Анализ системы контроля качества при прокатке стали

Ключевые слова: прокатный валок, система контроля качества, валки

Горячекатаная стальная полоса — один из важнейших видов стальной продукции, широко применяемый в различных отраслях. В условиях усложняющейся ситуации на рынке стали конкуренция постоянно усиливается, а требования клиентов к качеству продукции — растут. Типичные дефекты горячекатаной стали можно классифицировать по нескольким категориям: дефекты поверхности, дефекты, связанные с химическим составом, дефекты формы листа, отклонения геометрических размеров и дефекты внешнего вида рулона. В данной статье рассматриваются и обобщаются распространенные дефекты качества горячекатаных стальных полос. На основе анализа этих дефектов проводится их систематическая идентификация, выявляются причины возникновения, разрабатываются меры контроля качества, а также формулируются необходимые профилактические мероприятия.

1 Выявление дефектов и анализ их причин

Menggores

(1) Характеристики дефектов

Линейные механические повреждения на поверхности стальной полосы, расположенные ниже уровня поверхности проката, называются царапинами. Царапины, возникшие при высокой температуре, часто имеют серо-черный цвет; царапины, образовавшиеся при комнатной температуре, — серо-белые, с металлическим блеском. Это продольные линейные дефекты, ориентированные вдоль направления прокатки; они имеют узкие, четкие и правильные границы и зачастую распределены как по ширине, так и по всей длине полосы.

(2) Причины и опасности

Причина:

В процессе прокатки или чистовой обработки стали на таких элементах оборудования, как рольганги, боковые направляющие и защитные пластины, присутствуют острые углы. Царапины, возникающие при прокатке, чаще всего появляются из-за контакта с защитными пластинами на выходе из клети F7 чистового стана, а также из-за воздействия рольгангов в зоне охлаждения. В первом случае царапины, как правило, носят непрерывный характер, во втором — прерывистый. Опасность заключается в том, что окалину, образовавшуюся в местах царапин, трудно удалить при травлении; кроме того, такие дефекты могут привести к изгибу и растрескиванию металла.

(3) Методы предотвращения и устранения

Проверьте рабочий рольганг, боковую направляющую пластину, защитную пластину и другое оборудование, контактирующее со стальной полосой, чтобы убедиться, что их поверхности гладкие и не имеют острых кромок или углов.

(4) Проверка и оценка

Проверьте невооружённым глазом;

Допускаются незначительные царапины, однако их глубина не должна превышать пределы, установленные стандартом [1].

2 Железный лист

(1) Листовое железо (без удаления окалины)

Этот дефект занимает большую площадь, концентрация частиц оксида железа внутри дефекта неравномерна, а поверхность вокруг дефекта находится в хорошем состоянии. Из-за неисправности системы удаления окалины, в процессе прокатки обычно не подавалась вода под высоким давлением для промывки поверхности прокатанного изделия, что привело к образованию большого количества металлических оксидов на поверхности.

Причины: засорение крана для удаления накипи приводит к снижению расхода воды; отклонение угла установки крана для удаления накипи приводит к недостаточному эффекту промывки в определенной зоне; подача воды для удаления накипи на головку устройства задерживается из-за особенностей технологического процесса.

(2) Железный лист (в форме небольшой лодки)

Этот дефект часто встречается по краям и реже — в центральной части; он имеет прерывистый характер, отличается большим коэффициентом удлинения и по форме напоминает ивовый лист. Внутри дефекта присутствуют плотные частицы оксида железа. Оксидные включения вытянуты вдоль направления прокатки и различаются по размеру. Поверхность вокруг дефекта находится в хорошем состоянии, а сами дефекты распределены хаотично.

На основе анализа накопленного опыта, с учетом большого коэффициента формы (отношения размеров) и степени фрагментации частиц оксида, можно сделать вывод, что дефект возник на переднем фронте; поскольку периферийная зона дефекта находится в хорошем состоянии, вероятность отслоения оксидной пленки с поверхности валка исключается.

Согласно результатам, полученным ранее после травления, участки с крупными окисленными частицами и темными зонами в местах дефектов подверглись сильному сжатию — на это следует обратить внимание.

(3) Железный лист (с мелкими отверстиями)

Этот дефект распределен диффузно и охватывает обширную область; он представляет собой типичную пору в оксидной окалине.

