郭偉，董占斌，張躍飛，沈開照，鄭會平，黃少帥
（秦皇島首秦金屬材料有限公司，河北 秦皇島 ０６６０２６）
摘 要：通過對４００ｍｍ厚連鑄坯軋制１６０ｍｍ厚特厚板的軋制道次分配方法、厚度控制技術以及板形控制技術的研究攻關，成功開發(fā)出１６０ｍｍ厚Ｑ３４５高韌性特厚規(guī)格產品，鋼板異板差控制在±０．８ｍｍ以內，板形合格率達９９．５％，－４０℃沖擊功為１７１～２４９Ｊ，Ｚ向斷面收縮率為３１．０％～４６．５％，滿足了高尺寸精度、高韌性
關鍵詞：特厚板；軋制道次；厚度控制；板形控制
１前言
在我國鋼鐵行業(yè)競爭日趨激烈的大背景下，完善產品結構、推進精品基地建設、增強產品競爭力已成為各大鋼鐵企業(yè)生存發(fā)展的重要手段。２０１０年，秦皇島首秦金屬材料有限公司３＃連鑄機（連鑄坯最大厚度為４００ｍｍ）、粗軋機相繼投產，面對特厚板的市場需求和豐厚利潤空間，首秦公司根據自身技術裝備特點，通過組織實施軋鋼工序的系列攻關，成功開發(fā)出１５０～１６０ｍｍ厚Ｑ３４５高韌性特厚板，鋼板厚度精度高，板形良好，各項性能指標均達到標準要求。
２主要工藝技術難點
２．１產品壓縮比小
隨著鋼板厚度的增加，焊接結構件產生層狀撕裂的危險性增加。因此，大型焊接鋼結構件對安全可靠性的特殊要求決定了特厚板必須具有良好的內在質量和均勻的性能。在首秦公司的工裝設備條件下，開發(fā)１００～１６０ｍｍ特厚板的技術難點在 于 產 品 壓 縮 比 ，
４００ｍｍ厚 鋼 坯 軋 制１６０ｍｍ厚鋼板壓縮比僅為２．５，因此很難保證鋼板厚度方向性能的均勻性。
２．２厚度精度控制
精軋機后γ射線測厚儀設計測量極限厚度為１００ｍｍ，通過設備功能優(yōu)化后，目前能夠測量到１５０ｍｍ，但測量偏差達±２．４ｍｍ，因此測量設備精度無法滿足厚板厚度控制要求。在此條件下，必須通過優(yōu)化西門子二級厚度控制模型來滿足厚度控制要求。
２．３板形控制
對于特厚規(guī)格鋼板，在軋制過程中鋼板極易出現ＶＭ彎或頭尾部硬彎（圖１），而一旦此類板形缺陷形成后，很難再通過熱矯直機進行挽救。因此必須確保終軋輸出鋼板板形平整。
３軋制技術攻關
３．１軋制道次分配
鑒于軋制壓縮比只有２．５，為取得良好的壓下效果，最大限度地細化芯部晶粒，采用
１６０ｍｍ×２５８０ｍｍ×９０００ｍｍ規(guī)格進行了特厚板軋制試驗，以確定最優(yōu)道次分配方案。試驗中，粗軋機和精軋機采用如下道次分配策略：
（１）坯型選擇。中厚板軋機粗軋分為成型、展寬和縱軋３個階段，通常成型道次和展寬道次的單道次壓下量較縱軋道次小，因此必須選取小展寬比鋼板，以利于充分發(fā)揮縱軋階段粗軋大壓下的優(yōu)勢。為此將坯型定為４００ｍｍ×２４００ｍｍ×３８５０ｍｍ，展寬比約１．１。
（２）粗軋大壓下。粗軋機采取低速大壓下軋制策略，粗軋單道次最大壓下量設為４０ｍｍ，咬鋼速度１．０～１．２ｍ／ｓ，最大軋制速度１．５ｍ／ｓ。通過降低鋼板控溫厚度，只給精軋機預留少量壓下空間，以使有限的壓下量全部在粗軋階段發(fā)揮作用，從而充分細化芯部晶粒，改善芯部組織性能。
（３）精軋小壓下。精軋機采取小壓下策略，３～６道次完成，可以起到平整作用，從而使鋼板保持良好的板形。
軋制規(guī)程如圖２所示。
