钒元素对带钢轧制过程的影响及机理研究.pdf

第32 卷增刊12023年6 月文章编号：10 0 4-40 51(2 0 2 3)S1-0139-04中国矿业CHINA MINING MAGAZINED0l:10.12075/j.issn.1004-4051.20230426Vol.32,Suppl 1June2023钒元素对带钢轧制过程的影响及机理研究雷武军（四川汇源钢建科技股份有限公司，四川成都6 10 10 0）摘要：在相同热轧工艺条件下，针对含钒及不含钒带钢在高压射流工序进行表面除鳞处理后冷轧，研究钒元素对高压射流后带钢表面宏观形貌以及冷轧过程中轧制力的影响。研究结果表明，在高压射流表面除鳞处理环节中含钒带钢相对不含钒带钢的除鳞难度更大，表面清洁度较差，但在冷轧工序中含钒带钢相对不含钒带钢的轧制力略低。关键词：冷轧带钢；高压射流；表面除磷；摩擦力；轧制力LEI Wujun中图分类号：TF35Study on the effect and mechanism of vanadium on the rolling process of strip steel(Sichuan Huiyuan Steel Construction Technology Co.,Ltd.,Chengdu 610100,China)Abstract:under the same hot rolling process conditions,for the cold rolling of vanadium containing andvanadium free steel strip after surface descaling in high-pressure jet process,the effects of vanadium on themacro morphology of strip surface after high-pressure jet and rolling force in cold rolling process arestudied.The results show that in the high-pressure jet surface descaling process,the descaling of vanadiumcontaining steel strip is more difficult than that of vanadium free steel strip,and the surface cleanliness ispoor,but the rolling force of vanadium containing steel strip is slightly lower than that of vanadium free steelstrip in the cold rolling process.Keywords:cold rolled strip;high pressure jet;surface phosphorus removal;friction;rolling force0引 言冷轧板带生产线是对STW22、SPH C、Q 19 5等热轧钢卷的二次冷加工处理，目的是生产出如St12、SPCC、Q 195等冷轧产品，广泛用于汽车、摩托车以及五金、家电等行业。热轧母材进入冷轧压延加工之前有一道必不可少的表面处理工序，该工序必须清除带钢表面附着物，特别是带钢表层氧化铁皮。目前处理工序有化学和物理两种处理工艺，其传统的化学处理工艺多为酸洗工艺，但由于环保政策及制造技术升级影响，高压射流表面处理工艺正在推广和应用，高压射流是利用水砂混合物去除金属表面氧化皮和锈蚀物的方法，是一种物理清洁金属表面的方法，因为所用介质为水，俗称为水洗。水文献标识码：A洗是采用高压水混合磨砂对钢卷表面进行物理清理的技术，具有清理速度快、去除力强、不会产生粉尘和酸雾、环境干净、表面质量好、清洁度高等优点，受到广泛关注和重视,在冷轧窄带、冷轧中宽带等生产线有广泛使用。而热轧带钢卷由于不同地域的钢材生产企业使用矿石原料不同，造成产品所含化学成分存在一定的差异，四川省内攀枝花钢铁集团有限公司、四川省川威集团有限公司等本地钢铁企业主要采用四川攀枝花地区的钒钛磁铁矿作为原料，受攀西地区钒钛磁铁矿影响，四川本土钢铁企业的产品中含有一定量的钒元素，加之各个钢铁企业根据自身技术水平及提钒工艺的情况，热轧产品中也存在一定量的钒，收稿日期：2 0 2 3-0 4-11责任编辑：宋菲作者简介：雷武军（197 7 一），男，高级工程师，主要研究方向金属压延加工及产品开发与应用，E-mail：32 6 8 1348 7 9q q.c o m。