劉樹偉，王宏軍，周慶升，李耀輝，張云錦，王鴻翔

(馬鋼股份公司第一鋼軋總廠 安徽馬鞍山 243000)

馬鋼CSP生產(chǎn)線于2003年10月份投產(chǎn)。帶鋼在前機架溫度較高，板坯產(chǎn)生二次氧化鐵皮，易壓入軋輥，造成軋輥表面不光潔，且下機后輥面的氧化膜剝落較為嚴重。F2機架工作輥換輥輥噸位為1300 t，且因帶鋼表面壓氧缺陷的處理均采用定量方式進行磨削，輥耗指標居高不下。借助于納米噴涂技術在軋輥表面的處理，改善軋輥表面質量，提高換輥噸位。

1 馬鋼精軋機組工作輥表面氧化膜的特點

馬鋼CSP熱連軋生產(chǎn)線的精軋機組是由7架CVC軋機組成的，F(xiàn)1和F2工作輥材質為高鉻鋼。目前，該生產(chǎn)線年產(chǎn)量約180萬t，其中，70%以上的帶鋼為冷軋基料，主要軋制鋼種為SPHC、SPHC2，帶鋼規(guī)格為(2.0-5.0) mm×1272 mm，F(xiàn)2機架換輥噸位為1300 t，薄規(guī)格主要以SPA-H、SAE1006B為主，下機后工作輥表面狀態(tài)如圖1所示。下機后的F2工作輥氧化膜輥剝落嚴重，剝落呈條帶狀或呈現(xiàn)麻面，見圖1(a)；下工作輥偏操作側氧化膜剝落更為嚴重，見圖1(b)。

由于軋輥氧化膜剝落具有一定的遺傳性，當上游機架發(fā)生氧化膜剝落時，則必然會造成下游機架在軋輥相應的位置發(fā)生剝落。

圖1 F2機架下機軋輥表面情況

2 馬鋼精軋機F2工作輥氧化膜剝落的原因

依據(jù)CSP現(xiàn)場情況分析，軋輥表面的接觸負荷包括以下兩個方面：變形區(qū)內(nèi)帶鋼對軋輥的軋制力、支撐輥與工作輥之間的周向應力，工作輥表面的熱應力是由于工作輥與帶鋼接觸傳熱和變形區(qū)外水冷和空冷的激冷激熱而產(chǎn)生的[1]。工作輥在連續(xù)轉動過程中，軋輥所受到的接觸應力、熱應力會發(fā)生周期性變化，在以上兩種應力的交互作用下，軋輥表面的氧化膜與軋輥基體之間容易產(chǎn)生微觀裂紋，軋輥表面的氧化膜剝落就是裂紋的擴展和周向交變剪切應力綜合作用的結果；軋件在變形區(qū)內(nèi)存在前滑和后滑，軋輥氧化膜通過變形區(qū)會受到交變剪切應力：在前滑區(qū)剪切力指向出口，而在后滑區(qū)剪切力指向入口，如圖2所示這種交變剪切力促使裂紋擴展，當氧化膜與軋輥基體的黏附力小于剪切力時，氧化膜就在裂紋處開始出現(xiàn)剝落[2]。

