高強汽車大梁鋼平整板形控制

王福良　張勇

摘 要：基于ESP生產線的熱軋700 MPa高強汽車大梁鋼，厚度范圍為1.2～3.0 mm的產品，在平整線板形矯正難度極大。根據熱軋高強帶鋼的產品特點，通過精確優化平整輥輥形、支撐輥輥形、拉矯機參數等，使高強鋼板形得到有效控制。

關鍵詞：高強鋼；板形；控制

HIGH-STRENGTH AUTOMOBILE GIRDER STEEL FLAT PLATE SHAPE CONTROL

Wang Fuliang? ? Zhang Yong

（Rizhao Iron ＆ Steel Co.， Ltd.? ? Rizhao? ? 276806，China）

Abstract：Based on ESP production line， hot rolled 700 Mpa high strength automotive girder steel with thickness range of 1.2-3.0 mm is extremely difficult to correct the flat line plate shape. According to the product characteristics of hot rolled high strength strip， by accurately optimizing the shape of the flat roll， the shape of the supporting roll and the pulling machine， the shape of the high strength steel plate is effectively controlled.

Key words：high-strength steel; plate shape; control

0? ? 引? ? 言

700 MPa系列汽車大梁鋼作為某鋼廠ESP生產線重點產品，于2019年度迅速上量面向市場。作為車輛配件用高強鋼，其對板形的要求很高，高強平整線即為ESP生產線生產高強鋼的配套平整產線，用于改善熱軋高強鋼板形差問題。由于熱軋高強度板來料內應力大、板形及斷面質量差，平整后邊浪嚴重，很難滿足產品質量的要求。本文根據熱軋高強帶鋼的產品特點，通過精確優化平整輥輥形、支撐輥輥形、拉矯機參數等，使高強鋼板形得到有效控制。

1? ? 產線工藝介紹

高強平整線設計主要工藝設備為四輥上下支撐輥傳動式平整機（圖1）、兩彎一矯式張力拉矯機（圖2）。通過對熱軋帶鋼施以0.5%～2%左右延伸的小變形，以改善帶鋼板形，實現熱軋連續平整。

平整工藝能夠在一定程度上降低熱軋產品的殘余應力，進而改善板形，這主要是基于摩擦機制和延伸率機制。在軋制、平整過程中，由于軋輥與帶鋼之間的摩擦作用，使帶鋼在厚度方向上產生不均勻變形，加工后在帶鋼內部形成殘余應力。由于平整過程產生的殘余應力與軋制過程產生的殘余應力方向相反，因此，借助平整工序，可使軋制過程產生的宏觀級別的殘余應力得到降低，進而改善板形。

拉矯機的工藝原理，概括起來就是依靠張力輥及彎曲矯直輥的共同作用，使帶鋼在所承受的張力小于屈服極限的情況下，產生局部塑性延伸，從而達到改善板形的目的。板形的實質便是帶鋼纖維長度不等，在拉彎矯正時，板帶在彎曲輥上劇烈的彎曲，板帶同時受到拉伸應力和彎曲應力的聯合作用，此時的應力狀態為拉伸和彎曲應力疊加的應力狀態。由于應力的疊加作用，板帶彎曲變形后的中性層將不通過其斷面形心，而是朝著板帶的壓應力區偏移，使斷面上的拉伸應變大于壓縮應變。這樣板帶在經過多次反復彎曲后，拉伸應變和壓縮應變不能相互抵消而產生塑性延伸。瓢曲、浪形等三維形狀缺陷的板帶在拉彎矯正時，由于其缺陷的存在引起板帶橫向的張應力分布和彎曲輥上彎曲曲率分布不等。在平直處，張應力和彎曲曲率較大，在有缺陷處，張應力和彎曲曲率較小。根據相關的拉矯變形原理研究，帶鋼在經過矯正后板帶平直處的延伸率要大于有缺陷處的延伸率，其結果消除了帶鋼的形狀缺陷，使板帶獲得了矯正。

該鋼廠產線平整初期，帶鋼經過平整、拉矯后，板形不良率較高。經統計，浪形主要為邊浪，占總比87.24%（圖3）。所以需要對平整機工藝、平整機輥型、拉矯機工藝進行優化調整。

