Оборудование стана горячей прокатки «1700» компании Beihai Chengde включает в себя: две нагревательные печи с шагающими балками, систему удаления окалины (после печей), один черновой прокатный клеть (R1), рольганг с устройством для сворачивания полосы в рулон (hot coil box), чистовой прокатный стан из восьми клетей (F1–F8) и две моталки. С момента полного ввода в эксплуатацию стана горячей прокатки «1700» в Beihai Chengde 11 ноября 2012 года доля нержавеющей стали марки 304 в общем объеме производства нержавеющей стали ежегодно росла: с 13,60% в 2013 году до 55,38% в 2016 году (увеличение на 41,78%). Однако наряду с быстрым ростом доли стали марки 304 постепенно увеличивалась и частота возникновения дефектов в виде коррозии по краям полосы, что серьезно сказывается на затратах при дальнейшей обработке и качестве конечной продукции. В связи с этим, начиная с первой половины 2014 года, был проведен ряд исследований и испытаний, посвященных проблеме возникновения коррозии по краям полосы из стали марки 304. Было установлено, что значительное влияние на образование таких дефектов оказывают следующие факторы: качество поверхности валков, температурный режим нагревательных печей, температура полосы, температура валков, а также давление охлаждающей воды, подаваемой на рабочие валки.
- Анализ механизма образования ржавчины на кромках изделий из стали 304 под воздействием давления
1.1 Химический состав материалов
Что касается химического состава аустенитной нержавеющей стали марки 304 производства компании Beihai Chengde, то установленные предприятием нормы полностью укладываются в рамки национального стандарта и американского стандарта; иными словами, выпускаемая сталь марки 304 соответствует установленным требованиям.
1.2 Фотографии, морфология, характеристики и основной механизм образования дефектов в виде краевой ржавчины
После закалки и травления на поверхности полосовой стали (в состоянии «белой» поверхности) в зоне до 40 мм от кромки наблюдается выраженная шероховатость; в металлическую матрицу нержавеющей стали впрессована окалина, что заметно отличает этот участок от прилегающей нормальной поверхности. Аналогичные шероховатые полосы были обнаружены на поверхности рабочих валков в первых клетях (F1–F4) чистовой группы стана горячей прокатки — именно в тех местах, где с валками контактируют кромки полосы. Дефекты на поверхности валков полностью соответствуют дефектам на кромках полосы. При осмотре такие участки ощущаются как явно шероховатые, местами присутствуют заусенцы. В связи с этим на многих других металлургических предприятиях, производящих нержавеющую сталь, подобные дефекты кромок называют «следами от валков» или «дефектами, вызванными впрессованной окалиной». Характерные признаки дефекта: он проявляется непрерывно по всей длине полосы в полосе шириной до 40 мм от каждой кромки; дефект ощущается на ощупь, а шероховатые участки имеют линейную форму и расположены под углом 5–10° к направлению прокатки.
Оксидная пленка на поверхности рабочих валков чистовых клетей (F1–F4) периодически подвергается воздействию значительных знакопеременных напряжений. При достижении предела усталости в оксидной пленке возникают микротрещины; под влиянием высоких напряжений, действующих в зоне контакта валка и полосы, пленка начинает отслаиваться. С одной стороны, отслоившиеся частицы оксидной пленки могут прилипать к поверхности полосы и вкатываться в нее в последующих клетях, что приводит к образованию дефектов типа «краевая ржавчина». С другой стороны, после удаления оксидной пленки поверхность рабочего валка становится более шероховатой. В зоне деформации полосы из-за проскальзывания (относительного перемещения валка и полосы) неровности и заусенцы на поверхности валка воздействуют на металл, образуя на нем канавки. В результате обнажается основной металл полосы, который при контакте с высокотемпературным водяным паром окисляется, образуя вторичную (третичную) окалину. В процессе дальнейшей деформации в последующих клетях эта окалина вкатывается в полосу, также вызывая появление дефектов в виде «краевой ржавчины».
