新鋼1580取向硅鋼寬度窄尺原因分析

楊同利，李 磊，周焱民

（新余鋼鐵集團有限公司，江西 新余 338001）

0 引言

新余鋼鐵集團有限公司（以下簡稱新鋼）卷板廠1580熱連軋線建立于2007年，2009年竣工投產，工藝技術裝備達到國內先進水平。軋線設計年生產規模為300萬噸，產品規格為厚度1.2mm～16mm、寬度700mm～1500mm 的中厚板，軋制的鋼種有碳素結構鋼、優質碳素結構鋼、低合金結構鋼、汽車大梁用鋼、高耐候結構鋼、焊接結構用耐候鋼、壓力容器及鍋爐用鋼、無取向硅鋼、取向硅鋼、管線鋼、DP鋼、IF 鋼等。其中取向硅鋼是新鋼近年來新開發的品種之一，是一種含碳量很低的硅鐵軟磁合金鋼，具有導磁率高、矯頑力低、電阻系數大等特性，因而磁滯損失和渦流損失都小，主要用于大中型變壓器和大型電機鐵芯的制造。新鋼在1580 熱連軋線生產無取向硅鋼過程中頻繁出現頭部窄尺情況，極大地影響了產品質量和成材率，有損公司的市場口碑和形象。

本文分析了新鋼卷板廠1580 熱連軋線生產取向硅鋼過程中出現窄尺問題的原因，通過研究取向硅鋼產品的特性以及熱軋過程中的組織轉變，有針對地提出了消除窄尺缺陷的改進措施。

1 產品特性及生產中存在的問題

1.1 產品特性

取向硅鋼的特點是鋼中所有的晶粒都定向排列，這種晶粒排列方式叫“高斯織構”。取向硅鋼又分為單取向硅鋼和雙取向硅鋼。單取向硅鋼也稱“高斯織構”取向硅鋼，鋼中Si 元素質量分數為2.8%～3.4%，其特點是鋼的磁性能在高斯取向（{110}<001>）上最優。雙取向硅鋼也稱立方織構（{100}<001>）取向硅鋼，鋼中Si 元素質量分數為1.8%～3.4%，其特點是鋼板軋向和橫向均為易磁化的<100>方向[1]。

取向硅鋼因性能和成分要求苛刻，因此其生產工藝相對復雜，而且影響其性能的因素眾多，因此取向硅鋼產品的質量也代表了一個企業產品質量的最高水平。尤其是雙取向硅鋼目前為止尚未有大規模工業化生產的報道，故本文所提到的取向硅鋼均指單取向硅鋼[2]。

1.2 生產中存在的問題

1580 熱連軋線在生產取向硅鋼過程中頭部窄尺情況嚴重，影響了產品質量和成材率，損害了新鋼產品的市場形象。圖1為取向硅鋼寬度曲線，由圖1可以看出，帶鋼頭部窄尺明顯，最大偏窄量達到-20mm。

圖1 取向硅鋼寬度曲線

2 問題原因分析

本文以XG130QR 產品為例進行分析，通過對軋制工藝、二級模型、溫度及張力等因素分析，將每一個有可能影響寬度的因素進行逐條分析得出以下幾個主要影響因素：

2.1 軋制工藝因素

取向硅鋼熱軋工藝對組織控制和抑制劑的析出有著重要影響。為了使得MnCu1.8S+AlN 固有抑制劑能夠充分固溶，對取向硅鋼采用了亞高溫加熱工藝，加熱溫度達到1300℃左右。由于取向硅鋼的硅高（Si 元素含量3.1%～3.3%）、碳低（C 元素含量0.3%～0.045%），在高溫加熱時，只有很少量的奧氏體產生，絕大部分仍為鐵素體。也就是說，大部分的組織在高溫加熱過程中沒有發生相變，一直保持鐵素體組織。鐵素體的高溫屈服強度低于奧氏體。

為了保證精軋階段抑制劑的正常析出，粗軋坯在進入精軋階段之前的溫度、厚度必須嚴格把控。為此熱連軋線粗軋機組采用了大壓下率軋制工藝，采用粗軋4 道次軋制,單道次的最大壓下率超過40%。該軋制工藝可充分破碎連鑄坯中的粗大柱狀晶粒,提高中間坯再結晶動力，使粗軋再結晶過程更加完善。另外該軋制工藝還可以防止帶鋼退火后出現瓦楞狀缺陷。為使粗軋的終軋溫度（以下簡稱RT2 溫度）保持在1100℃以上，停用了粗軋機架的除磷水，以保證精軋階段抑制劑的順利析出。

2.2 RT2溫度因素

新鋼1580 熱連軋線采用粗軋RT2 頭部10 米內取點溫度的有效平均值參與精軋機負荷預報計算，RT2 頭部溫度取值的準確性和板坯實際RT2 溫度均勻性都對精軋軋制起著至關重要的作用。但從取向硅鋼熱軋實際RT2 溫度控制來看，情況并不理想，RT2 溫度取值不夠準確，板坯RT2 溫度波動大。圖2為板坯RT2 溫度曲線，由圖2可以看出，溫度波動可達到50℃以上，并伴隨有較為明顯的加熱“水梁印”。

圖2 板坯RT2溫度曲線

2.3 二級模型因素

新鋼1580 熱連軋線采用德國西門子自動化和二級系統[3]。二級模型是根據鋼種化學成分、板坯溫度、軋機各道次預設壓下率和軋制速度等因素，綜合計算得出各軋機在軋制時的軋制力和張力等軋制參數，此計算為預判值。

