不銹鋼板平直度綜合控制的技術(shù)研究與應(yīng)用

姚春榮，羅永欣

（南通中集罐式儲運(yùn)設(shè)備制造有限公司，江蘇 南通 226300）

0 引言

罐式集裝箱一般由箱體框架和承受內(nèi)部壓力的壓力容器罐體組成，多用于有毒有害、易燃易爆、腐蝕性的液態(tài)、氣態(tài)和固態(tài)粉末狀散貨物的運(yùn)輸。與傳統(tǒng)的鐵桶包裝、散裝船和鐵路槽車相比，真正實現(xiàn)了裝箱地到卸料地?zé)o中間環(huán)節(jié)的直達(dá)，將污染、物流消耗以及漏損降低到最低［1］。正是由于罐式集裝的特殊用途，所以對于其制造原材料的要求也比較苛刻，首先必須具有良好的耐腐蝕性，其次還需要具備很高的強(qiáng)度和良好的韌性，即需要有良好的焊接性能，便于封頭與罐體的焊接；除此之外，還需要有良好的平直度和較高的表面質(zhì)量［2］。平直度是衡量鋼板內(nèi)部參與應(yīng)力分布的重要因素，直接影響到封頭焊接處的殘余應(yīng)力分布。不銹鋼原板表面厚度分布是否均勻，會對表面涂層的均勻性造成影響，直接影響其耐腐蝕性能，進(jìn)而影響罐式集裝箱的使用壽命。基于此，如何提高罐式集裝箱用不銹鋼板的平直度就成為一個亟待解決的問題。

1 罐式集裝箱用不銹鋼板平直度綜合控制模型的建立

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)［3］，對于六輥軋機(jī)而言，在罐式集裝箱用不銹鋼板的生產(chǎn)過程中，影響帶鋼出口平直度的主要因素有：①軋制工藝參數(shù)，主要包括機(jī)架的入口張力設(shè)定值、出口張力設(shè)定值、入口厚度、出口厚度、軋制壓力設(shè)定值；②軋輥輥型參數(shù)，主要包括工作輥、中間輥、支撐輥的輥型曲線分布。然而對于一個特定的軋制過程而言，各軋輥的輥型曲線一般不會發(fā)生變化，這樣對于某一規(guī)格的不銹鋼板，在其出、入口厚度已知的情況下，其板面平直度分布就僅僅只與出入口張力設(shè)定值、軋制壓力設(shè)定值和輥系參數(shù)有關(guān)，這樣結(jié)合輥系的彈性變形模型和金屬的塑性變形模型就可以建立罐式集裝箱用不銹鋼板的平直度綜合控制模型。

1.1 以平直度為目標(biāo)的軋制工藝參數(shù)優(yōu)化模型建立

由金屬變形模型可知，在六輥軋機(jī)的軋制過程中，用于表征成品帶材平直度的前張力橫向分布值和出口厚度橫向分布值可用式（1）來表示：

其中：j為條元數(shù)；σj為前張力橫向分布值；h1j為六輥軋機(jī)出口帶材厚度橫向分布值；B為帶材寬度；T0，T1分別為前、后張力設(shè)定值；h0j為六輥軋機(jī)入口帶材厚度橫向分布值；Lj為來料板形值；P為軋制壓力設(shè)定值；Sm，Sw分別為中間輥、工作輥彎輥力；δ為中間輥竄動量：ΔDwj為工作輥原始輥型分布值；ΔDmj為中間輥原始輥型分布值；ΔDbj為支撐輥輥型分布值；σ0j為后張力橫向分布值。

由上述可知，對一個特定的軋制過程而言，在來料帶材參數(shù)如h0j、Lj以及輥系參數(shù)和輥型參數(shù)皆已知的情況下，用于表征成品帶材平直度的前張力橫向分布值σj只與軋制壓力以及前、后張力設(shè)定值有關(guān)，可表示為：