１６０ｍｍ厚Ｑ３４５厚板成品性能測試結果顯示，鋼板強度、塑性指標完全滿足標準要求，且鋼板１／４位置的－４０℃沖擊功為１７１～２４９Ｊ，滿足Ｅ級要求，Ｚ向斷面收縮率為３１．０％～４６．５％，全部滿足Ｚ２５要求。探傷波普顯示滿足三級探傷要求。因此，采用粗軋大壓下、精軋小壓下的軋制策略對特厚板的性能和板形控制均有顯著成效。
３．２厚度控制技術
３．２．１軋機剛度參數優(yōu)化
式（１）為該中厚板生產線二級模型的厚度計算模型，其考慮了機架變形、輥系變形等多種影響厚度計算的因素：
ｈ＝ｓ＋Δｈｓｔａｎｄ＋Δｈｒｏｌｌ－ΔｈＭｏｒｇｏｉｌ－Δｈｔｈｅｒｍａｌ＋Δｈｗｅａｒ－ｓ０
（１）
式中，Δｈｓｔａｎｄ為機架變形；Δｈｒｏｌｌ為軋輥撓度變形，軋輥壓扁；ΔｈＭｏｒｇｏｉｌ為油膜厚度；Δｈｔｈｅｒｍａｌ為軋輥熱膨脹；Δｈｗｅａｒ為軋輥磨損；ｓ０為零點。
機架變形Δｈｓｔａｎｄ與軋機剛度密切相關。該二級模型中使用的軋機剛度參數為試生產時設定的，一直未進行修正。為此，通過對不同時間測試的剛度數據進行擬合，得到了軋機總剛度變化關系，見圖３。剛度測試結果顯示，精軋機入口、出口位移傳感器位置變化不一致，如圖４所示。
不同時間測試得到的軋機剛度值變化較大，這不僅與更換支撐輥、工作輥之后軋機本體剛度的變化有關，還可能與ＨＧＣ液壓缸上入口、出口位移傳感器變化不一致有關。如果剛度發(fā)生明顯變化，則需要在二級模型中重新調整剛度計算參數，否則會因二級模型所使用的剛度參數與實際剛度存在偏差而造成二級模型彈跳值計算不準確。于是在重新進行軋機５０ＭＮ彈跳測試后，將最新測試得到的剛度計算參數更新到二級模型中，替代原有參數，以消除軋機剛度參數不準確對厚度控制的影響。
３．２．２ 軋制道次優(yōu)化
精軋階段總壓下量定為３０～６０ｍｍ，軋制３～６道次，確保末道次軋制力在２０ＭＮ以上，使軋機剛度曲線處于線性區(qū)間，以滿足鋼板厚度計算精度的要求。
３．２．３優(yōu)化效果
實際生產統(tǒng)計結果顯示，改進后軋制１６０ｍｍ特厚板的異板差控制精度達到了±０．８ｍｍ以內，比國標要求更為精確。
３．３板形控制技術
針對特厚板板形的控制，采取了以下措施：
（１）加熱。首先，通過調整加熱Ⅰ段、加熱Ⅱ段的爐膛溫度，優(yōu)化上、下煤氣流量配比和各段殘氧含量，并結合黑匣子實驗和二級模型優(yōu)化，提高厚板鋼坯的加熱均勻性；再嚴格控制４００ｍｍ厚鋼坯在加熱爐加熱Ⅱ段至出爐階段的在爐時間，使鋼坯在加熱爐高溫段充分加熱，提高鋼溫的均勻性；并控制４００ｍｍ厚鋼坯在爐內的裝鋼間距，確保鋼坯在高溫段的加熱時間。由此確保鋼坯上、下表面溫差在３０℃以內，兩爐鋼坯溫差縮小至１０℃
以內。
（２）特厚板矯直。通過優(yōu)化特厚板矯直工藝，采用 平 輥 單 道 次 矯 直，矯 直 力 保 持 為３０００～６０００ｋＮ，對特厚板起到平整作用。
采取上述加熱和矯直措施后，成品特厚板的ＶＭ彎和頭尾硬彎得到了良好控制，鋼板縱向不平度不大于５ｍｍ／ｍ，橫向不平度不大于３ｍｍ／ｍ，板形合格率達９９．５％。
４結語
通過對４００ｍｍ厚連鑄坯生產厚度為１６０ｍｍ的Ｑ３４５特厚板的軋制工藝、厚度控制技術以及板形控制技術進行研發(fā)攻關，成功開發(fā)出尺寸和性能穩(wěn)定優(yōu)異的特厚規(guī)格產品。與國內生產廠多采用模鑄的生產工藝相比，采用４００ｍｍ厚連鑄坯生產１００～１６０ｍｍ厚特厚板，具有成材率高、工藝流程相對簡單、成本低、交貨周期短等優(yōu)點，且生產工藝穩(wěn)定可靠，鋼板實物質量優(yōu)良。