邻喷嘴射流重叠量宽度为10～15mm；；

2)精轧带钢断面中部局部高点控制阶段过程中：

带钢中心线±200mm范围内带钢宽度方向的表面温度差控制为≤20℃；精轧F1机架工作辊轧制吨位为3200～3600吨，F2～F4机架工作辊轧制吨位为1600～1800吨，F5～F7机架工作辊轧制吨位为750～900吨；且精轧F5～F7机架工作辊采用均匀窜辊模式，窜辊行程为50～80mm，窜辊步长为10～15mm，窜辊频率为1；

且带钢宽度中心线±200mm范围内局部高点高度控制在H₀≤10μm；

3)卷取夹送辊及张力控制阶段过程中：

带钢稳定卷取时，控制卷取单位张力Tu＝20～30MPa，夹送辊压力P≤30KN。

进一步地，所述精轧带钢断面中部局部高点控制阶段过程中：

精轧F1机架工作辊轧制吨位为3200～3400吨，F2～F4机架工作辊轧制吨位为1600～1700吨，F5～F7机架工作辊轧制吨位为750～850吨。

再进一步地，所述精轧带钢断面中部局部高点控制阶段过程中：精轧F5～F7工作辊宽度中心线±200mm范围内最大不均匀磨损量(实际磨损量与正常磨损量的差值)控制为Hw≤20μm。

再进一步地，所述带钢的厚度≤1.2mm时，带钢宽度中心线±200mm范围内局部高点高度控制在H₀≤6μm；

再进一步地，所述卷取夹送辊及张力控制阶段过程中：夹送辊压力P≤20KN。

再进一步地，所述消除热轧低碳软钢的化学成分的重量百分含量为C：0.01～0.06％、Si≤0.03％、Mn：0.1～0.5％、P≤0.03％、S≤0.025％、N≤0.008％、Als：0.02～0.06％和B：0.0008～0.0025；其余为Fe及不可避免的杂质。

本发明的方法的技术原理及理由：

如图3所示：热轧低碳软钢的主要生产流程为板坯连铸→加热→(粗轧)→精轧→层流冷却→卷取→平整入库。如图4所示：热轧带钢在生产时，若某些热轧关键工艺参数控制不佳时，出精轧机后的带钢实际厚度断面曲线上可能存在偏离理想厚度轮廓(名义厚度)的局部高点。研究表明，一定比例的低碳软钢表面亮带及附加浪形缺陷是由带钢局部高点造成的。其形成机制可能有两种：

第一种机制：带钢进入卷取机夹送辊后，由于带钢具有一定凸度，带钢宽度中部的局部高点区域与夹送辊将首先接触，在夹送辊压力及卷取张力合力形成的局部应力作用下，局部高点区域可能发生塑性压扁及纵向延伸。根据板形及平直度理论，局部高点区域的附加延伸将会形成中浪，且中浪的严重程度与局部高点区域的压下量正相关。同时，带钢与夹送辊相对摩擦将形成亮带(图5a)；

第二种机制：带钢在夹送辊压力及卷取张力作用下，带钢中部局部高点区域发生弹性压扁及摩擦形成亮带，但未能形成中部浪形；局部高点区域在钢卷卷取后因径向厚度累积叠加形成钢卷外圈鼓包(Build-up)，引起径向和周向应力集中，导致等效应力骤增。当该应力超过带钢的屈服强度后，开卷时因力学条件改变，鼓包区会出现中部浪形。由于钢卷平整过程压下率较小，局部高点会较大程度保留，因此这种浪形缺陷将遗留至平整后的钢卷，即平整工序很难消除这种浪形缺陷(图5b)。