這就是說，通過優(yōu)化軋制工藝參數(shù)可以改善成品帶鋼的平直度。本文以出口平直度最佳為目標(biāo)函數(shù)對軋制工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，目標(biāo)函數(shù)如式（3）所示：

目標(biāo)函數(shù)值越小，罐式集裝箱用不銹鋼的平直度就越好。另外，為了同時加強(qiáng)對帶鋼出口表面質(zhì)量的控制，優(yōu)化過程中需要對劃痕以及熱劃傷等加以控制，這樣以平直度為目標(biāo)的軋制工藝參數(shù)優(yōu)化模型可表示為：

其中：λ為劃痕綜合判斷指標(biāo)；λ＊為臨界劃痕綜合判斷指標(biāo)；φ為劃傷指數(shù)；φ＊為臨界劃傷指數(shù)。

對于這樣一個簡單的單目標(biāo)尋優(yōu)問題，運(yùn)用鮑威爾法很快就能求得最優(yōu)解。

1.2 平直度綜合控制模型的建立

對于六輥軋機(jī)的某一特定軋制過程而言，需要同時對軋制工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。但是，如果對3個變量同時進(jìn)行優(yōu)化求解，會導(dǎo)致計算時間長，很難滿足現(xiàn)場應(yīng)用的要求。而且六輥軋機(jī)的輥系彈性變形計算模型本身計算次數(shù)就很大，因此，本文擬采用分別優(yōu)化然后再綜合的策略，對軋制工藝參數(shù)和張力制度循環(huán)進(jìn)行計算，直到軋制工藝參數(shù)不發(fā)生變化為止。此時的軋制工藝參數(shù)即為使得板面平直度最佳的優(yōu)化參數(shù)。罐式集裝箱用不銹鋼板平直度綜合控制計算流程如圖1所示。

2 罐式集裝箱用不銹鋼板平直度控制技術(shù)的應(yīng)用

為了提高罐式集裝箱的耐腐蝕性，改善封頭處的殘余應(yīng)力分布，從改善不銹鋼原板內(nèi)部應(yīng)力分布和厚度分布入手，與不銹鋼供應(yīng)商合作，將本文所述相關(guān)技術(shù)用于六輥軋機(jī)的制造現(xiàn)場，使機(jī)組板形質(zhì)量大幅提高，板形不良改判率由改造前的0.165%降低到了0.122 5%。并對優(yōu)化后的產(chǎn)品進(jìn)行涂層操作，經(jīng)過大量的現(xiàn)場跟蹤與統(tǒng)計，由于平直度引起的涂層分布不均進(jìn)而產(chǎn)生橫紋缺陷的概率明顯降低，缺陷率由原來的0.084%下降到0.035%，帶來了較大的經(jīng)濟(jì)效益。目前，本文所述相關(guān)技術(shù)已被用于指導(dǎo)現(xiàn)場生產(chǎn)。

圖1 罐式集裝箱用不銹鋼板平直度綜合控制計算流程

3 結(jié)論

針對罐式集裝箱對不銹鋼原板板形及表面涂層質(zhì)量要求苛刻的問題，本文從提高原板平直度和板厚分布的角度入手，以出口平直度最佳為目標(biāo)，對軋制工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，建立了一套罐式集裝箱用不銹鋼平直度綜合控制技術(shù)，并應(yīng)用于現(xiàn)場，極大地改善了鋼板的平直度，提高了表面涂層的均勻性，延長了集裝箱的使用壽命，給企業(yè)帶來了較大的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］ 張建良.罐式集裝箱的市場前景［J］.集裝箱化，2006（5）：6－8.

［2］ 楊兵，蔣鳳如.罐式集裝箱應(yīng)力腐蝕及其防護(hù)措施［J］.集裝箱化，2013（3）：23－26.

［3］ 白振華.平整軋制工藝模型［M］.北京：中國冶金出版社，2010.