- Технологические факторы, способствующие возникновению коррозии по краям
2.1 Влияние образования оксидной пленки на поверхности валка
Анализ механизма образования дефектов типа «кромочная ржавчина» показал, что на краях рабочих валков чистовой клети (клети F1–F4) возникают дефекты, аналогичные тем, что наблюдаются на кромках полосы. Иными словами, «кромочная ржавчина» на полосе — это, по сути, отпечатки дефектов с краев валков. Из-за этого кромки полосы становятся шероховатыми. В процессе травления такие шероховатые участки не очищаются должным образом, в результате чего на них остаются дефекты в виде оксидной окалины. Чем выше шероховатость поверхности рабочего валка, тем интенсивнее происходит разрушение и отслоение оксидной пленки, что, в свою очередь, приводит к более выраженному проявлению «кромочной ржавчины» на поверхности полосы. Следовательно, для устранения этого дефекта необходимо в первую очередь решить проблему шероховатости кромок рабочих валков чистовых клетей F1–F4.
В процессе прокатки стали 304 наблюдается значительное снижение температуры полосы, причем падение температуры по ее краям выражено сильнее; разница температур между краями и центром полосы достигает 80–120 °C. В то же время химический состав стали 304 (с высоким содержанием никеля) и материал рабочих валков, используемых на начальных этапах прокатки (клети F1–F4) — высокохромистый чугун, — содержат общие элементы (никель и хром). Это является одной из причин прилипания полосы к поверхности валков.
Анализ большого объема статистических данных показывает, что температура нагрева, а также температура перед входом в чистовую клеть прокатного стана, оказывают существенное влияние на возникновение коррозии по краям металла. Таким образом, повышение температуры нагрева и обеспечение необходимой температуры перед входом в чистовую клеть являются одними из эффективных способов решения этой проблемы.
(1) В ходе анализа данных по 30 рулонам нержавеющей стали марки 304, на которых в феврале 2017 года была выявлена коррозия по краям, было установлено, что средняя температура на входе в чистовую клеть для этих рулонов составила 1031,7 °C. При этом средняя температура на входе для тех рулонов, у которых наблюдалась коррозия по краям, составила 1014 °C — показатель, который заметно ниже среднего значения по всей выборке и значений, зафиксированных для рулонов, не имеющих такой коррозии.
(2) Представлены данные о кромковой окалине за период с 5 августа 2015 года по 31 августа 2015 года. Доля кромковой окалины 22 августа выше, чем 24 августа (когда она отсутствовала). При повышении температуры на входе в чистовую клеть прокатного стана дефекты в виде кромковой окалины заметно уменьшаются.
Чрезмерное усилие прокатки создает тяжелые условия эксплуатации для поверхности чистовых валков. Это приводит к образованию на кромках валков выраженных заусенцев, расположенных под углом 5–10° к направлению прокатки; при этом данные заусенцы вдавливаются в поверхность полосы, делая ее непригодной для дальнейшего использования. Согласно статистическим данным за август 2015 года, в случаях, когда возникал дефект в виде «кромочных заусенцев» (отпечатков от заусенцев на валках), усилия прокатки в клетях F1–F4 были заметно выше, чем при прокатке без появления этого дефекта. В ходе процесса прокатки было произведено снижение нагрузки на клети F2 и F3, что позволило уменьшить выраженность дефекта. Напротив, при относительно высоких суммарных усилиях прокатки в клетях F1–F4 частота возникновения дефектов, связанных с кромочными заусенцами, существенно возрастала.
In actual production, the cooling water temperature of the work rolls on site fluctuates widely, ranging from 29°C to 42°C. At the same time, the state of the oxide film on the F1-F4 roll surface is also different after different water temperatures are turned off.
