時海濤

[摘 要]近年來隨著用戶對帶鋼力學(xué)性能、外形質(zhì)量等方面要求的不斷提高，平整工序的重要性日益凸顯出來。因為在平整工序中既可通過控制平整延伸率來保證帶鋼的力學(xué)性能，又可通過控制板形來保證帶鋼的外形質(zhì)量。在冷軋板帶鋼生產(chǎn)中，板形是審核冷軋板帶材的主要指標之一，本文從帶鋼平整軋制板形控制，帶鋼平整軋制板形控制效應(yīng)，為規(guī)范冷軋帶鋼工藝上生產(chǎn)提供建議。

[關(guān)鍵詞]帶鋼工藝；平整軋制；板形控制；行為模式；效應(yīng)分析

中圖分類號：TG335.5，TG333.7 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2018）34-0036-02

前言

帶鋼經(jīng)冷軋后產(chǎn)生冷塑性變形，存在明顯的冷加工硬化現(xiàn)象和極高的內(nèi)應(yīng)力，為了消除冷加工硬化和內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定組織，改善鋼的性能，要對冷軋后的帶鋼進行退火處理，通常為再結(jié)晶退火。鋼材經(jīng)退火處理后，既可以改善工藝性能，又可以提高使用性能，從而更好地發(fā)揮其性能潛力。冷軋帶鋼經(jīng)過再結(jié)晶退火，消除出工硬化組織，但卻使力學(xué)性能和加工性能變壞。這時帶鋼的應(yīng)力應(yīng)變曲線具有明顯的上屈服極限，并且在下屈服極限出現(xiàn)屈服平臺。而平整能使上屈服極限提高，屈服平臺消失、強度提高。但是，隨著延伸率的增加，帶鋼又會發(fā)生加工硬化，使屈服極限升高。平整道次壓下量很小，只有微米級。用測厚儀幾乎測不出軋機入口、出口側(cè)的帶鋼厚度偏差，因此平整度通常是采用與壓下率成比例的延伸率來表示的，平整生產(chǎn)過程中的工藝質(zhì)量控制就是通過延伸率來進行管理的。平整工序要求對不同用途的帶鋼采用不同的平整延伸率，以達到調(diào)制性能的目的。

鋼板的平整過程不同于拉矯機的拉伸過程，它是在張力和軋制力的聯(lián)合作用下實現(xiàn)的，可以彌合鋼板的初始缺陷，使鋼板中的氣孔彌合，分散縮孔壓實，材料的致密度增加，改善鋼板的力學(xué)性能；而拉矯機是在拉力的作用下實現(xiàn)其延伸，這樣在延伸方向上鋼板的各向異性會增強，不能很好地改善鋼板的力學(xué)性能。另一方面，鋼板在平整的過程中，鋼板表面和平整機工作輥間產(chǎn)生較大的的摩擦力，這樣就使鋼板表面晶粒的剪切變形增大，導(dǎo)致晶粒細小，提高了鋼板的力學(xué)性能。所以說在相同延伸率的情況下，平整機可以較好地提高材料的力學(xué)性能。

1.帶鋼平整軋制板形控制行為

1.1 平整軋制流程

帶鋼平整軋制本身屬于較為復(fù)雜的一項軋制工藝，涉及非線性材料問題，在保證計算精度與計算效率的基礎(chǔ)上，假設(shè)帶鋼平整軋制流程為：首先，需要保障軋制流程垂直、寬度方向的一致性。其次，在平整軋制過程中，為了更好的將在線狀態(tài)模擬出來，需要將其劃分為三部分，頭部穩(wěn)定段、尾部穩(wěn)定段、平整軋制段，具體如下圖1所示。最后，帶鋼材料是連續(xù)的固體介質(zhì)，具備很強的彈塑性。在平整軋制過程中，由于輥縫中帶鋼質(zhì)點沿軋制方向的流動難度較大，質(zhì)點朝著出入口兩個方向流動，因此，不將帶鋼邊部寬度變形考慮在內(nèi)。

