冷軋帶鋼產(chǎn)品板形質(zhì)量缺陷的分析與控制

劉 濤

（邯鋼品質(zhì)部用戶服務(wù)中心，河北 邯鄲 056000）

隨著我國(guó)加工制造業(yè)的快速發(fā)展，市場(chǎng)上對(duì)于各種規(guī)格高品質(zhì)帶鋼產(chǎn)品的需求量越來越大。冷軋板帶及汽車板、家電板等深加工產(chǎn)品已成為鋼鐵企業(yè)當(dāng)前主要的利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)，各鋼鐵企業(yè)圍繞提高冷軋產(chǎn)品質(zhì)量開展了一系列的技術(shù)研發(fā)和質(zhì)量改進(jìn)，以滿足市場(chǎng)客戶不斷提高的要求。冷軋帶鋼產(chǎn)品生產(chǎn)工序較多、工藝控制復(fù)雜、質(zhì)量影響因素較多，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都有可能導(dǎo)致產(chǎn)品的質(zhì)量缺陷。在冷軋產(chǎn)品中，板形質(zhì)量缺陷是比較顯著，也是客戶反映比較多的質(zhì)量問題。冷軋帶鋼常見的板形缺陷有褶皺、浪行、瓢曲等，其缺陷問題的產(chǎn)生與加工原料、軋制過程等都有密切的關(guān)系。通過對(duì)缺陷產(chǎn)生原因的分析和對(duì)生產(chǎn)工藝的調(diào)整可以有效消除上述質(zhì)量缺陷問題，提高客戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的滿意度。本文對(duì)此進(jìn)行了探討。

1 冷軋帶鋼的板形控制

冷軋是常溫條件下，利用冷軋機(jī)按照一定的規(guī)格尺寸對(duì)鋼板、熱軋帶鋼等進(jìn)行的軋制加工。因此，作為一種物理式的加工方式，帶鋼的板形質(zhì)量缺陷主要來自于軋件的機(jī)械性能，以及軋制加工的各項(xiàng)參數(shù)。冷軋生產(chǎn)中由于各種原因造成的板帶橫斷面形狀和平直度不良問題，均可歸結(jié)為帶鋼的板形缺陷。板帶橫斷面形狀是指寬度方向上板帶厚度的分布規(guī)律，由于冷軋時(shí)壓扁變形遠(yuǎn)小于軋輥彎曲撓度，因此對(duì)于帶鋼橫斷面形狀通常以凸度作為其描述特征和控制對(duì)象；平直度主要是指帶鋼翹曲，包括板帶各種浪形，在軋制時(shí)應(yīng)盡量排除。各種浪形的均會(huì)對(duì)板帶的后期加工性能帶來影響。而板形控制的目的就是要嚴(yán)格保證凸度和平直度這兩項(xiàng)指標(biāo)，保證軋材長(zhǎng)度方向的平直和橫向厚度的均勻。軋制生產(chǎn)時(shí)，保證視在板形和潛在板形的尺寸誤差都在允許范圍內(nèi)。在冷軋生產(chǎn)中，軋輥的熱膨脹、磨損、受力變形以及輥縫形狀、開度等，都可能導(dǎo)致板形缺陷。因此帶鋼板形問題也是多種因素綜合作用的結(jié)果。通過對(duì)輥縫間隙、輥形、軋輥應(yīng)力分布等參數(shù)的調(diào)整，可使帶鋼平直度和凸度得到有效改善。

2 冷軋帶鋼產(chǎn)品常見的板形缺陷與原因分析

帶鋼板形主要包括板帶的平直度和凸度，因各種原因造成的平直度和凸度不良，均可被視為帶鋼的板形缺陷。根據(jù)缺陷部位的不同，板形缺陷主要可分為：邊浪、中間浪、肋浪、復(fù)合浪等。并且各種缺陷問題的成因也有所不同。根據(jù)缺陷位置和形態(tài)的不同，板形缺陷主要可分為：中間浪、肋浪、邊浪、復(fù)合浪等。無論哪種板形缺陷，其成因都主要來自于板寬方向上各縱向纖維的不均勻延展。一定程度內(nèi)的拉伸不會(huì)產(chǎn)生板形問題，而當(dāng)壓力超過某一臨界值時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生不同形式的屈曲，導(dǎo)致各種板形缺陷問題。