2? ? 平整機工藝及輥型優化

據前期調試情況的進展及數據分析，平整機使用平輥進行生產時，保證平整機出口板形，使用較大軋制力時，需同時匹配增加彎輥和傾斜，彎輥和傾斜正常使用±400 kN范圍內，超出則出現操作可控性降低，為保證彎輥和傾斜的調整能力，進行平整機輥型的優化，在相同軋制力情況下使用凸輥輥型進行彎輥的補償。

由于平整后帶鋼凸度與熱軋的帶鋼原始凸度有一定的遺傳性，這兩類凸度之間存在一定的線性關系。為了確保平整后的熱軋帶鋼有良好的平直度，就必須確保帶鋼平整前后的凸度趨勢一致。這主要要求工作輥的輥縫、彎輥力及輥型的搭配控制來保證。

浪形缺陷在高強鋼板形缺陷中占主導地位，浪形缺陷中又以單邊浪及雙邊浪較為多發，中浪相對要少。對于中浪，可利用負彎輥工藝進行矯正——負彎輥工藝下矯直輥兩端輥縫小，中間輥縫大，從而使邊部金屬纖維獲得更大的縱向延伸，與鋼帶中部纖維長度趨于一致，實現板形糾正。對于雙邊浪，平整機要以正彎輥工藝進行矯正，使矯直輥對鋼帶中心的壓下量最大，鋼帶中部金屬纖維縱向延伸率大，兩側則很小，從而使整個斷面上纖維長度趨于一致，實現雙邊浪矯正。由于原料板形為較大的C翹（圖4），無明顯浪形。所以我們預設平整機彎輥力為負彎輥工藝。

為此，對平整機支撐輥、工作輥輥型及所對應的軋制力展開了試驗。

1）工作輥平輥優化輥型為凸輥，凸度0.04 mm；

2）支撐輥平輥優化輥型為凸輥，凸度0.03 mm；

3）支撐輥輥型為凸輥，凸度0.03 mm，工作輥凸度0.04 mm優化為0.06 mm；

4）支撐輥輥型為凸輥，凸度0.03 mm，工作輥凸度0.06 mm優化為0.07 mm；

5）采用不同軋制力，確認軋制力對板形改善的影響。

經反復試驗，當支撐輥凸度為+0.03 mm，平整機工作輥凸度為+0.04 mm，能有效控制高強鋼浪形。但由于支撐輥磨損較嚴重，上線約260 km后，支撐輥凸度已基本消失，且更換周期較長，而平整機工作輥更換較為方便，所以適時增加平整機輥凸度，用以改善板形。

當軋制力為3 000 kN與7 000 kN時，浪形比例均有所減少。而平整后帶材浪形缺陷本質上是由于帶材經過工作輥壓下時，沿橫向存在不均勻縱向延伸，造成不均勻內應力分布，內應力足夠大時引起帶材產生屈服變形，形成浪形。由于軋制力由支撐輥兩側軸承座處的液壓缸提供，當所需軋制力大時，輥系撓度變大，易形成邊浪缺陷。所以我們選用較低的軋制力，更適合于公司高強鋼板形矯正。

3? ? 拉矯機工藝優化

拉矯機（圖5）的正確應用，對一定范圍內的浪形有明顯的改善效果，但拉矯機的交錯度、延伸率以及輥盒的設定、精度，對高強鋼板形的影響仍需探究。

為此，對拉矯機的延伸率以及輥盒的設定對板形的拉矯后影響，分別采取不同拉矯方式進行試驗，試驗數據見表1。

由試驗結果可知，彎曲和張力的增加都有利于帶鋼的延伸，拉矯機理想工藝情況應該是：小張力、大彎曲，協調好深度和張力的關系 ，拉矯效果會更好。

4? ? 優化后平整、拉矯工藝

經多次試驗，最終確定700 MPa級高強鋼平整機、拉矯機工藝參數及所搭配輥型（表2）。此工藝下最終板形良好（圖6），無明顯切割翹曲現象。

1）平整機輥型配置使用支撐輥凸輥，凸度為+0.03 mm，工作輥凸輥，凸度為+0.07 mm。

2）1 250 mm規格彎輥預設為正彎輥，

1 500 mm規格彎輥預設為負彎輥，根據板形情況進行微調。

5? ? 結束語

通過以上試驗，減少了700 MPa級高強鋼浪形的產生，因浪形二次平整率由12.72%降低到2.31%，明顯提高了產品的合格率以及成品板形質量和用戶滿意度。經過跟蹤客戶使用情況反饋，高強鋼平整后板形良好，無明顯切割翹曲、分條彎曲等現象。

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