上述两种机制中，低碳软钢表面的亮带及附加浪形缺陷均与带钢断面轮廓的中部局部高点密切相关。而带钢断面轮廓的中部局部高点形成原因可能有：

(1)精轧工作辊的不均匀磨损；

(2)精轧工作辊的不均匀热膨胀。

若精轧工作辊中部存在不均匀磨损，带钢轧制时金属容易向轧辊中部过度磨损部位流动从而形成局部高点。导致轧辊此类磨损的可能原因是带钢上下表面在高压除鳞时的不均匀冷却。带钢除鳞后表面呈明显的条带状，在不同的条带中，晶粒尺寸会有明显的差别。如在低温带中，晶粒尺寸范围为每平方毫米1700～2000个，而在高温带中则为每平方毫米1000～1300个。细晶粒强度高，因而与粗晶粒带相比对变形产生了更大的阻力，也由此给工作辊带来更严重的磨损。

精轧工作辊的不均匀热膨胀则一般由工作辊的不均匀冷却造成。

因此，为了控制带钢断面轮廓的中部局部高点，在精轧阶段保证除鳞质量的情况下尽量降低除鳞压力。控制精轧前除鳞箱的除鳞压力为12～15MPa，除鳞箱相邻喷嘴射流重叠量宽度为10～15mm(如图6)。其目的在于减少除鳞压力及重叠区水流对带钢表面温度不均匀性的影响，从而使进精轧前带钢宽度中心线±200mm范围内带钢表面的温度差控制为≤20℃。

对精轧机架工作辊轧制吨位进行相应限制以及对精轧F5～F7机架工作辊采用均匀窜辊模式，控制窜辊行程为50～80mm，窜辊步长为10～15mm，窜辊频率为1的目的在于使精轧工作辊在服役时产生较均匀的磨损，从而使精轧F5～F7工作辊宽度中心线±200mm范围内最大不均匀磨损量(实际磨损量与正常磨损量的差值)控制为Hw≤20μm。

精轧阶段，最终使带钢宽度中心线±200mm范围内局部高点高度控制在H₀≤10μm；对于成品厚度≤1.2mm钢卷，带钢宽度中心线±200mm范围内局部高点高度控制在H₀≤6μm。

在带钢稳定卷取阶段，带钢在厚度方向受夹送辊压力P的作用，纵向受轧机与卷取机间张力T的作用。由于带钢断面中部存在局部高点，则带钢进入夹送辊时，首先是带钢局部高点处与夹送辊接触(如图7)。因此，局部高点区域带钢的平面综合应力K为：K＝P/dL_p+T/bh。式中b为带钢宽度，d为夹送辊与局部高点接触区宽度，L_p为夹送辊与带钢的纵向接触长度，h为带钢的厚度。当K超过带钢的屈服极限时，即：K＝P/dLp+T/bh≥σ_s时，局部高点处将发生塑性压扁，从而导致亮带处产生过度延伸形成浪形，并与夹送辊相对摩擦滑动形成亮带。因此，在卷取夹送辊及张力控制阶段，通过减少带钢稳定卷取时卷取单位张力(控制为Tu＝20～30MPa)，降低夹送辊压力(控制在P≤30KN，优选地，P≤20KN)来降低亮带及附加浪形发生率或者减轻缺陷严重程度。

本发明控制方法限制低碳软钢的化学成分的原因在于具有该成分的钢种高温屈服极限σ_s较低，容易发生变形。

本发明的有益效果：

本发明通过所述低碳软钢表面亮带及附加浪形缺陷的控制方法，在精轧阶段控制精轧前除鳞压力及除鳞相邻喷嘴射流重叠量宽度，减少了除鳞压力及重叠区水流对带钢表面温度不均匀性的影响；对精轧机架工作辊轧制吨位进行相应限制以及对精轧F5～F7机架工作辊窜辊工艺进行调整使精轧工作辊在服役时产生较均匀的磨损，从而控制带钢宽度中心线±200mm范围内局部高点的高度。此外，在带钢卷取阶段，通过减少带钢稳定卷取时卷取单位张力、降低夹送辊压力，最终降低了低碳软钢亮带的发生率，消除或者在一定程度上减轻了亮带伴生中浪缺陷，减少钢卷切损及反复平整带来的损失。

