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冷軋帶鋼平整后板面折皺缺陷的分析及控制

摘要：分析退火帶鋼在平整軋制過(guò)程中出現(xiàn)板面折皺缺陷的原因，介紹實(shí)施的控制平整軋制溫度、 優(yōu)化平整軋制工藝、 改造輥系傳動(dòng)方式等措施及其效果。

冷軋平整過(guò)程是決定冷軋產(chǎn)品表面質(zhì)量、機(jī)械性能的關(guān)鍵工序，其目的是采用小變形量（0.3%～3.0%）的軋制消除罩式退火后鋼卷的屈服平臺(tái)，改善帶鋼的板形，調(diào)質(zhì)帶鋼的力學(xué)性能，以獲得良好的后續(xù)加工性能。但在最近生產(chǎn)過(guò)程中，本廠1550mm平整機(jī)組在軋制厚度＞1.0mm 帶鋼時(shí)，鋼卷尾部出現(xiàn)板面折皺缺陷的幾率較高，嚴(yán)重影響冷軋產(chǎn)品的軋制命中率和成材率。因此，本廠組織力量進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)跟蹤分析板面折皺產(chǎn)生的原因，并提出相應(yīng)的解決措施本文進(jìn)行總結(jié)。

退火帶鋼在平整軋制過(guò)程中產(chǎn)生的板面折皺缺陷，橫向貫穿于整個(gè)軋制板面，由中部向兩側(cè)擴(kuò)展且痕跡逐漸變淡。上下表面缺陷表現(xiàn)一致，其形貌類似于振動(dòng)紋，與軋制方向約有90°，呈不規(guī)則橫向條紋分布，缺陷條紋相互交織，無(wú)明顯界限。其紋理類似于“樹(shù)皮”狀，有輕微手感甚至無(wú)手感，肉眼明顯可見(jiàn)。

該缺陷均出現(xiàn)在平整開(kāi)卷的中部至尾部區(qū)域，短則數(shù)十米長(zhǎng)則上百米。并且軋制溫度越高，板面折皺越明顯；帶鋼越厚，軋前開(kāi)卷折印越嚴(yán)重，軋后板面折皺出現(xiàn)的幾率越大。

通常認(rèn)為，板面折皺缺陷是退火后的低碳鋼薄板在生產(chǎn)加工時(shí)，由于局部的突然屈服產(chǎn)生不均勻變形，產(chǎn)生“呂德斯帶”現(xiàn)象， 而在鋼板上下表面產(chǎn)生橫向紋絡(luò)。

據(jù)資料介紹，低碳鋼經(jīng)過(guò)再結(jié)晶退火后有明顯的上下屈服極限，下屈服極限有很長(zhǎng)的屈服平臺(tái)，當(dāng)帶鋼局部受到超過(guò)屈服極限的應(yīng)力時(shí)，便會(huì)出現(xiàn)從彈性區(qū)到塑性區(qū)的突發(fā)轉(zhuǎn)變，既帶鋼所承受的應(yīng)力超出了其彈性極限，因而產(chǎn)生屈服，使帶鋼斷面上產(chǎn)生不均勻和局部流動(dòng)的變形，這時(shí)就會(huì)出現(xiàn)折皺。

（1）原料卷芯質(zhì)量不良。帶鋼冷軋時(shí)，如果帶頭部分板形控制不佳，軋制時(shí)產(chǎn)生較明顯邊浪和中間浪，導(dǎo)致卷取過(guò)程中，寬度方向上應(yīng)力分布不均勻，經(jīng)過(guò)罩式退火爐后應(yīng)力釋放，使卷型狀態(tài)變差尤其是卷芯質(zhì)量變差。在平整開(kāi)卷時(shí)帶鋼明顯左右偏擺，同時(shí)在開(kāi)卷機(jī)芯軸的漲緊力作用下，帶鋼在開(kāi)卷機(jī)扇形塊的邊緣處被擠壓產(chǎn)生產(chǎn)生連續(xù)的橫折印，經(jīng)過(guò)平整軋制后形成折皺缺陷。

（2）退火工藝不當(dāng)。帶鋼在罩式爐中退火時(shí)，如果熱電偶故障、溫度過(guò)高保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、退火時(shí)升溫、降溫速度過(guò)快等會(huì)產(chǎn)生鋼卷層間粘結(jié)現(xiàn)象；如果裝爐前鋼卷端面被機(jī)械損傷以及爐臺(tái)對(duì)流板和終冷臺(tái)對(duì)流板面輻條過(guò)細(xì)等也會(huì)造成鋼卷端面層間粘結(jié)。出現(xiàn)層間粘結(jié)的帶鋼，在平整開(kāi)卷時(shí)，由于粘結(jié)力的影響導(dǎo)致帶鋼不再沿鋼卷切向打開(kāi)，而是產(chǎn)生一定弧度，粘結(jié)力的一部分成為使帶鋼彎折的分力，當(dāng)這一分力超過(guò)帶鋼屈服極限時(shí)，就形成了垂直于帶鋼長(zhǎng)度方向的弧形彎折。

（3）平整軋制溫度。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)跟蹤發(fā)現(xiàn)，夏季生產(chǎn)時(shí)，平整前鋼卷溫度＞45 ℃時(shí)，帶鋼更易產(chǎn)生折皺缺陷，尤其是軋制剛從退火終冷臺(tái)轉(zhuǎn)運(yùn)來(lái)的鋼卷，產(chǎn)生板面折皺的幾率更高。主要原因是鋼卷溫度＞45℃時(shí)，金屬分子比較活躍，帶鋼受到拉力時(shí)很容易從彈性變形區(qū)跳躍到塑性變形區(qū)， 在帶鋼表面產(chǎn)生滑移線，造成帶鋼表面產(chǎn)折皺缺陷。

