宝钢湛江钢铁有限公司
摘要：传统的热轧产线F5机架均使用无限冷硬铸铁轧辊，为提升带钢质量及节约辊耗，各热轧产线均尝试使用更高硬度的高速钢轧辊来寻求突破，而高速钢轧辊轧制稳定性差，当出现轧破粘钢事故时，极易产生裂纹，从而使F5高速钢轧辊使用无法取得突破性进展。湛江2250热轧通过对F5高速钢辊热凸度及磨损摸索，对轧辊热凸度系数、磨损系数调整实践，突破F5高速钢轧辊由于热凸度、磨损值计算不准造成轧制稳定性差、易产生裂纹的难点，使F5高速钢轧辊的使用趋于稳定受控。
关键词：F5机架、高速钢材质、热凸度、磨损
1前言
由于F5高速钢轧辊轧制不稳定，极易产生裂纹，影响使用安全和辊耗损失，目前国内产线均未稳定批量投用F5高速钢轧辊，国内仅有宝钢股份、武钢股份等钢厂在试用阶段，即选择高速钢材质模型投入使用，采用产线原始参数，均未对影响稳定性热凸度、磨损系数做专一调整，由于国内F5高速钢轧辊均处于探索阶段，未见有新材质投用热凸度、磨损优化技术。
而影响F5高速钢辊轧制稳定性，主要为F5高速钢辊热凸度、磨损与普通铸铁辊不同，高速钢辊硬度更高，磨损小，如下图1、图2所示，如系数与铸铁辊一致，实际磨损小，过程就更易产生中浪。同时，高速钢辊较铸铁辊热膨胀量更大，如下图3、图4所示，如使用原始系数，实际膨胀量大，也易产生中浪。
所以轧制过程中如磨损、热凸度与实际轧制过程中不适应，对应的弯辊补偿不匹配，轧制过程易产生边浪、中浪导致轧破粘钢，而高速钢硬度高易产生裂纹，从而制约F5高速钢辊的稳定使用，所以为突破F5高速钢辊稳定性，需重点对热凸度、磨损系数进行适应性调整。
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图1 高速钢辊
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图2铸铁辊
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图3 高速钢辊热凸度
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图4铸铁辊热凸度（红线） 高速钢辊热凸度（蓝线）
2 F5高速钢辊轧制稳定性工艺可行性研究
2.1热凸度
2.1.1热凸度调整方法
高速钢辊与无限冷硬铸铁辊由于材质不同，热膨胀系数也不同，同时轧辊与水的传热系数、轧辊边缘水温等差异，都会导致热凸度出现偏差，从而导致中浪、边浪产生影响轧制稳定性，实际轧制过程就需摸索高速钢实际热凸度与配置文件系数相适应，从而满足稳定轧制。
热凸度=热膨胀系数*升高的辊温，热膨胀系数：每升高1℃膨胀量，取2250高速钢稳定轧制系数13.0*e-6，升高的辊温=轧制温度-上机前辊温。
由于热膨胀系数为金属固有属性，取稳定使用系数13.0*e-6，所以重点对高速钢辊轧辊上下机辊温进行实测，并对系数调整，使计算辊温与实际辊温适应。
2.1.2测量方法
实测轧辊辊温可以用测温笔进行测量，如下图5所示，测量条件：要在轧辊稳定轧制30块带钢后换辊，轧辊中心温度至少＞50℃，最后1块带钢尾部抛钢后第一时间关闭冷却水。
测量实际F5高速钢轧辊下机辊温，上下辊100mm测量一个点。为保证测量温度的精准性，至少需要10分钟的空气冷却时间，对于完整的热凸度优化至少需要10次轧辊辊身温度测量。
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图5
2.2.3计算辊温
计算出的辊温曲线可以离线模，拟储存在SMS图形文TEMP-STAND.SMF中，对应线条为LAY3,对应曲线就显示了对应计算温度曲线。模型计算的曲线如下图6所示：
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图6
2.2.4实测辊温与计算辊温比较
将实测辊温描点连线，与模型计算辊温进行比较，如图7所示：
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图7
2.2.5辊温调整
2.2.5.1参数离线调整实验：
①轧辊中心温度调整：Htc_Water，轧辊与水的传热系数，此参数主要用于轧辊中心温度的调整，如增加计算温度值，需降低参数值。此参数调整范围建议为12000-20000。
②轧辊边部温度调整：BearFrict轴承传热系数，数值越大，轴承受热越大，轧辊边缘辊温越高。此参数建议调整范围为0-50之间调整。
③中心与边缘之间温度调整：DeltaTemp 带钢边缘附加水温，数值越大，温度曲线的陡度越小，此参数调整范围为0-50之间调整。