附图说明

图1为本发明所述低碳软钢表面亮带及附加浪形缺陷形态实物照片；

图2为本发明所述低碳软钢表面亮带及附加浪形缺陷形态示意图；

图3为基于薄板坯CSP流程的热轧低碳软钢生产流程示意图，

其中1为板坯连铸、2为均热炉加热、3为精轧、3a为精轧前除鳞箱，4为带钢层流冷却、5为带钢卷取、5a为卷取夹送辊、6为带钢平整；

图4为热轧带钢断面曲线及局部高点示意图，图中H0为带钢中部局部高点高度；

图5为本发明所述低碳软钢表面亮带及附加浪形缺陷可能的形成机制示意图，a为形成机制1，b为形成机制2；

图6为精轧前除鳞箱相邻两个集管的布置示意图，图中D为喷嘴射流重叠量；

图7为带钢卷取时带钢的受力分析示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述，以便本领域技术人员理解。

本发明的消除热轧低碳软钢表面的亮带及附加浪形缺陷的生产方法，该方法通过板坯连铸、加热、粗轧、精轧、层流冷却、卷取和平整入库得到热轧低碳软钢；所述方法中，通过精轧前除鳞控制阶段、精轧带钢断面中部局部高点控制阶段和卷取夹送辊及张力控制阶段的三个控制阶段实现亮带及附加浪形的消除；其中，

1)精轧前除鳞控制阶段过程中：

精轧前除鳞箱的除鳞压力为12～15MPa，除鳞箱中心线±400mm范围内相邻喷嘴射流重叠量宽度为10～15mm；；

2)精轧带钢断面中部局部高点控制阶段过程中：

带钢中心线±200mm范围内带钢宽度方向的表面温度差控制为≤20℃；精轧F1机架工作辊轧制吨位为3200～3600吨，F2～F4机架工作辊轧制吨位为1600～1800吨，F5～F7机架工作辊轧制吨位为750～900吨；且精轧F5～F7机架工作辊采用均匀窜辊模式，窜辊行程为50～80mm，窜辊步长为10～15mm，窜辊频率为1；

且带钢宽度中心线±200mm范围内局部高点高度控制在H₀≤10μm；

3)卷取夹送辊及张力控制阶段过程中：

带钢稳定卷取时，控制卷取单位张力Tu＝20～30MPa，夹送辊压力P≤30KN。

基于上述方法进行实际操作：

实施例1

热轧低碳软钢(SPHC钢)，带钢厚度规格为1.0mm到3.0mm，带钢的化学成分重量百分比含量(wt.％)如表1所示，余为Fe及不可避免的杂质。带钢相关工艺见表2a，2b，2c。

表1：带钢化学成分(wt.％)

	C	Si	Mn	P	S	N	B	Alt
									实施例1	0.031	0.010	0.22	0.015	0.006	0.005	0.0012	0.04
对比例	0.035	0.011	0.21	0.013	0.006	0.006	0.0011	0.034

表2a

表2b

表2c

下表3为实施例1的亮带及附加浪形控制结果及与对比例的比较。

表3：实施效果

实施例2

热轧低碳软钢(SAE1006钢)，带钢厚度规格为1.0mm到3.5mm，带钢的化学成分重量百分比含量(wt.％)如表4所示，余为Fe及不可避免的杂质。带钢相关工艺见表5a，5b，5c。

表4：带钢化学成分(wt.％)

	C	Si	Mn	P	S	N	B	Alt
									实施例2	0.051	0.02	0.32	0.02	0.006	0.005	0.0008	0.04
对比例	0.045	0.021	0.31	0.02	0.006	0.006	0.0011	0.034