引用格式：雷武军.钒元素对带钢轧制过程的影响及机理研究 J.中国矿业，2 0 2 3,32（S1）：139-142，147.LEI Wujun,Study on the effect and mechanism of vanadium on the rolling process of strip steelJJ.China Mining Magazine,2023,32(S1):139-142,147.140V0.0010.0 10。作为冷轧母材使用，其含钒和不含钒是否对冷轧生产、特别是对采用新兴的高压射流表面处理技术后有生产影响和质量影响，是一个需要重视和关注的课题。由于钒钛矿产资源相对集中，大部分的矿石原料和钢铁生产企业的产品不含钒、不涉及钒，加之鲜有大型冷轧生产线使用新兴的高压射流表面处理技术，所以国内暂未有此课题的相关实验及文献。为研究热轧钢卷中有一定的钒对后续冷轧加工的影响，实验采用含钒和不含钒的连铸板坏在相同的热轧工艺环境下制成热轧母材试样，用该试样在高压射流生产线、冷轧生产线进行实验加工，通过对比试样表面质量、轧制参数等方面的差异，研究含钒钢卷对高压射流及冷轧的影响，为其他企业提供可靠的参考依据，更有效地指导生产。1实验材料与方法1.1实验材料及工艺实验材料为STW22试样成分见表1（1#为含钒试样，2#为不含钒试样）。热轧温度工艺见表2。原始铸坏尺寸（厚度宽度）13 5mm620mm经过8 道粗轧，7 道次精轧后轧制成规格（厚度宽度）为3.0 mmX620.0mm的热轧母材。表1试样化学成分控制表Table 1 Sample chemical composition control table化学成分含量/%编号C1#0.062#0.06编号Ti1#0.0012#0Table 2Rolling process编号热轧工艺1预热段2二加3一加4均热段5开轧温度6粗轧终轧温度7精轧终轧温度高压射流表面处理工艺采用碳钢砂（0.150 mm)和不锈钢（0.2 8 2 mm）砂混合，配比为3：5，高压喷中国矿业砂泵50 MPa。冷轧工艺是3.0 mmX620.0mm的热轧母材切边后经过6 辊的HC-900轧机8 道次冷轧后轧制成0.30 mmX610.0mm，道次压下率前6道次2 8%30%，7 道、8 道次压下率分别为2 0%、10%，并采用3%乳化液进行润滑。1.2试验方法将相同工艺条件下生产的含钒带钢、不含钒带钢热轧试样各5件，1#含钒制样：1-1、1-2、1-3、1-4、1-5;2#不含钒制样：2-1、2-2、2-3、2-4、2-5；分别在相同工艺参数条件下的高压射流表面处理生产线、冷轧生产线进行生产。试样均在同工序、同机组、同一时间段完成，中途不中断或停机，保证由相同的操作人员进行控制。通过对高压射流表面处理后的含钒试样和不含钒试样的表面质量进行宏观形貌对比，研究相同条件下除鳞的程度和表面的清洁度差异，另外将高压射流表面处理后的含钒试样和不含钒试样送入6 辊-HC-900轧机进行压延加工，通过轧机压力传感器检测数据比对相同条件含钒试样和不含钒试样的轧制力差异。2结果与讨论2.1实验结果2.1.1钅钒元素对高压射流后带钢表面宏观形貌的影响含钒、不含钒试样在高压射流后的表面宏观视觉比对（图1）。由图1可以看出，1-1、1-2、1-3、1-4、1-5五个试样与2-1、2-2、2-3、2-4、2-5五个试样的表SiMn0.010.180.020.19化学成分含量/%CuNi0.020.020.010.01表 2 轧制工艺11601260122013201 2201 30011501200105010809501000第32 卷PS0.0150.020.0180.02Cr0.020.02温度/600Als0.030.03V0.0080面色差不同，且含钒带钢在高压射流表面处理后的表面打击（磨刷)程度、表面视觉色差等明显比不含钒带钢差。2.1.2钒元素对高压射流后带钢表面粗糙度的影响表3为对应的高压射流后1#含钒试样、2#不含钒试样粗糙度对比，可以看出，1#含钒带钢的粗糙度范围在0.8 1.3，平均值为1.0 4，低于2#不含钒带钢的粗糙度范围0.9 1.5和平均值1.2 2。