- Методы контроля и меры по совершенствованию процессов
(a) Improve the oxide film on the surface of the roll
Чтобы предотвратить отслоение оксидной пленки, необходимо сформировать ее на поверхности валка и обеспечить ее сохранность. После установки рабочего валка в клеть его следует подвергнуть «приработке» (обкатке) в соответствии с технологическим регламентом: при прокатке первых 5 полос после плановой замены валков необходимо поддерживать стабильный ритм прокатки — 4,4–5,0 мин на полосу. По завершении прокатки первых 5 полос ритм прокатки можно изменить на 3,0–4,2 мин на полосу.
Регулярно проверяйте, нет ли утечек в районе станины и стола для гидроабразивной резки; проверяйте, не засорены ли сопла системы охлаждения на станине, и т. д.
Для сталей марки 304 следует соответствующим образом повысить температуру нагрева, чтобы обеспечить необходимую температуру металла перед чистовой прокаткой и снизить усилие прокатки на этом этапе. При прокатке стали 304 процесс нагрева (включая возможный перегрев) следует по возможности контролировать, ориентируясь на верхний предел технологического температурного диапазона. Если температура металла при выдаче из печи оказывается низкой, необходимо принять меры — например, обеспечить дополнительную выдержку (сохранение тепла) или снизить темп прокатки, — чтобы гарантировать требуемую температуру перед началом чистовой прокатки.
(b) Снизить усилие прокатки в чистовых клетях F1–F4 и рационально распределить нагрузку между клетями
Необходимо снизить суммарное усилие прокатки в клетях F1–F4, а также рационально распределить усилие прокатки между клетями F1–F8. Если на краях поверхности валков в какой-либо из клетей F1–F4 обнаружено значительное отслоение оксидной пленки или наличие заусенцев, усилие прокатки в этой клети следует соответствующим образом уменьшить. Если после прохождения полосы состояние поверхности валков в клетях F1–F4 неудовлетворительное, необходимо проверить, не является ли суммарное усилие прокатки в этих клетях чрезмерно высоким из-за низкой температуры полосы.
(c) Разработать различные технологические системы охлаждения рабочих валков водой
В реальных производственных условиях регулирование давления и расхода охлаждающей воды, подаваемой на рабочие валки чистовой клети — в зависимости от температуры этой воды, — позволяет в определенной степени уменьшить дефекты в виде ржавчины по краям проката. В связи с этим были разработаны специализированные технологические системы охлаждения рабочих валков чистовой клети, различающиеся для режимов работы с одной или двумя печами: при работе с одной печью давление охлаждающей воды поддерживается в диапазоне 3,0–4,2 бар, а при работе с двумя печами — в диапазоне 5,6–6,6 бар.
(d) Повысить качество валков и способствовать применению валков из быстрорежущей стали
При эксплуатации валков клетей F1–F4 старайтесь не использовать валки из высоконикель-хромовых сплавов; вместо них применяйте валки из высокохромистого чугуна. При прокатке стали марки 304 для всех клетей F2–F4 лучше всего использовать валки из быстрорежущей стали.
(e) Добавить систему подачи масла для чистовой прокатки
Поскольку на стане горячей прокатки «Бэйхай Чэндэ 1700» (Beihai Chengde 1700) отсутствует система подачи смазочного материала, качество поверхности валков после процесса прокатки оказывается не вполне удовлетворительным. Внедрение системы смазки для чистовой прокатки позволило бы существенно улучшить состояние поверхности валков.
- Заключение
(1) Повышение температуры в нагревательной печи и обеспечение необходимой температуры на входе в чистовую клеть позволяют эффективно снизить долю дефектов типа «впрессованная окалина» на кромках нержавеющей стали марки 304.
(2) Снижение суммарного усилия прокатки на чистовых клетях F1–F4 и рациональное распределение нагрузки позволяют уменьшить коррозию кромок.
(3) Принять эффективные меры по улучшению оксидной пленки на поверхности валков чистовых клетей F1–F4, уменьшить ее отслоение и, по сути, устранить дефект в виде ржавчины по краям.
(4) Разработать обоснованный технологический регламент для работы с нержавеющей сталью марки 304; производственный процесс на объекте должен строго соответствовать данному регламенту.
Russian 
English 
Arabic 
Hindi