1.2 建立軋制流程模型

本文主要討論的是，在帶鋼平整軋制過程中，在板形的生產(chǎn)流程與控制機理，帶鋼寬度的縱向塑性衍生變差會演變?yōu)橄鄳?yīng)的規(guī)律，需要采取有效措施調(diào)控承載輥縫的形狀，并干預(yù)帶鋼厚度的分布。等效承接輥縫形狀，在設(shè)置中是借助剛性輥形曲線實現(xiàn)，其輥形總共有10種。由于模型中存在接觸，線性縮減積分單元能夠能夠很好的承受扭曲變形，因此選擇C3D8R線性縮減積分單元。

1.3 板形控制行為計算

帶鋼平整軋制流程中，板形的控制行為計算公式為：

非飽和狀態(tài)： （1）

飽和狀態(tài)： （2）

上述式子中帶鋼寬度的最大縱向塑性延伸，也是最大板形平坦度缺陷，代表的是鋼寬最大壓下量，代表的是帶鋼最小壓下量，代表的是入口帶鋼的厚度，代表的是帶鋼的屈服強度，代表的是帶鋼的彈性模量。

上述計算式（1）、計算式（2）能夠很好的解釋，與普通的強度相比，本文這類屬于軟質(zhì)帶鋼。在高強度、高強的帶鋼軋制中，板形的偏袒度缺陷會更加明顯。

通過實驗證明，在同一輥形內(nèi)的工作輥，在平整軋制之后，不同屈服強度的帶鋼，在塑性變形上有很大的區(qū)別，寬度方向的縱向塑性延伸差分布也各不相同，導(dǎo)致這一現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是工作輥輥形、帶鋼屈服強度、金屬的塑性流動規(guī)律能夠?qū)⑷叩男ЧC合，在帶鋼產(chǎn)品中，其強化效果與板形控制問題變得更加的明顯，問題因素也逐漸復(fù)雜。

就帶鋼前后工藝張應(yīng)力的影響研究，通過增加張應(yīng)力（前后均包含在內(nèi)），能夠明顯影響帶鋼的寬度與帶鋼的塑性延伸變差。通過不增加前張應(yīng)力，只增加帶鋼的后張應(yīng)力時，會導(dǎo)致帶鋼邊部的塑性延伸降低。若是后張應(yīng)力不變，只增加前張應(yīng)力，帶鋼邊部的縱向塑性延伸變差也會逐漸降低。由此可見，在輥形壓下量的不均勻度超過規(guī)定范圍，且?guī)т撍苄宰冃翁幱陲柡蜖顟B(tài)，通過增加前（后）工藝張應(yīng)力，能夠促使帶鋼邊部的縱向塑性延伸應(yīng)變差降低。

2.帶鋼平整軋制板形控制效應(yīng)

在平整壓制過程中，帶鋼的極限縱向塑性延伸變差這一問題是客觀存在，同時偏差與屈服強度呈正比關(guān)系，其數(shù)值基本上與近似。簡單而言，就是帶鋼屈服強度越高，不均勻塑性的變形也會越大，若是極限縱向出現(xiàn)塑性延伸，則產(chǎn)生的變差會影響板形的平坦性，導(dǎo)致板形存在著較大的缺陷。這也就說明了在高強、超強度的帶鋼軋制中，很容易出現(xiàn)板形缺陷，其中軋制后的帶鋼板形缺陷尤為嚴重，導(dǎo)致缺陷存在的原因也極其復(fù)雜。

在平整軋制過程中帶鋼塑性變形狀態(tài)也會因為壓下量，呈現(xiàn)不均勻分布的情況，且存在兩種現(xiàn)象，第一，板形調(diào)控有效狀態(tài)，第二，板形調(diào)控飽和狀態(tài)，這兩種情況均是板帶軋制過程中客觀存在的問題，能夠有效反應(yīng)板形屈服強度與控制手段與控制行為的影響，同時能夠證明板形效應(yīng)，針對高強、超強度的帶鋼軋制流程難控制這里也給予了解釋。

在平整軋制過程中，不考慮大綱邊部的寬度變形，工作輥彈性變形的情況，需要將帶鋼寬度的壓下量不均勻分布控制在一定范圍內(nèi)。在此過程中壓下量的分布直接與帶鋼的寬度方向呈因果關(guān)系，這也是板形調(diào)控的有效狀態(tài)之一。若是壓下量的分布在一定范圍內(nèi)，壓下量的分布不能在改變帶鋼寬向、縱向的分布變差，則板形的調(diào)控就處于飽和狀態(tài)。在帶鋼寬度的壓下量分布不斷加劇時，帶鋼寬的縱向度也會不斷增加。針對這類情況的板形調(diào)控，需要提升帶鋼屈服度，以此降低弱化現(xiàn)象的存在。