说明原始粗糙度相同条件下，高压射流对含钒带钢粗糙度的影响低于不含钒带钢。2.1.3钒元素对高压射流后带钢冷轧过程中轧制力的影响试样通过6 辊可逆轧机进行8 个道次轧制，通过轧机压力传感器得出冷轧过程中轧制力比对（表4），可以看出，1#含钒带钢的轧制力范围在49 7 0 5186kN，平均值为50 30 kN，低于2#不含钒带钢的粗糙度范围49 4450 32 kN和平均值49 7 8 kN。说明相同原料、相同工艺条件下，高压射流对含钒带钢冷轧压延轧制力的影响低于不含钒带钢。增刊1雷武军：钒元素对带钢轧制过程的影响及机理研究141(a)1-1试样(b)1-2试样(c)1-3试样(d)1-4试样(e)1-5试样(f)2-1试样Fig.1Surface macromorphology of different samples after high pressure jet treatmentTable 3Comparison of roughness of different samples after high-pressure jet试样第一组试样(1-1,2-1)1#含钒带钢1.002#不含钒带钢1.30轧制力1/轧制力2/试样kN1-155002-156101-254002-25.4501-354302-355001-454002-45.4001-555002-554602.2结果讨论含钒带钢在高压射流表面处理后进人冷轧压延加工时，轧制力略低于(1%3%)不含钒带钢。钒作为钢铁维生素，在钢中加人百分之零点几的钒就能使钢的晶粒细化，从而改变钢的硬度、强度、韧性、弹性、耐久性，使钢材获得优良的性能，广泛用于汽车零部件、建筑钢材、工程机械等领域 1-2 ；由于钒元素容易与钢中的碳和氮等间隙原子结合形成第二相粒子，所以钢的综合性能进一步提升 3-4。本试样中含钒带钢试样不是加人钒合金获得，是采用中国攀西钒钛磁铁矿冶炼获得的含钒板坏，钒元素含量非常低（0.0 0 8%），是矿石中自带的微量成分，由于钒(g)2-2试样图1不同试样高压射流处理后的表面宏观形貌表3不同试样高压射流后粗糙度对比粗糙度第二组试样第三组试样(1-2、2-2)(1-3、2-3)0.900.80100.90表4不同试样轧制力对比Table 4Comparison of rolling forces for different samples轧制力3/轧制力4/kNkN5415545056595600536053105350532054805315546053305340535053605 4605400548054005470(h)2-3试样轧制力5/kNkN541753565.61755145420530054005350532053005350530053605300538053205350530053905400微元素的影响造成含钒带钢试样一系列性能的差异，钒是试样差异的主要原因。2.2.1含钒带钢相对不含钒带钢抗高压射流原因在冶炼中加钒的碳钢组织均匀细化，钢的硬度会大大提高，这是因为钒是强烈促进碳化物形成元素，钒在钢中形成高熔点的V,Cs新质点，钢液在凝固过程中V,C3起到外来晶核的作用，能细化晶粒，提高带钢强度。由于VC：的出现，带钢在加热过程中阻碍奥氏体晶粒的长大，进一步细化了组织，其强度、硬度及耐磨性大大提高 5-6 ，随着钢中的钒含量的增加，越来越多的碳化物弥散在钢中，对错位运动进行有效阻碍,进一步提升钢的耐磨性 7-8 。(i)2-4试样第四组试样(1-4、2-4)1.201.40轧制力6/kN5216531352005 100515051005100520051005260(i)2-5试样第五组试样(1-5、2-5)1.301.50轧制力7/轧制力8/平均值/kNkN45203386461435644.30033804.3003390432033604.35033704.35033504.50033604500335546003350平均值1.041.22kN503251864.9594.9584.9594.9704.9444.998499850411422.2.2高压射流后的含钒带钢相对不含钒带钢轧制力小的原因轧制力的影响因素有抗变形力、摩擦系数、轧辊压扁以及张力影响等，实验是在相对相同环境下进行的，所以轧辊压扁半径、张力影响以及前后滑等可以认为是恒定的，变形抗力和摩擦系数这两个参数是相对的变量，因此，变形抗力和摩擦系数是导致轧制力变化的主要物理参数。