某廠1780 熱軋機組 2012 年投産，粗軋有兩架軋機，精軋機組計劃七機架連軋。機組定位之一為高表面産品，年産熱軋酸洗闆70 萬噸以上。但在生産高強酸洗薄闆時，暴露出精軋工作輥氧化膜剝落壓入帶鋼，産生表面缺陷的問題[1]。1780 精軋工作輥前段 F1~F4 采取高鉻鑄鐵或高速鋼軋輥，後段工作輥 F5~F7 采用高鎳鉻無限冷硬鑄鐵軋輥。軋輥氧化膜剝落主要集中在 F2 和 F3 機架，圖 1 為局部區域氧化膜剝落典型照片， 圖 2 為整體氧化膜剝落典型照片。

1、氧化膜剝落分析

1.1、氧化膜生長過程

軋輥氧化膜生長是一個氧化過程， 圖3為軋輥表面氧化量與時間的對應關系[1]。氧化膜生命周期包括形成、生長和剝落等幾個階段[2,3]。由圖3可以看到，在氧化膜生成初期，氧化量與時間成正比例關系(見圖 3 的Ⅰ)；在輥面充分氧化後，氧化速度明顯變慢，生長受到抑制(最初生成的氧化膜變成保護膜)，相對于時間呈抛物線生長(圖 3 的Ⅱ)；達到臨界厚度後，氧化膜就開始被破壞(從圖 3 的Ⅱ到Ⅲ的變化點)。氧化膜一旦被破壞，軋輥表面迅速變得粗糙，帶鋼表面就可能形成輥系氧化鐵皮。

1.2、軋輥表面氧化膜生長速度

軋輥氧化膜生長速度取決于兩方面，其一是軋輥表面溫度，其二是軋輥材料本身抗氧化性[2,3]。軋輥氧化膜厚度與軋輥材質、溫度有關，其中軋輥材質對氧化膜生長速度有很大的影響。随軋輥材質檔次提高，氧化膜生長速度明顯下降，半鋼輥氧化膜生長速度大于高鉻輥，高鉻鋼氧化膜生長速度大于高速鋼輥。

1.3、軋輥氧化膜剝落

影響軋輥表面氧化膜剝落有三個要素：應力、氧化膜粘結強度和氧化膜厚度。三者相互聯系，在相同的軋輥材質條件下，應力、氧化膜粘結強度一緻時，軋輥氧化膜的臨界厚度一定。當軋輥氧化膜厚度沒有達到臨界厚度，氧化膜繼續緩慢生長。一旦厚度達到臨界厚度，氧化膜開始破壞，破壞後氧化膜不能起到保護作用，表面氧化膜繼續快速生長，剝落與快速生長同時進行，軋制的帶鋼表面就會産生氧化鐵皮。

2、軋輥氧化膜剝落的預防與控制

在軋輥材質不變的前提下，預防氧化膜剝落的重點應從兩個方面開展：一是降低氧化膜厚度，二是提高氧化膜臨界厚度，以保證氧化膜厚度在臨界厚度以下（圖3中的Ⅰ和Ⅱ階段）生長。

2.1、軋輥氧化膜局部區域剝落原因

通過氧化膜剝落分析，出現局部剝落原因可能是氧化膜太厚或區域臨界厚度太薄，防剝落能力偏低所緻。局部氧化膜太厚主要是該區域的冷卻效果差，如冷卻噴嘴、防剝落噴嘴狀态不好等。臨界厚度偏低的原因是局部區域負荷過大，如局部磨損、局部潤滑軋制差以及局部切水效果差等。

2.2、軋輥氧化膜整體剝落原因

軋輥氧化膜整體剝落是綜合性因素所緻，需要從軋輥溫度、軋輥冷卻效果以及軋制負荷等方面考慮。軋輥冷卻流量是保證軋輥溫度最重要的措施之一，一般末端壓力要達到98N，流量達到 800t/(h·m)。考慮到輥身長度和帶鋼寬度的差異，中間區域流量應該适當增加，而邊部區域流量可适當減少。降低帶鋼溫度也是降低軋輥溫度的有效措施，但降低帶鋼溫度反過來會造成軋制負荷上升，并且也受到工藝制度的限制。精軋防剝落水投用會在一定程度上既能夠較大幅度降低帶鋼表面溫度，又可以不影響帶鋼整體溫度。