2.1 邊浪

邊浪是分布在帶鋼單邊或是雙邊的不均勻凸起。表現(xiàn)為帶鋼邊部凸起部位延伸大于中部，導(dǎo)致帶鋼在邊部縱向方向上高低不平。邊浪缺陷表現(xiàn)為帶鋼一邊或二邊延伸大于中部延伸，導(dǎo)致帶鋼在邊部和在縱向上出現(xiàn)的高低不平，邊部出現(xiàn)不均勻凸起的情況。根據(jù)邊浪產(chǎn)生部位的分布，其缺陷還可分為單邊浪和雙邊浪。無論是單邊浪還是雙邊浪，其缺陷問題都與軋制過程有關(guān)。其中單邊浪的原因主要有以下：①熱軋料板板形凸度不良，料板存在的較為嚴(yán)重的邊浪問題在冷軋工序時(shí)難以消除；②軋制時(shí)軋制力控制不良，兩側(cè)軋制力相差過大，而軋制力較小的一側(cè)則會(huì)出現(xiàn)較大的凸起形成邊部浪行；③軋機(jī)在軋制和穿帶時(shí)由于由于傾斜值調(diào)整不當(dāng)而導(dǎo)致的一側(cè)偏軋；④由于軋輥或是帶鋼兩側(cè)溫度相差較大，導(dǎo)致帶鋼兩側(cè)熱凸度變形不同和軋制力分配不同，繼而導(dǎo)致單側(cè)邊浪。

雙邊浪則是同時(shí)發(fā)生于帶鋼兩側(cè)的不均勻凸起。其形成原因主要有以下：①彎輥控制不當(dāng)。彎輥控制是通過外加彎矩作用以達(dá)到調(diào)節(jié)工作輥輥縫目的的一種工藝操作方式。如果正負(fù)彎輥力調(diào)節(jié)不當(dāng)?shù)脑挘瑒t會(huì)導(dǎo)致兩側(cè)軋制力分布不均，繼而引起雙邊浪缺陷；②軋制力過大，導(dǎo)致帶鋼鐵質(zhì)向兩側(cè)擠壓繼而形成雙邊浪。由此而形成的比較嚴(yán)重雙邊浪缺陷通過調(diào)節(jié)彎輥力是無法消除的；③軋輥輥形不良，工作輥凸度值過小，導(dǎo)致帶鋼邊部壓下量過大，繼而形成雙邊浪。

2.2 中間浪

中間浪是帶鋼中間部位出現(xiàn)的凸起，是由于帶鋼中部延伸大于邊部延伸而形成的。形成中間浪的原因：①冷軋帶材原料缺陷，本身就存在嚴(yán)重的中間浪形，在后續(xù)的冷軋生產(chǎn)中即使通過調(diào)節(jié)彎輥力和增加壓下量也無法將其消除；②軋制時(shí)由于正彎輥力過大，使帶鋼中部出現(xiàn)較大的延伸，形成中間浪；③工作輥輥型不良，凸度過大，致使帶鋼中部承受較大的軋制力和出現(xiàn)較大的延伸，繼而形成中間浪；④軋輥中部過熱的話也有可能導(dǎo)致工作輥凸度增大，形成中間浪。其形成機(jī)理與工作輥輥型不良而引起的中間浪相似。

2.3 肋部浪形

肋部浪形是指出現(xiàn)在帶鋼橫向上中間與邊部之間部位的浪形缺陷，一般又稱為四分之一浪。肋部浪形產(chǎn)生的原因主要與工作輥的磨損變形有關(guān)。是出現(xiàn)在帶鋼橫向板寬約四分之一范圍內(nèi)的浪形。肋浪出現(xiàn)的主要原因：①工作輥在長(zhǎng)時(shí)間的軋制作業(yè)后，輥面會(huì)出現(xiàn)局部不均勻的磨損。軋制時(shí)，磨損部位的軋制力以及帶鋼對(duì)應(yīng)位置的延展度都會(huì)小于其它部位，繼而在該部位出現(xiàn)浪形；②中間輥抽動(dòng)值偏大；③工作輥冷卻不均，工作輥各部位特別是肋部凸度變化較大，導(dǎo)致該部位延展較大形成肋部浪形。