В оксидной пленке рабочих валков чистовых клетей F2–4 стана наблюдаются точечные дефекты (проколы); поверхность стального листа при этом относительно шероховатая, на ней присутствует множество мелких черных точек. Судя по результатам травления, некоторые из этих точек имеют определенную глубину.

На последующем этапе — при прокатке — в местах скопления пор появляются небольшие белые полоски; это свидетельствует о том, что подобные дефекты трудно устранить в процессе холодной прокатки. При оценке таких дефектов следует учитывать не только возможность их удаления в ходе травления, но и степень их плотности (концентрации).

(4) Железный лист (оксидная пленка)

В процессе прокатки постоянно происходят образование и разрушение оксидной пленки, поэтому мы стремимся к установлению динамического равновесия. Разумеется, это лишь идеализированное представление.

Для оксидной пленки нежелательны как чрезмерная толщина, так и недостаточная. Нам необходима тонкая и стабильная структура.

(5) Листовое железо (липкое железо)

Дефекты в виде прилипшего металла обычно появляются в головной и хвостовой частях полосы. Дефекты распределены хаотично, с разной степенью плотности, и могут возникать как на верхней, так и на нижней поверхностях;

«Прилипшее железо» — это, по сути, частицы оксида железа или пыль, скапливающиеся в чистовой клети стана. Из-за недостаточной эффективности системы пылеудаления в чистовой клети FS-7 эти загрязнения не удаляются; они прилипают к поверхности стального листа и вкатываются в нее валками. В серьезных случаях можно отчетливо увидеть внедренные в металл блестящие частицы.

Очистка водой под высоким давлением во время остановки оборудования является эффективной мерой контроля. Этот дефект легко спутать с традиционным дефектом в виде окалины, возникающим в зоне холодной прокатки.

(6) Железный лист (точечное давление на людей)

Дефекты имеют форму «метеора» и длину около 30 мм. Они распределены случайным образом по всей длине верхней поверхности полосы. Степень выраженности дефектов постепенно усиливается от начала к концу, при этом для электротехнической (кремнистой) стали частота их возникновения относительно высока.

Поскольку в процессе прокатки электротехнической стали образуется большое количество пыли, а система пылеудаления не обеспечивает её очистку непосредственно во время работы, часть пыли оседает на поверхности оборудования. Там она смешивается с водяным паром, попадает на поверхность полосы и в дальнейшем оказывается вкатанной в неё на последующих клетях стана.

(7) Железный лист (красный железный лист)

Характеристики дефекта: как показано на рисунке ниже, дефект обычно имеет красновато-коричневый цвет и форму точек, полос или чешуек; он распределен по всей поверхности стальной полосы и может встречаться как на верхней, так и на нижней ее стороне. Часто встречается в сталях специальных марок.

Причины: высокое содержание кремния и высокая температура нагрева слябов.

Корректирующие меры: оптимизировать качественный состав и снизить содержание кремния; контролировать нейтральную или слабоокислительную атмосферу в печи; снижать температуру в печи в случае возникновения неисправности.

3 Краевые трещины

Причина дефекта связана с направляющей пластиной чистовой прокатки и направляющей пластиной моталки. Существует три причины:

(1) Система направляющих и ограждений чистовой прокатной клети находится в непосредственном контакте с кромкой стальной полосы; при этом происходит интенсивное трение кромки полосы о направляющую пластину, что приводит к повреждению кромки;

(2) На более позднем этапе эксплуатации боковой направляющей в зоне смотки её боковая поверхность истирается кромкой стальной полосы, в результате чего образуется желобок; кромка полосы может попасть в этот желобок, что приводит к её обрыву;

(3) На некоторых полосах кромка не разрушена, однако недалеко от нее наблюдаются углубления (ямки). Этот дефект также может привести к разрыву кромки в процессе холодной прокатки. Предполагается, что причиной возникновения данного дефекта являются металлические частицы, образующиеся в результате трения кромки полосы о боковую направляющую пластину; эти частицы (не все из которых отделяются) затем раздавливаются тянущими роликами, что вызывает растрескивание поверхностного слоя.

4 Алиса

Механизм: на поверхности заготовки имеются физические дефекты — например, механические повреждения, трещины и т. п. В процессе горячей прокатки такие участки не поддаются прокатке, что приводит к отгибанию части металла; кроме того, причиной дефекта могут быть шлаковые включения в заготовке.