（4）平整輥系運(yùn)行方面。平整機(jī)組的傳動(dòng)方式設(shè)計(jì)為2臺(tái)600kW的直流電機(jī)通過(guò)減速機(jī)分別傳動(dòng)上下工作輥的形式。這種雙工作輥傳動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)方式穩(wěn)定并且能夠提供較大的軋制力矩，但是對(duì)輥系配輥精度、軋機(jī)裝輥間隙以及傳動(dòng)軸等均要求較高，但對(duì)于整機(jī)利舊改造的設(shè)備而言，因輥系裝配間隙大，輥系不水平、傳動(dòng)系統(tǒng)跳動(dòng)等原因，導(dǎo)致減速軋制時(shí)工作輥產(chǎn)生搓軋現(xiàn)象：①工作輥軸承座被嵌套在彎輥塊內(nèi)，工作輥換輥時(shí)導(dǎo)致其軸承座側(cè)面上下滑塊產(chǎn)生不均勻磨損，上下工作輥裝配在彎輥塊內(nèi)會(huì)出現(xiàn)傾斜和交叉等現(xiàn)象，雙輥傳動(dòng)軋制時(shí)產(chǎn)生搓軋現(xiàn)象。②軋制加速過(guò)程和高速勻速過(guò)程，在軋制力矩的作用下工作輥和支撐輥均向軋制出口方向偏移消除輥系與牌坊間的間隙，傳動(dòng)系統(tǒng)同樣在軋制力矩的作用下消除了機(jī)械間隙，此時(shí)軋制過(guò)程穩(wěn)定，帶鋼表面能獲得較好的表面質(zhì)量。一旦連續(xù)減速軋制或階段性減速軋制時(shí)，傳動(dòng)間隙和輥系裝配間隙等在軋制慣性和軋制力矩減少的作用下被逐漸放大，使輥系運(yùn)行的穩(wěn)定性被打破，輥系產(chǎn)生振動(dòng)和竄動(dòng)現(xiàn)象。

罩式退火爐的生產(chǎn)方式為當(dāng)班出爐至終冷臺(tái)冷卻，次日對(duì)應(yīng)班次結(jié)束冷卻，并將鋼卷轉(zhuǎn)運(yùn)至平整生產(chǎn)。理論上在終冷臺(tái)上風(fēng)冷的時(shí)間為24h， 由于產(chǎn)品規(guī)格及其出爐溫度不一致、當(dāng)班次出爐的具體時(shí)間有差異、終冷臺(tái)上鋼卷組垛不整齊及冷卻風(fēng)向循環(huán)差異、生產(chǎn)環(huán)境溫度等因素的影響， 致使鋼卷在終冷臺(tái)上冷卻效果差異較大。此時(shí)若直接進(jìn)行平整軋制，則將導(dǎo)致鋼卷性能離散度的增加和板面折皺的缺陷等工藝事故的發(fā)生。

因此，需擬定制度規(guī)范平整上料操作，從終冷臺(tái)轉(zhuǎn)運(yùn)至平整的鋼卷， 必須在前庫(kù)放置8～24 h，保證鋼卷熱量由內(nèi)到外的均勻擴(kuò)散，必要時(shí)用風(fēng)機(jī)輔助加速庫(kù)房?jī)?nèi)空氣對(duì)流，以達(dá)到快速降溫的目的。達(dá)到存放時(shí)間的鋼卷，上料時(shí)端面溫度因嚴(yán)格控制在45℃以內(nèi)，而對(duì)于厚度大于1.0mm的鋼卷上料溫度需控制在40℃以內(nèi)。

針對(duì)帶鋼發(fā)生不均勻的屈服變形而產(chǎn)生板面折皺，可通過(guò)增加延伸率設(shè)定值，提高開(kāi)卷、卷取張力以及帶尾采用恒軋制力模式等工藝進(jìn)行抑制或消除，提高帶鋼的表面質(zhì)量。

在軋制溫度、變形量已知的情況下，提高變形速率可通過(guò)提高生產(chǎn)速度來(lái)實(shí)現(xiàn)。實(shí)踐證明，針對(duì)板形、卷型不好等原因而產(chǎn)生開(kāi)卷橫折印時(shí)，在保證安全生產(chǎn)的前提下，采用速度要不低于600m/min的高速軋制，提高加減速的斜率，避免長(zhǎng)時(shí)間的低速軋制，對(duì)控制板面折皺缺陷非常有利。

在原控制模式的基礎(chǔ)上新增下工作輥單輥傳動(dòng)控制程序，使其具備工作輥雙傳動(dòng)和下輥單傳動(dòng)兩種模式。實(shí)踐表明，單輥傳動(dòng)軋制穩(wěn)定，輥系搓軋現(xiàn)象消除，帶鋼表面質(zhì)量要優(yōu)于雙輥傳動(dòng)。

板面折皺產(chǎn)生的原因是多方面的，與平整原料卷的卷形狀態(tài)、軋制溫度以及輥系竄動(dòng)均有較大的關(guān)系，通過(guò)優(yōu)化平整軋制工藝、實(shí)施單輥傳動(dòng)改造、嚴(yán)格控制上料溫度、帶尾采用恒軋制力模式等手段可有效抑制板面折皺的發(fā)生。