2.3、軋輥氧化膜剝落預防與控制

(1)優化負荷分配。在軋輥材質一定的前提下，結合易剝落機架(F2/F3)，适當調整軋機的負荷分配容易提高氧化膜臨界厚度。從圖 2 看出，1780 機組這種整體氧化膜剝落時，氧化膜不太厚，臨界厚度小是剝落的主要問題，需重點提高臨界厚度。表1是通過負荷( 壓下率) 優化，軋制酸洗闆QStE420TM 2.0 mm ×1250 mm，F2 單位寬度軋制負荷由原來 25 kN/m 降低到23 kN/m，F3 單位寬度軋制負荷由原來23 kN/m 降低到 21 kN/m。優化前現場生産 2~3 塊，帶鋼表面就有輥系氧化鐵皮。優化後可以連續生産8 塊以上。

(2)軋輥冷卻優化。氧化膜厚度與溫度有關，與氧化時間有關。軋輥冷卻效果優化主要是從降低軋輥溫度和氧化時間方面開展：一是盡可能增加流量，二是将入出口冷卻水量比優化，盡可能增加出口水量；三是在流量分布上由原來均勻分布優化為抛物線分布，中間流量大，兩側流量小。圖 4 是優化後的流量分布和冷卻效果模拟。

(3)防剝落水優化。防剝落水通過降低帶鋼表面溫度來減少帶鋼向軋輥傳遞的熱量，從而達到降低軋輥溫度的目的，其效果反映在與軋輥接觸時帶鋼表面溫度上。為了達到這個目标，冷卻位置必須接近軋輥，同時加大冷卻壓力和流量。為此，對噴射位置由距軋輥中心線由 350 mm 優化到 210 mm，壓力由原來 0.3 MPa 提高到 1 MPa， 單機架水量由 30 t/h 優化到 60 t/h。圖 5 是優化後的流量分布和冷卻效果模拟。

(4)潤滑軋制優化。潤滑軋制能夠降低軋制負荷，從而提高氧化膜臨界厚度。潤滑軋制的設計及維護非常重要，如上下潤滑軋制濃度單獨控制以及寬窄控制功能等。如何保證不同管道控制的潤滑油能夠同時噴射到軋輥表面難度很大，所以設計過程必須充分考慮各管道流速、流量等。另外，若存在局部油嘴堵塞現象，則不能達到潤滑效果，就會出現局部氧化膜剝落。在軋制過程中速度不斷變化，軋制負荷也随溫度、速度不斷波動，需建立潤滑油濃度動态控制，可更好發揮潤滑軋制作用。

(5)軋制計劃優化。無論半鋼輥、高鉻輥和高速鋼軋輥，在軋制過程中氧化膜都要不斷生長。當達到臨界厚度，繼續軋制都會出現氧化膜剝落。所以，軋制高表面質量要求的帶鋼生産必須要安排在一定的軋制公裡數之内。從氧化膜角度上，難軋薄規格臨界厚度小，需要在氧化膜厚度薄時軋制。基于以上考慮，提出了高強酸洗薄闆計劃前置的策略，即在軋制計劃中，将高強酸洗薄闆安排在計劃前期生産，在燙輥材後直接安排高強酸洗薄闆，充分利用軋輥氧化膜薄的優勢。表 2 為典型的軋制計劃安排。

通過試驗，機組能夠連續軋制 2.0 mm 高強酸薄闆20 塊。酸洗闆月産達到 9 萬噸，廢、次、降發生率基本穩定在 3%之内，達到國内先進水平。

3、結語

(1)通過對氧化膜剝落機理的分析，預防和控制氧化膜剝落重點是通過降低氧化膜生長速度和提高目前 1780 機組軋輥氧化膜剝落基本得到控制，氧化膜臨界厚度開展工作。

(2)通過改善軋輥冷卻，提高水壓和優化入出口水量分布以提高冷卻效果，并結合防剝落水和潤滑軋制的使用， 達到降低帶鋼表面溫度和降低負荷的效果。

(3)在計劃編排上，采用高強、高表面帶鋼“薄規格前置”策略，充分利用軋輥氧化膜薄的優勢，預防氧化膜剝落。

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