Макроскопические характеристики: как правило, располагается в виде единой полосы вдоль направления длины, имеет фиксированное положение по ширине и форму, напоминающую оболочку (кожицу).

Возникновение отслоений: если система удаления окалины перед входом в черновой стан не может быть задействована, удаление окалины приходится выполнять вручную (на отдельных проходах). Из-за наличия кольцевых трещин и неравномерного удлинения хвостовой части полосы возникают отслоения.

Профилактические меры: в полной мере использовать средства контроля (в частности, систему «красных меток» и другое оборудование) для выявления и ограничения влияния кольцеобразных дефектов в головной и хвостовой частях.

5 Волны (средние волны, двусторонние, односторонние волны)

(1) Характеристики дефектов

Волнообразное изгибание, проявляющееся в виде подъемов и спадов вдоль направления прокатки стальной полосы, называется волнообразным. В зависимости от распределения по частям, оно делится на средние волны, боковые волны и боковые волны.

(2) Причины и опасности

Причины: неправильная форма валков, неравномерный износ валков; плохое соответствие формы валков форме поступающей листовой стали, чрезмерное уменьшение толщины после завершения прокатки; отклонение стальной полосы или неправильная регулировка зазора между валками; плохое охлаждение валков.

(3) Температура стальной полосы неравномерна.

Опасность: ухудшение качества внешнего вида стального листа; в тяжелых случаях — невозможность выполнения последующих технологических операций и дальнейшего использования материала.

(4) Методы предотвращения и устранения

Необходимо обеспечить рациональный подбор профилей валков и их своевременную замену; грамотно составлять графики прокатки, чтобы гарантировать плавный переход при смене типоразмеров полосовой стали и рациональное распределение обжатий по клетям стана. Следует усилить контроль за клиновидным зазором между валками и обеспечивать правильное центрирование полосы в процессе прокатки. Также необходимо оптимизировать охлаждение валков, а также контролировать режимы нагрева и охлаждения заготовок в ходе прокатки для поддержания равномерной температуры стальной полосы.

6 рулонная печать

(1) Характеристики дефектов

Выпуклые и вогнутые дефекты на поверхности стальной полосы, характеризующиеся периодическим распределением и нерегулярным внешним видом, называются следами от валков.

Причины и опасности

(2) Причина

На валке имеются трещины, выкрашивания («вырывы») металла или посторонние включения на поверхности. На отдельных участках поверхности валка наблюдаются углубления или выпуклости. В процессе прокатки или чистовой обработки на поверхности прокатываемой стальной полосы из-за этого возникают дефекты в виде выпуклостей и впадин.

Риск: при использовании выпуклых валков в процессе печати на последующем этапе прокатки могут возникнуть дефекты в виде складок; при использовании вогнутых валков на последующем этапе прокатки могут появиться отверстия.

7 Методы предотвращения и устранения

(1) Регулярно проверяйте качество поверхности валка; при обнаружении выкрашивания материала или наличия посторонних предметов — своевременно принимайте соответствующие меры;

(2) При возникновении в процессе прокатки нештатных ситуаций, таких как застревание металла, «хлестание» конца полосы или ее сворачивание, необходимо своевременно проверять состояние поверхности валка, чтобы предотвратить ее повреждение или налипание посторонних частиц;

(3) Если в ходе осмотра выявлены проблемы с анилоксовым валом, немедленно остановите машину, чтобы проверить качество поверхности вала.

8 заключительные замечания

Горячекатаная полосовая сталь — один из важнейших видов металлопродукции, широко применяемый в самых разных отраслях. В условиях усложняющейся ситуации на рынке стали и растущей конкуренции требования заказчиков к качеству продукции постоянно повышаются. Типичные дефекты горячекатаного стального проката можно разделить на несколько категорий: дефекты поверхности, отклонения в химическом составе или свойствах, нарушения плоскостности (формы листа), несоответствия геометрических размеров, а также дефекты внешнего вида рулона в целом. Согласно обширным статистическим данным, более 70% претензий к качеству горячекатаных рулонов связаны именно с состоянием поверхности полосы — к таким дефектам относятся, например, отслоения, отпечатки от валков, точечная коррозия (питтинг), наличие окалины и т. д. Очевидно, что повышение качества поверхности горячекатаных рулонов играет ключевую роль в укреплении рыночной конкурентоспособности данной продукции.