CGO 取向硅鋼Si 元素的質量分數超過3.0%。通常Si 元素的質量分數超過1.7%時,硅鋼組織即為單一的α 相,但本產品C 元素的質量分數在0.03%以上,熱軋組織中存在20%～30%的奧氏體(γ 相)，與其他在奧氏體軋制鋼種存在較大差異，預報計算模型不能很好地適應取向硅鋼的參數計算，造成新鋼1580熱連軋線在軋制取向硅鋼時,二級系統的負荷預報經常不準。

當負荷預報不準時，會影響精軋各機架的負荷分配和張力設定，造成各軋機間秒流量失衡，活套角度波動大，造成窄尺。圖3為精軋各軋機負荷預報情況，圖中左側為負荷預報值，右側為負荷實際值。由圖3可以看出，預報與實際負荷值偏差最大可達到500t。

圖3 精軋各軋機負荷預報情況

2.4 軋制張力因素

取向硅鋼RT2 溫度在1100℃以上，板坯在如此高的溫度下高溫屈服強度很低，進入精軋機組在機架間張力的作用下很容易出現窄尺問題。如果減小精軋張力又容易造成精軋軋制不穩定，出現跑偏甚至堆鋼事故。經過分析，取向硅鋼在精軋機組內處于兩相區，帶鋼強度變化大，易造成相變區內帶鋼軋制力波動大,相變區鐵素體、珠光體或奧氏體變形能力不同,帶鋼容易產生表面起皮缺陷,尺寸波動大等問題[1]。通過窄尺位置測算，窄尺發生在L5-L6區域。

3 改進措施

為解決取向硅鋼窄尺問題，從軋制工藝、RT2溫度、二級模型、軋制張力等方面對影響取向硅鋼窄尺的因素進行了全面分析，在此基礎上確定了以下改進措施。

3.1 優化加熱爐鋼坯加熱模式

（1）自主設計了加熱爐的“硅鋼加熱模式”。在出鋼間隙時間或停機期間，加熱爐的活動梁上升到適當位置，使得加熱爐的固定梁和活動梁交替支撐板坯加熱，防止因板坯長期停留在固定梁上造成的“水梁印”。

（2）延長鋼坯在爐時間，同時調整加熱燒嘴火焰分布，避免了板坯局部溫度波動大的問題。

（3）鑒于取向硅鋼熱軋板表面質量要求不高，采取取消粗軋機架除鱗措施，減少粗軋低速咬鋼過程中板坯頭部溫降，目前取向硅鋼RT2 頭部溫度可以控制在20℃以內。改進后的RT2溫度情況如圖4所示。

圖4 改進后的RT2溫度情況

3.2 RT2溫度取值優化

精準控制加熱爐燒鋼溫度后，RT2 溫度更為均勻。同時，RT2 頭部溫度取點可根據系統自動判每個點溫度取值的合理性，將低于800℃或與頭部平均溫度偏差超過50℃的溫度取值認為是不合理取值予以剔除，取5 個連續有效溫度值取平均值參與精軋負荷預報計算，這樣就減少了以前因為頭部局部溫度偏低或者測量干擾而造成的精軋負荷預報計算不準問題。

3.3 優化軋制工藝

（1）由于取向硅鋼在精軋機組內是處于兩相區軋制，為了保證精軋過程穩定,使產品組織均勻、尺寸精度高,第七架精軋需避開雙相區,精軋終軋溫度必須控制在鐵素體區軋制,因此采用低溫終軋工藝。

（2）根據取向硅鋼在不同機架內的組織及生產特性，設定不同的張力控制，在前機架高溫軋制時采用小張力軋制，減少板坯高溫下因張力大造成的拉窄，在后機架適當加大一定張力保證精軋軋制穩定性。這樣有效地減少了精軋活套波動大拉窄和跑偏拉窄問題。表1為軋制工藝優化前后精軋張力對比，由表1可以看出，軋制工藝優化后前機架張力明顯降低，后機架張力略有降低

表1 軋制工藝優化前后精軋張力對比/N·mm-2

3.4 優化二級模型

新鋼1580 熱連軋線根據取向硅鋼的特性，將西門子模型中的軋制力西姆斯公式中的COFA 系數從模型中提取出來，對每個精軋機架都進行了有針對性的優化。根據RT2 溫度和實際模型計算的負荷預報值進行實時優化，提高了負荷預報準確性。圖5為優化后精軋各軋機負荷預報情況，圖5中左側為負荷預報值，右側為實際負荷值。由圖5可以看出，優化后精軋負荷預報已經基本準確。

圖5 優化后精軋負荷預報情況

通過上述措施的實施，取向硅鋼窄尺情況明顯好轉，圖6為改進后的取向硅鋼寬度曲線。由圖6可以看出，取向硅鋼頭部寬度雖有波但已經沒有窄尺現象了。

圖6 取向硅鋼寬度曲線

4 結語

針對新鋼卷板廠1580 熱連軋線生產取向硅鋼過程中出現的窄尺問題，通過對取向硅鋼產品特點研究，以及在熱軋過程中的組織轉變的分析，同時結合現場生產實際情況，對加熱爐鋼坯加熱模式、粗軋軋制策略、精軋軋制工藝、二級模型等方面進行了多項優化和改進。

生產實踐表明，上述優化改進措施實施后，新鋼1580 熱連軋線精軋負荷預報已經基本準確，后續生產的取向硅鋼窄尺情況得到明顯好轉，這為穩定新鋼1580 熱連軋線的產品質量，提高生產效率和成材率、提高市場口碑提供了至關重要的支撐。