2.4 復(fù)合浪

復(fù)合浪是以上幾種浪形有兩種以上同時(shí)出現(xiàn)的情況。其原因主要與軋輥表面質(zhì)量缺陷有關(guān)。①軋制前沒有對(duì)軋輥進(jìn)行升溫預(yù)熱，導(dǎo)致軋輥在軋制時(shí)因受熱不均而出現(xiàn)不均勻的熱膨脹變形以及不規(guī)則的凸度變化，也必然會(huì)導(dǎo)致帶鋼出現(xiàn)各種板形質(zhì)量問題。②軋輥軋制力過大，與帶鋼表面接觸時(shí)導(dǎo)致接觸面出現(xiàn)不均勻磨損而出現(xiàn)浪形。

3 帶鋼板形控制的技術(shù)措施

帶鋼板形是評(píng)價(jià)其外觀質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，板形平直、凸度均勻是高精度、高品質(zhì)帶鋼板形的重要特征。冷軋帶鋼優(yōu)良的板形對(duì)于其后續(xù)的剪切加工等有著很大的影響，而且無法改善。因此，冷軋環(huán)節(jié)必須要對(duì)板形進(jìn)行控制，保證其具有良好的平直度和凸度。板形控制是冷軋機(jī)組的核心技術(shù)，主要是利用由自動(dòng)板形控制系統(tǒng)（AFC）、液壓自動(dòng)厚度控制系統(tǒng)（AGC）等組成的自動(dòng)控制系統(tǒng)，通過對(duì)軋輥壓下量、輥縫等工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)，以及溫度、軋輥凸度等不確定因素影響下對(duì)軋制力的精確補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)對(duì)帶鋼板形的精確控制。通過對(duì)帶鋼軋制過程和缺陷產(chǎn)生機(jī)理的分析可知，造成板形缺陷的生產(chǎn)工藝因素主要包括：熱軋?jiān)习逍稳毕荨澼伭φ{(diào)節(jié)不當(dāng)、軋輥與軋件相對(duì)位置不正、軋輥磨損及凸度不均勻。通過對(duì)各種板形缺陷的原因分析可知，造成板形缺陷的生產(chǎn)工藝因素主要包括：原料板形缺陷、彎輥力調(diào)整不當(dāng)、軋輥位置不正、軋輥不均勻磨損、軋輥預(yù)熱及冷卻不良等。可采取以下措施來控制和消除板形缺陷。

3.1 保證原料板板形質(zhì)量

相對(duì)于熱軋來說，冷軋對(duì)于板形的影響和改善更為有限。因此，如果熱軋?jiān)习宕嬖谳^大的板形缺陷的話，在冷軋生產(chǎn)環(huán)節(jié)是很難對(duì)其進(jìn)行彌補(bǔ)和矯正的。原料板中存在的板形缺陷也會(huì)留在冷軋產(chǎn)品上。因此，嚴(yán)格把控來料的板形質(zhì)量對(duì)于后續(xù)的冷軋加工來說至關(guān)重要。應(yīng)加強(qiáng)對(duì)原料板的質(zhì)量檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)原料板存在高度超過20mm的浪形缺陷時(shí)，應(yīng)及時(shí)封存停用；同時(shí)與熱軋工段聯(lián)系，查找原料板板形缺陷的原因，從原材料環(huán)節(jié)消除對(duì)冷軋板帶質(zhì)量的影響。