在平整軋制過程中，不將帶鋼邊部的寬度變形、工作輥的變形考慮在內(nèi)，若是帶鋼的塑性變形處于可調(diào)控的狀態(tài)，帶鋼受到的名義壓下量、工藝張應(yīng)力對出口鋼的寬度影響、塑性延伸變差影響較小。若是帶鋼的塑性變形處于調(diào)控飽和狀態(tài)，帶鋼的名義壓下量，工藝張應(yīng)力對出口帶鋼的縱向塑性、延伸變差有一定的影響，會使得帶鋼邊部的縱向塑性延伸變差得到控制，相比之間有相對的減少，能夠很好的改善板形。

3.干平整與濕平整

干平整是一種傳統(tǒng)的平整方法，帶鋼在平整時不加潤滑劑。

濕平整工藝是在60年代偶然提出來的。其基本原理就是在平整過程中，從平整機入口向帶鋼上下兩面的輥縫處噴灑平整劑，濕潤帶鋼及軋輥表面。在平整機出口又設(shè)有噴射壓縮空氣的噴嘴用以吹除帶鋼表面的平整劑，使帶鋼表面保持干燥，并有排霧系統(tǒng)將揮發(fā)出來的廢氣吸除。通常將水溶性或油溶性防銹劑作為平整液使用，可以達到以下目的：在單機架平整機中確保延伸率；和干平整相比，不容易由于雜質(zhì)壓入、粘著而造成輥痕等缺陷；使平整后的帶鋼容易進行防銹處理；改善帶鋼的板形。圖1.3給出了單機架平整不同板厚帶材時的平整力。表1.1對干平整和混平整效果進行了比較。為了改善平整液的使用性能，世界各國進行了大量的研究。德國Quaker公司研制了單機架平整機用Qwer1N82-06，N272以及N506等系列產(chǎn)品。國內(nèi)第一代平整液PTA-N2也已投入使用，基本滿足了對帶鋼清洗、防銹的要求。使用平整液時應(yīng)有適當?shù)膰娚浣?，以兼顧對工作輥輥面和帶鋼表面的清洗作用，同時也可以減少或控制由支撐輥帶到出口側(cè)的平整液量。在平整機上設(shè)置了流量自動調(diào)節(jié)功能，可對平整液的流量進行自動調(diào)節(jié)和控制。可根據(jù)平整度來決定平整液流量的大小，操作人員可根據(jù)帶鋼表面狀況進行人工干預(yù)。

濕平整的優(yōu)點：

（1）能延長工作輥和支撐輥使用壽命，減少更換工作輥次數(shù)，進而可以提高機組的作業(yè)率；

（2）對于相同的品種、規(guī)格的帶鋼采用相同的平整度，可降低軋制壓力，減少能耗；

（3）由于軋制力降低，摩擦力減少，軋輥磨損小且撓度小，因而可使用小凸度的輥型；

（4）清洗軋輥及帶鋼表面使成品帶鋼表面光潔；

（5）改善帶鋼的板形和機械性能；

（6）消除屈服平臺，傳遞一定的粗糙度；

（7）增強帶鋼的防銹性能。

濕平整的缺點：

（1）軋輥表面的粗糙度不能直接壓到帶鋼表面；

（2）用濕平整加工的帶鋼涂漆性能較差；

（3）平整液的潤滑作用使延伸率加大，因而不適于平整延伸率小的帶鋼；

（4）帶鋼表面殘留的濕平整液往往吹不干凈，導(dǎo)致帶鋼產(chǎn)生銹蝕、黃墨等

4.結(jié)束語

通過本文上述的分析闡述能夠得知，基于非線性軟件的基礎(chǔ)上，進行平整軋制流程模擬，通過借助剛性輥形的變化，模擬平整軋制帶鋼度的寬度方向，能夠促使壓下量呈現(xiàn)不同的分布，通過深入研究板形控制的行為與板形控制的效果，能夠發(fā)現(xiàn)高強、超強度的帶鋼軋制流程中板形很難控制，存在著很多的缺陷，通過增加壓下量、工藝張應(yīng)力能夠有效降低延伸量，在此基礎(chǔ)上達到改善板形效果的目的。

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