通过离线实验调整：如发现轧辊实测辊温与计算辊温出现偏差，可通过对轧辊中心、边缘、中心边缘之间系数调整，使计算辊温与实测辊温相适应。从而保证热凸度与实际轧制热凸度相适应。
其余还需关注热凸度其它相关参数：TempAir空气温度即轧辊初始温度、BearFrFac每层径向的摩擦系数。
通过以上方式，即可调试出板形模型F5高速钢热凸度配置文件适应系数。
2.2.5.2 具体模拟数据指导：
配置文件热凸度Htc_Water、BearFrict、DeltaTemp参数与实际计算热凸度值之间关系：可通过模拟离线计算，可以得出参数变化对应轧辊温度变化。模拟计算参数与实际辊温关系如下：
①Htc_Water，通过离线系数模拟，系数设定在12000-20000之间，部分模拟计算如下图8、9：
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图8 Htc_Water参数17000
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图9 Htc_Water参数15000
通过系数模拟统计，Htc_Water参数主要影响轧辊中心温度，Htc系数每增加1000（调整范围：12000-20000），轧辊中心温度下降约2.5℃，如下表1、图10所示，通过此系数调整，保证计算温度与实测轧辊中心温度相适应。
表1
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图10 Htc参数变化对应轧辊中心温度变化
②BearFrict
通过离线系数模拟，BearFrict系数设定在0-50之间，如下图11、图12所示，参数主要影响轧辊边部温度：
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图11 BearFrict 参数30
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图12 BearFrict 参数0
结论：BearFrict参数每增加10，边部辊温上升4℃，下表2、图13所示，通过此系数调整，保证计算温度与实测轧辊边部温度相适应。
表2 辊身温度
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图13 BearFrict参数变化对应轧辊边部温度变化
③DeltaTemp
通过离线系数模拟，DeltaTemp系数设定在0-50之间，如下图14、图15所示，参数主要影响轧辊中心温度与边部温度的斜率，部分模拟计算图如下：
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图14 1200处DeltaTemp系数为40
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图15 1200处DeltaTemp系数为10
结论：在1200处DeltaTemp系数增加，中心温度基本不变，辊身至边部辊温整体下降，系数增加10，边部最低温度上升2.5℃，下降陡度变小，如下表3、图16所示。
表3 辊身温度
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图16 DeltaTemp参数变化对应轧辊温度坡度变化
在实际调试计算参数与实际参数时，可参照上述系数对应温度偏差进行调试，以适应辊身实际温度。
2.2磨损
2.2.1磨损调整基本参数
高速钢材质与无限冷硬材质硬度不同，导致磨损值出现偏差，实际轧制过程需摸索高速钢实际磨损值与配置文件系数相适应，从而满足稳定轧制。
即改进方向：配置文件中针对不同材质存在不同的磨损系数，就需摸索材质变更后新的配置文件磨损系数的适应参数，从而保证产品质量及稳定轧制。
查配置文件磨损系数磨损系数分为：WearFacWrBot、WearFacWrTop 上、下工作辊磨损系数 EdgeFacWrTop、EdgeFacWrBot上下工作辊边部磨损系数。
因此投用新材质由于磨损值发生变化需摸索以上新的试用参数，与实际磨损值相适应。
参数实现通过修改板形模型配置文件CFG.PCFC.WEAR实现：
①WearFacWrTop、WearFacWrBot为上下工作辊磨损系数，有对应的不同的材质chrom-steel、indef、HSS（铬钢、无限冷硬、高速钢）不同的参数。数值越大，表示实际磨损越大。材质变更需进行调整。