3 噴涂軋輥與普通軋輥的使用情況對比

3.1 納米減磨涂層噴涂基本工藝流程

對于軋輥而言，納米減磨涂層的噴涂工藝流程如下：

(1)工作輥面原始數(shù)據(jù)采集(輥徑、原始硬度、表面質量，材質分析等)；

(2)輥面清洗；

(3)毛化處理、輥身噴涂，盡量保證其均勻性；

(4)在輥面局部位置上作工藝校驗、自然冷卻、封孔；

(5)對噴涂效果進行相關檢測形成報告。

3.2 噴涂軋輥上機試用生產(chǎn)情況

2018年3月份，F(xiàn)2機架工作輥進行第2次噴涂，之后上機生產(chǎn)，生產(chǎn)情況統(tǒng)計如表1所示。

表1 CSP線F2機架工作輥納米噴涂上機及生產(chǎn)情況

3.3 噴涂軋輥上機試用的效果對比

(1)軋輥噴涂后表面質量情況

圖2 噴涂軋輥輥面

經(jīng)噴涂處理工藝，軋輥輥面形成了一層致密光滑的淺灰色涂層，涂層厚度在0.3 mm右，涂層基本保持與CVC輥形曲線的一致。

(2)噴涂軋輥與普通軋輥下機后的表面情況

圖3顯示普通軋輥下機后磨損較嚴重，輥面氧化膜呈環(huán)帶狀剝落，且面積較大，而噴涂軋輥下機后輥面狀態(tài)良好，形成均勻的藍黑色氧化膜。統(tǒng)計結果表明：F2普通軋輥平均軋制1442噸SAE1006B，軋輥下輥表面氧化膜剝落嚴重；F2噴涂軋輥上機軋制4934噸，SAE1006B，軋輥下機的輥面狀態(tài)良好，沒有產(chǎn)生裂紋、凹坑、小剝落等缺陷，經(jīng)測量下機軋輥涂層還有剩余。

圖3 普通軋輥下機表面情況圖

(3)噴涂軋輥下機輥形曲線磨損情況

圖4、圖5顯示了下機后上、下工作輥的磨損情況和磨損曲線。由圖5可看出，上工作輥的磨損量較小，而下工作輥的磨損量大于上工作輥。

圖4 噴涂軋輥下機表面情況

普通軋輥和噴涂軋輥使用磨損量的測量統(tǒng)計結果如表2所示。

圖5 下機后工作輥的磨損曲線

表2 軋輥輥形磨損誤差

在軋制工藝和板坯條件一致的情況下，普通軋輥與噴涂軋輥輥形磨損的主要影響因素為軋輥表面硬度、粗糙度和軋輥表面氧化膜的形成狀況[3]。由于噴涂軋輥形成的氧化膜良好，所以，噴涂軋輥在線磨損量較小。

(4)噴涂軋輥與普通軋輥生產(chǎn)SAE1006B規(guī)格帶鋼的板形情況

噴涂軋輥與普通軋輥通過板形儀回放對比，噴涂軋輥在生產(chǎn)SAE1006B鋼種時，其板形無明顯差別。

(5)帶鋼表面質量

F2噴涂軋輥與普通軋輥通過表檢儀圖片對比，噴涂軋輥在生產(chǎn)SAE1006B鋼種時，其表面質量無明顯差別，如圖6-9所示。

圖6 噴涂軋輥軋制2.3帶鋼的板形

(6)噴涂軋輥與普通軋輥下機的磨削情況

為了客觀地評價噴涂軋輥的試用效果，對比數(shù)據(jù)采用2018年軋制SAE1006B鋼種普通F2工作輥的使用數(shù)據(jù)，軋輥下機后均為正常磨削，對比數(shù)據(jù)見表3。

圖7 普通軋輥軋制2.3帶鋼的板形

圖8 噴涂軋輥軋制SAE1006B的表面情況

圖9 普通軋輥軋制SAE1006B的表面情況

從上表可看出，普通軋輥軋制SAE1006B在機生產(chǎn)平均噸位為1442 t，毫米軋制量為2526 t/mm，噴涂軋輥在機生產(chǎn)噸位為4934 t，毫米軋制量為9627 t/mm，噴涂軋輥毫米軋制量較普通軋輥高7101 t，增長幅度為281%。

4 結論

通過對馬鋼CSP生產(chǎn)線精軋機組工作輥的表層氧化膜與納米涂層的使用分析，可得到以下結論：

(1)軋輥氧化膜的剝落機制是軋輥氧化膜在變形區(qū)內(nèi)在交變剪切應力、正向壓應力和熱應力的綜合作用下使得裂紋擴展并相互連接最終導致剝落。

(2)與普通軋輥相比，納米噴涂處理后的軋輥具有良好的耐磨性，所形成的氧化膜不易剝落，換輥噸位提升顯著。

(3)控制軋輥氧化膜的關鍵是在氧化膜初期的形成時的控制和中后期氧化膜的保護?？刹扇〈胧┯校和队幂伩p潤滑系統(tǒng)、增強工作輥冷卻能力、保證刮水板效果、優(yōu)化燙輥制度和軋制節(jié)奏、優(yōu)化負荷分配、合理調整除磷機壓力減少板坯氧化鐵皮的粘接等措施，投用噴涂軋輥后基本解決軋輥氧化膜的剝落問題[4]。