表5a

表5b

表5c

下表6为实施例2的亮带及附加浪形控制结果及与对比例的比较。

表6：实施效果

以上实施例通过在精轧阶段控制精轧前除鳞压力及除鳞相邻喷嘴射流重叠量宽度，减少了除鳞压力及重叠区水流对带钢表面温度不均匀性的影响；通过对精轧机架工作辊轧制吨位进行相应限制以及对精轧F5～F7机架工作辊窜辊工艺进行调整使精轧工作辊在服役时产生较均匀的磨损，从而控制带钢宽度中心线±200mm范围内局部高点的高度。此外，在带钢卷取阶段，通过减少带钢稳定卷取时卷取单位张力、降低夹送辊压力，最终降低了低碳软钢亮带的发生率，消除或者在一定程度上减轻了亮带伴生中浪缺陷，减少钢卷切损及反复平整带来的损失。

其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (6)

1.一种消除热轧低碳软钢表面的亮带及附加浪形缺陷的生产方法，该方法通过板坯连铸、加热、粗轧、精轧、层流冷却、卷取和平整入库得到热轧低碳软钢；其特征在于：所述方法中，通过精轧前除鳞控制阶段、精轧带钢断面中部局部高点控制阶段和卷取夹送辊及张力控制阶段的三个控制阶段实现亮带及附加浪形的消除；其中，

1)精轧前除鳞控制阶段过程中：

精轧前除鳞箱的除鳞压力为12～15MPa，除鳞箱中心线±400mm范围内相邻喷嘴射流重叠量宽度为10～15mm；；

2)精轧带钢断面中部局部高点控制阶段过程中：

带钢中心线±200mm范围内带钢宽度方向的表面温度差控制为≤20℃；精轧F1机架工作辊轧制吨位为3200～3600吨，F2～F4机架工作辊轧制吨位为1600～1800吨，F5～F7机架工作辊轧制吨位为750～900吨；且精轧F5～F7机架工作辊采用均匀窜辊模式，窜辊行程为50～80mm，窜辊步长为10～15mm，窜辊频率为1；

且带钢宽度中心线±200mm范围内局部高点高度控制在H₀≤10μm；

3)卷取夹送辊及张力控制阶段过程中：

带钢稳定卷取时，控制卷取单位张力Tu＝20～30MPa，夹送辊压力P≤30KN。

2.根据权利要求1所述消除热轧低碳软钢表面的亮带及附加浪形缺陷的生产方法，其特征在于：所述精轧带钢断面中部局部高点控制阶段过程中：

精轧F1机架工作辊轧制吨位为3200～3400吨，F2～F4机架工作辊轧制吨位为1600～1700吨，F5～F7机架工作辊轧制吨位为750～850吨。

3.根据权利要求1所述消除热轧低碳软钢表面的亮带及附加浪形缺陷的生产方法，其特征在于：所述精轧带钢断面中部局部高点控制阶段过程中：精轧F5～F7工作辊宽度中心线±200mm范围内最大不均匀磨损量控制为Hw≤20μm。

4.根据权利要求1所述消除热轧低碳软钢表面的亮带及附加浪形缺陷的生产方法，其特征在于：所述带钢的厚度≤1.2mm时，带钢宽度中心线±200mm范围内局部高点高度控制在H₀≤6μm。

5.根据权利要求1所述消除热轧低碳软钢表面的亮带及附加浪形缺陷的生产方法，其特征在于：所述卷取夹送辊及张力控制阶段过程中：夹送辊压力P≤20KN。

6.根据权利要求1所述消除热轧低碳软钢表面的亮带及附加浪形缺陷的生产方法，其特征在于：所述消除热轧低碳软钢的化学成分的重量百分含量为C：0.01～0.06％、Si≤0.03％、Mn：0.1～0.5％、P≤0.03％、S≤0.025％、N≤0.008％、Als：0.02～0.06％和B：0.0008～0.0025；其余为Fe及不可避免的杂质。

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