汽車鋼冷連軋軋機張力控制優化

陳苗苗

【摘 要】軋制張力是冷軋過程中的一個重要參數，不僅影響冷軋軋制規程的制定，更是軋制穩定的一個必要條件。合理調節軋制張力，不僅可以改善板形，降低軋機負荷，同時還可以通過調整張力改變帶鋼的前滑量，防止打滑跑偏事故的發生。邯寶冷軋廠于2010年6月投產，投產以來，由于張力控制不當，軋制過程中經常出現帶鋼跑偏和軋裂事故。為了提高酸軋機組軋制穩定性，邯寶冷軋廠在對汽車用鋼應力—應變曲線進行研究的基礎上，不斷優化機架間張力系數，帶鋼跑偏軋裂事故明顯減少。

【關鍵詞】汽車；鋼冷連軋軋機；張力控制；分析

1導言

經對剝落輥的宏觀剝落形貌、化學成分、顯微組織的分析，結合剝落輥的使用和磨削記錄，可以得出該軋輥的剝落是由于前期軋制事故造成的表面裂紋未完全消除所致，軋輥帶表面裂紋上機使用過程中，裂紋進一步擴展直至剝落；為避免該類問題的再次發生，需在軋輥檢測設備機理、渦流門檻值設定、事故輥處置等方面做更多的工作。

2冷連軋生產工藝

冷連軋是用熱軋鋼卷為原料，經酸洗去除氧化皮。其成品為軋硬卷，由于連續冷變形的冷作硬化使軋硬卷的強度、硬度上升、韌塑指標下降，因此沖壓性能將惡化，只能用于簡單變形的零件。軋硬卷可作為熱鍍鋅廠的原料，因為熱鍍鋅機組均設置有退火線。一般冷連軋板、卷均應經過連續退火（CAPL機組）或罩式爐退火消除冷軋硬化及軋年應力，達到相應標準規定的力學性能指標。冷軋鋼板的表面質量、外觀、尺寸精度均優于熱軋板，且其產品厚度可薄至0.18MM左右。以軋鋼卷為基板進行產品的深加工，成為高附加值產品。如電鍍鋅、熱鍍鋅、而指紋電鍍鋅、彩涂鋼板卷及減振復合鋼板、PVC復膜鋼等，使這些產品具有美觀、高抗腐蝕等優良品質。冷連軋帶鋼生產包括：酸洗、冷軋、脫脂、退火、平整、精整、鍍涂層等工序，是軋鋼領域生產效率最高、自動化控制最完善的生產部門，代表了軋鋼技術的最高水平。我國冷軋帶鋼生產線的改造與新建已陸續展開。因此，有必要對當前國內外冷連軋先進生產技術進行了解，希望能夠對我國冷連軋技術發展起到推進作用。

3冷連軋生產

3.1連軋機組的構成

世界第1套冷連軋機組于1924年在美國建成，形式為四輥3機架。以后為軋制更薄的帶鋼，出現了4機架、5機架冷連軋機組。20世紀60年代，美國楊斯頓板管公司為了生產0.1mm以下的鍍錫板，建成了世界第1套6機架冷連軋機組。之后，日本和德國也裝備了6機架冷連軋機組。實際生產表明，6機架冷連軋機組所生產的薄板，退火后其力學性能不如二次冷軋的效果好。故目前新建或改造的冷連軋生產線基本上以4機架和5機架為主。現代化冷連軋機組以四輥或六輥軋機構成，生產速度超過1000m/min。日本川崎制鐵千葉2號冷連軋生產線生產速度超過2800m/min，是世界上軋制速度最快的機組之一。

3.2帶鋼的全連續生產

1971年日本鋼管福山廠首先進行鋼卷焊接后的連續軋制。連續軋制與單卷穿帶軋制相比，加減速過渡階段減少，穩態軋制過程增加。無論是否進行前后卷動態變規格，軋制力等工藝參數的波動及帶鋼的厚度偏差都優于單卷軋制。目前，冷連軋生產發展到將不同生產工序連接起來，構成聯合生產線進行生產。包括：酸洗-冷連軋聯合生產，冷連軋-連續退火聯合生產，酸洗-冷連軋-連續退火聯合生產。在聯合生產線中，冷連軋與連續退火聯合生產的難度較大，除1982年日本新日鐵廣廠建成的聯合生產線外，還未見其他報道。目前，新建和改造的冷連軋生產線大多采用酸洗-冷連軋聯合生產線。