②EdgeFacWrTop、WearFacWrBot为带钢边缘区域磨损系数。数值越大，表示实际磨损值越大。EdgeFacWrTop、EdgeFacWrBot表示带钢边缘区域磨损附加增益因子，当值＞1时，表示边部磨损＞中间磨损。比如1.05表示边部磨损比中间磨损高5%。2250热轧下机工作辊中间磨损＞边部磨损，无需调整，如下图17所示。
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图17 2250下机F5工作辊磨损曲线
③ParFacTop、ParFacBot为工作辊磨损轮廓，1为平面磨损轮廓，＞1为凸磨损轮廓，＜1为凹磨损轮廓。可对应输入对应的值。2250热轧选1：平面轮廓。
2.2.2磨损调整方法
①为保证磨损测量精准性，尺寸测量建议从一台磨床上测量，防止不同磨床测量臂测量偏差，导致尺寸不精准。避免由于轧辊裂纹、粘铁等缺陷导致测量尺寸不精准。
优化过程，记录好在线模拟轧制机架的轧制公里数、轧制吨位，使用的材质。然后通过实际测量下机辊形曲线，计算前后辊径差值，得出磨损值，做好记录。
②查出理论计算的磨损值，与实际磨损的偏差，如下图18、图19所示，下步对配置文件磨损系数进行修正，使理论计算与实际磨损相适应。
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图18 模型计算磨损值
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图19 实际测量磨损值
2.2.3磨损系数调整指导
主要通过离线模拟磨损系数，可以得出离线轧辊磨损系数与理论计算磨损值关系（原始值0.000099）：
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图20 轧辊磨损系数对应磨损量
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图21 轧辊磨损系数对应吨钢磨损量
结论：
即高速钢辊磨损系数每增加0.0001,吨钢理论计算磨损量增加0.064um/t。
通过计算理论、实际磨损偏差和实际的轧制量，即可得出优化参数。多次测量取平均值，即可得最优参数。
3 F5高速钢辊轧制稳定性工艺实践
从2019年8月2日开始拓展F5高速钢试制，截止2019年10月14日，2250热轧F5高速钢辊目前已累计使用36次，整体拓展稳定受控，具体使用实践如下：
3.1稳定性调整
F5高速钢试制过程中主要轧制过程中，较铸铁辊轧制主要表现为微中浪，影响轧制稳定性，主要通过轧辊磨损、热凸度调整。
3.1.1热凸度调整
为保证轧制稳定性，最重要是对热凸度调整，使计算热凸度与实际热凸度适应，从而保证其弯辊补偿，控制边浪、中浪产生，保证稳定性。而热凸度调整主要为水冷系数调整，实际跟踪过程中，当水冷系数Htc_Water原始参数16200时，轧制过程主要表现为微中浪，当下降至14700时开始偶尔出现微双边浪，此时计算辊温与实际辊温整体适应，如下图22、23所示。
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图22 水冷系数16200
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图23 水冷系数14200
3.1.2 磨损系数调整
磨损调整主要调整配置文件中磨损系数，使计算磨损系数与实际下机磨损系数相适应，从而消除磨损影响导致浪形产生，通过重复跟踪测量统计，与模型计算对比，实际跟踪磨损系数基本在50*10^-5上下波动，具体调整如下表4所示。
表4
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5.结论
总结F5高速钢辊轧制稳定性工艺及实践结果，输出如下：
F5高速钢辊稳定轧制工艺，主要需对F5热凸度、磨损计算值进行调试，确保其模型计算值与实际值相适应，其中热凸度Htc系数每增加1000（调整范围：12000-20000），轧辊中心计算温度下降约2.5℃；轧辊磨损系数每增加0.0001,吨钢计算磨损量增加0.064
um/t，按此系数调整模型计算值，与实测值对比，可确保其模型计算值与实际值相适应。
当调整热凸度值水冷系数Htc_Water为14200，热凸度计算值与实际值相适应，现场实际轧制情况稳定。
当调整磨损系数为50*10^-5时，磨损计算值与实际值相适应，现场实际轧制情况稳定。
参考文献：
[1]SMS Profile Contour and Flatness Control model,SMS
[2]Profile Contour and Flatness Control model Tuning,SMS