3.2 選擇凸度值合理的軋輥

凸度值是影響帶鋼板形的重要因素，在很大程度上影響著軋機(jī)的實(shí)際輥縫；因而也在很大程度上決定了軋制后帶鋼橫斷面的形狀和厚度。如果是凸度值較小或是為零的平輥，軋制時(shí)由于帶鋼對(duì)軋輥的反作用力，軋輥輥面會(huì)產(chǎn)生一定的彈性形變，在中間部位形成凹陷狀的輥縫輥形。在這種輥縫輥形條件影響下，軋制出的帶鋼也必然會(huì)隨輥面形態(tài)，呈現(xiàn)出中間厚、兩側(cè)薄的板形，導(dǎo)致板帶浪形缺陷。因此，冷軋生產(chǎn)在選擇軋輥時(shí)，一定要選擇具有一定凸度值的軋輥，以抵消和緩解軋制時(shí)軋輥可能發(fā)生的彈性形變。而選擇原始工作輥時(shí)，其輥凸度值也并非是越大越好，應(yīng)以正常生產(chǎn)條件下輥身溫度、輥身磨損和軋制力變化為基準(zhǔn)，保證其凸度值與所產(chǎn)生的彈性形變處在相對(duì)平衡的狀態(tài)。再通過自動(dòng)控制系統(tǒng)的各種補(bǔ)償功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)軋件外形質(zhì)量的精確控制。如果軋輥凸度值過大的話，則可能導(dǎo)致軋件在巨大的軋制力下發(fā)生橫向竄動(dòng)和偏軋；嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致板形缺陷甚至是斷帶事故。

3.3 通過軋輥預(yù)熱合理調(diào)節(jié)軋輥的熱凸度

軋輥在軋制時(shí)必然會(huì)因溫度升高而發(fā)生膨脹，使軋輥凸度值增加繼而影響板形。由此而形成的軋輥凸度變化稱之為軋輥的熱凸度。生產(chǎn)實(shí)踐表明，軋輥熱凸度變化在復(fù)雜的溫度和壓力影響下是非常不均勻的，一般是中間部位溫度高、熱凸度大；而兩端的溫度和熱凸度變化較小。使得軋輥中部與邊部出現(xiàn)比較明顯的熱膨脹差，這也必然會(huì)對(duì)帶鋼板形造成影響。為了減少因熱凸度值不均勻而導(dǎo)致的板形缺陷，需要在軋制前對(duì)軋輥進(jìn)行均勻的預(yù)熱，使其熱凸度值均勻變化。軋輥預(yù)熱時(shí)需要制定合理的熱輥制度，保證輥面能夠較為均勻地加熱至相應(yīng)溫度；再就是通過噴射乳化液來保證熱輥的均勻性。

3.4 調(diào)整液壓彎輥

調(diào)整彎輥力是改善輥形的較為立竿見影的措施之一。為了抵消巨大軋制力及其反作用力影響下軋輥的彎曲變形，要調(diào)節(jié)液壓彎輥對(duì)軋制時(shí)軋輥出現(xiàn)的彈性彎曲變形進(jìn)行補(bǔ)償。具體如何補(bǔ)償調(diào)節(jié)，則要視帶鋼浪形出現(xiàn)的位置來確定。通過改變輥縫形態(tài)和調(diào)整彎輥量予以調(diào)節(jié)。

3.5 建立合理的換輥制度

軋輥?zhàn)鳛榕c帶鋼直接接觸的部件，在長(zhǎng)時(shí)間的軋制生產(chǎn)中，其輥面磨損也是非常嚴(yán)重的。使用時(shí)間越長(zhǎng)、軋件硬度越高、軋制力越大，則輥面的磨損越嚴(yán)重。其磨損部位也會(huì)反映在帶鋼表面，形成表面的質(zhì)量缺陷。因此，需要根據(jù)生產(chǎn)情況建立合理的換輥制度。根據(jù)軋件的規(guī)格、硬度等特征；并視輥面的磨損情況制定合理的換輥周期，以此來改善板形和減少板形缺陷。

4 結(jié)語

冷軋產(chǎn)品的板形缺陷問題主要來自于原料板和軋制過程。通過控制原料板質(zhì)量、調(diào)整彎輥力和嚴(yán)格執(zhí)行熱輥、換輥制度，可使這些板形缺陷問題得到有效矯正。冷軋帶鋼板形缺陷是可以通過改善工藝操作予以控制和消除的，主要措施包括控制原料板形、調(diào)整液壓彎輥、調(diào)整軋輥熱凸度、改變道次壓下率等等。而液壓AGC等自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用，更是進(jìn)一步提高了板形控制的精確度，有效保證了冷軋產(chǎn)品的板形質(zhì)量。通過優(yōu)化調(diào)整工藝參數(shù)，建立控制模型，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)冷軋帶鋼板形的良好控制，保證冷軋產(chǎn)品的板形質(zhì)量，為企業(yè)贏得了市場(chǎng)客戶的好評(píng)。