在相同条件下，试样自身的变形抗力是主要影响因素，通过试样的力学性能指标对比（图2 和表5），含钒带钢与不含钒带钢强度指标比对差异不显著，相反，个别含钒试样的强度大于不含钒带钢的屈服强度，根据变形抗力和轧制力成正比的关系，含钒带钢由于变形抗力增加从而增加轧制力，所以变形抗力并不是本次实验造成轧制力增大的原因，摩擦力才是主要影响因素。在其他因素不变，摩擦系数相应变化时，很容易可以得出摩擦系数在一定大小时对轧制力的影响很小。当摩擦系数介于0.30.4时，轧制力几乎不变。当摩擦系数太小，轧件咬人不良，轧辊容易打滑。通过公式T=q，q 为轧制力的一个分力，我们知道轧制力和摩擦力是成正比关系的，摩擦系数对轧件的旋转有明显的影响，要得到相500450400350300250200+F一图2 不同试样力学性能对比Fig.2Comparison of mechanical properties ofdifferent specimens表5试样力学性能对比Table5Comparison of mechanical properties of samples含钒试样试样屈服强/抗拉强/伸长率/屈服强/抗拉强/伸长率/MPaMPa第一组试样316第二组试样332第三组试样328第四组试样279第五组试样310中国矿业同的摩擦力T，摩擦系数大，当然q就小，轧制力相应也就小10 1。根据轧制模型分析，在轧制的变形区内，带钢的速度与轧辊表面的线速度不一致，因此带钢在变形区内受到摩擦力的作用。摩擦会使轧制压力增加，且造成应力分布不均，影响摩擦的因素也非常复杂，影响摩擦的因素很多，本次实验在相同环境下进行，变形区内轧制速度、润滑形式、轧辊表面粗糙度、轧制长度等因素视为恒定，试样自身的粗糙度是影响摩擦力的主要因素，通过试样粗糙度检测，含钒带钢粗糙度略低于不含钒带钢（表3），由于经过高压射流后不含钒试样粗糙度更大，造成变形区内摩擦力增大，轧制力随之增大。3 结 论1）采用钒钛磁铁矿冶炼、轧制的一般冷轧用带钢中如果含有一定量（0.0 0 8%)的钒，该带钢在经过高压射流工序进行表面脱鳞处理时，其表面清洁度比不含钒带钢的清洁度差。2）相同牌号（STW22)的含钒和不含钒的热轧母材经过高压射流表面处理后，经过冷轧压延工序时，含钒热轧带钢比不含钒热轧带钢轧制力略低（3%）。3）含钒带钢、不含钒带钢在冷轧生产线前工序高压射流表面处理和冷轧压延加工过程中的对比差54-1#-Rel/MPa2#-Rel/MPai#-Bm/MIPa521#-Rm/MPa1#-Rm 50一2#-Rel2#-Rml48 1#-Rel1461#-A2#-A 44口42F2F3编号%MPa39344.039344.039344.036645.037845.0第32 卷异，主要是钒微合金对带钢微观组织的影响，使得含钒带钢具有一定的耐磨性、塑性。参考文献1林杨才福，张永权，王瑞珍.钒钢冶金原理与应用M.北京：冶金工业出版社，2 0 12.2孙兵兵，胡高林，耿鹏遥，等.钛冶金用高频耐磨球阀的设计开发J.有色设备，2 0 2 0，34（3）：43-46.4F5不含钒试样MPa%328383323386330383319380276364SUN Bingbing,HU Gaolin,GENG Pengcheng,et al.Designand development of high frequency wear-resistant ball valvefor titanium metallurgyJJ.Nonferrous Metallurgical Equip-ment,2020,34(3):43-46.3贾惟，鲍建勋，张雁南，等.卤化物钙钛矿阳极材料的储锂研究概述J.有色设备，2 0 2 3，37（1）：2 0-2 5.JIA Wei,BAO Jianxun,ZHANG Yannan,et al.Review onlithium storage of halide perovskite anode materialsJJ.Non-ferrous Metallurgical Equipment,2023,37(1):20-25.4周静，刘娇姣.简议异步轧制技术及其应用门.轻合金加工技术,2 0 18,46(4):7-10,14.ZHOU Jing,LIU Jiaojiao.Brief discussion of the 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