3.3雙機架可逆冷軋工藝

隨著薄板坯連鑄連軋技術的廣泛應用，熱軋薄帶鋼的產品厚度達0.8mm。為了適應薄規格熱軋原料卷的特點，一種雙機架可逆式冷軋機出現并得到應用。冷軋帶鋼生產主要有2種形式：單機架可逆軋機及多機架連軋機組。單機架可逆軋機受到產量的限制，通常在35萬t/a以下，若生產0.3mm以下鍍錫板，產量一般在10萬t/a左右。連軋機組產量只有在100萬t/a以上才有較高的生產效率（不包括以鍍錫板生產為主的冷軋機·組）。而雙機架可逆冷軋機可以填補兩者之間的空缺，適于薄板坯連鑄連軋生產線產品的冷軋生產。雙機架可逆冷軋機用于生產薄規格冷軋板和鍍錫板，最大產量可達100萬t/a，最大生產速度可達1600m/min。雙機架可逆冷軋機生產靈活，可以進行2、4、6道次軋制，可以兼用冷軋機和平整機，既可保證產量，又可實現多品種、多規格、小批量生產。與單機架可逆冷軋機和連軋機組相比，雙機架冷軋從產量、設備投資、生產成本等綜合指標上均具有較強的市場競爭優勢。

4張力的分類和作用

張力分為前張力和后張力，一般力的方向與軋制方向相同稱為前張力，反之稱為后張力。前、后張力對軋制的影響不同，在變形區內，帶鋼從入口至出口逐漸受到壓縮。中性面前，帶鋼主要受到后張力的影響，也是主要的變形區，中性面之后受到前張力的影響。前、后張力均能夠降低軋制負荷，降低軋制力。后張力使前滑減小，前張力使前滑增加，前、后張力同時增加，軋制力會明顯降低，且后張力對降低軋制力效果較前張力更加明顯。若一味增加后張力，會導致整個變形區全部成為后滑區，使軋機打滑，破壞軋制的穩定性。在連軋機中，前機架的前張力為下一機架的后張力，因此一定要合理設定前、后張力，才能確保軋制的穩定運行。

5 冷連軋機組張力設定的優化

5.1機架間張力的優化

在實際生產中，由于軋制工況的不同，帶鋼的屈服極限強度與試驗數據誤差比較大，因此確定帶鋼在實際工況下道次軋制后的屈服強度是張力設定的關鍵。在冷軋機組二級系統中設定單位張力過程中，首先需要在一級系統中輸入加工應變原始曲線和原始數據，從而可以得出鋼種的張力系數。在軋制模型中，系統會根據實際軋制力記錄自學習后的實際應力—應變曲線。因此可以根據系統自學習記錄的真實強度，設定優化機架間張力。在2016年生產中，該機組多次出現HC250IF帶鋼機架間軋裂、跑偏以及HC340/590DP一機架后帶鋼跑偏事故。查詢系統自學習的應力—應變曲線，發現HC250IF真實強度遠高于1級設定強度，因此將該鋼種各個機架的張力系數提高。

5.2軋機入口張力的確定

軋機入口張力除了與帶鋼本身的強度有關外，還與軋機入口張力輥電機能力有關，所以入口張力受到電機能力的限制，部分鋼種無法達到模擬計算值。邯寶冷軋酸軋機組軋機入口張力上限值為300k N，實際總張力一般不超過260kN。

5.3卷曲張力的確定

卷曲張力與軋機出口板型控制系統、AGC控制系統以及硬芯卷曲系統有關。如果出口張力設定太大，會造成鋼卷在罩式退火時粘鋼；如果卷曲張力太小，會造成塌芯、錯層、塔形等質量缺陷。

6結論

冷連軋機組張力參數的設定與原料鋼種和機架壓下率有關。根據不同鋼種的加工應力-應變曲線以及該機架的壓下率，設定合適的張力，才能確保軋制穩定性。在實際生產中，同一鋼種在不同的工況下，應力-應變曲線與試驗數據有較大誤差，因此設定機架間帶鋼張力也需要不斷根據前期軋制所計算的真實軋制力，去反推帶鋼在實際工況下的應力-應變曲線，從而不斷優化張力參數。

參考文獻：

[1]陳金山，王君，岑一鳴，付博.1750mm冷連軋精沖鋼的連續退火工藝[J].中國冶金，2016，26（03）：7-12.

[2]鄧飛.X射線測厚儀在安鋼冷連軋中的應用[J].山東工業技術，2016（06）：13.

[3]王崇云，王海龍，袁淑玉.硅鋼冷連軋活套設備安裝新技術[J].安裝，2015（07）：35-38.

[4]王海龍，袁淑玉.硅鋼冷連軋軋機牌坊吊裝技術[J].安裝，2015（06）：43-46.

[5]陳金山，李長生，付博.精沖帶鋼冷連軋生產過程的卷取分析[J].中國冶金，2015，25（05）：1-5+35.

[6].世界最先進硅鋼冷連軋酸軋線太鋼建成投運[J].科技創新與生產力，2014（05）：72.

（作者單位：河鋼集團邯鋼公司冷軋廠）