冷軋成品軋制表面白道缺陷的原因及改善措施

馮翠蘭，王 巖

(青海瑞合鋁箔有限公司，青海 西寧 810007)

純鋁板帶因變形抗力較低，在冷軋生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)品板形較難控制。特別是深沖料，在成品軋制前需進(jìn)行退火工藝至O態(tài)，造成成品軋制力在冷軋機(jī)下極限范圍內(nèi)，更難以控制板形。青海瑞合鋁箔有限公司鋁加工分公司長(zhǎng)期為我公司供應(yīng)熱軋坯料，且我公司在生產(chǎn)純鋁深沖氧化料產(chǎn)品時(shí)，工藝技術(shù)相對(duì)成熟，板形和表面質(zhì)量良好。2017年10月，在未調(diào)整任何工藝參數(shù)的情況下，鋁加工分公司提供的熱軋坯料在成品軋制過(guò)程中，二肋部出現(xiàn)沿軋制方向的白色亮道。該缺陷整卷料材表面出現(xiàn)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)印到軋輥表面。采用開(kāi)坯料進(jìn)行拉輥面也很難消除軋輥表面缺陷，只能更換新的工作輥，導(dǎo)致生產(chǎn)周期延長(zhǎng)、生產(chǎn)成本提高。可見(jiàn)研究冷軋成品白道問(wèn)題的成因并制定對(duì)策，對(duì)于提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和提高成品率有重要意義。

1 白道的特征

我公司深沖料表面白道缺陷形貌如圖1所示，缺陷表現(xiàn)為一定的寬度(10cm～25cm)，沿軋制方向二肋位置且具有連續(xù)性，缺陷發(fā)生處鋁卷表面發(fā)白，故稱為白道缺陷。此缺陷發(fā)生位置相對(duì)比較固定，上、下表面均存在。

2 白道缺陷產(chǎn)生的可能原因分析

(1)軋制道次分配未考慮軋機(jī)性能、材料特性、原始輥型和操作水平等因素，壓下量分配不合理，造成板材橫斷面部分位置內(nèi)應(yīng)力過(guò)于集中。

(2)工藝潤(rùn)滑油油膜強(qiáng)度不夠，在軋制力作用下油膜被破壞，使軋輥與軋件之間的摩擦系數(shù)降低、潤(rùn)滑不良，板材橫斷面變形不均勻，導(dǎo)致板材橫斷面存在厚度偏差。

(3)熱軋坯料板形要求中凸度(0～8%)，因熱軋機(jī)無(wú)板形自動(dòng)控制系統(tǒng)且無(wú)生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集，無(wú)法追溯相關(guān)數(shù)據(jù)，可能存在中部薄、兩邊厚的凹板形。

圖1 白道缺陷Fig.1 White defect

3 制定控制白道產(chǎn)生的對(duì)策

根據(jù)缺陷產(chǎn)生的可能原因以及實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行分析，本批次缺陷因熱軋坯料板形影響到成品板形。分別從增加軋制道次、工藝油溫、工藝潤(rùn)滑配比、中間退火的均溫性和橫斷面厚度偏差等方面進(jìn)行試驗(yàn)，并無(wú)明顯改善。主要現(xiàn)象為，穿帶過(guò)程中白道不會(huì)立刻出現(xiàn)，當(dāng)升速軋制時(shí)，白道缺陷立即出現(xiàn)，在線板形主要表現(xiàn)為二肋松，兩邊部偏緊。考慮到深沖氧化料因技術(shù)指標(biāo)要求，成品軋制前進(jìn)行退火處理。如果坯料板形較差，特別是中間浪和二肋浪，因O態(tài)時(shí)材料特性，張力不足以將帶材展平，在軋制變形區(qū)變形不均勻，軋制后表面產(chǎn)生白道缺陷。因此，通過(guò)改善板形是降低成品白道缺陷出現(xiàn)的主要手段。針對(duì)成品白道問(wèn)題，結(jié)合我公司生產(chǎn)情況，在保證產(chǎn)品性能的情況下，采用以下措施：

(1)軋制退火料時(shí)，采用小軋制力、低轉(zhuǎn)速熱軋，并減少軋輥預(yù)熱時(shí)間。所謂軋輥預(yù)熱就是要在正式軋制前讓軋輥中部與邊部溫度有一定的溫度差，即熱凸度，冷軋機(jī)一般采用軋輥壓靠方式進(jìn)行預(yù)熱。通過(guò)噴淋軋制油，給予軋輥一定的正彎，并預(yù)加軋制力高速旋轉(zhuǎn)，軋輥相互摩擦生熱來(lái)實(shí)現(xiàn)軋輥預(yù)熱的目的。軋制油噴灑時(shí)，中部噴淋應(yīng)稍少于邊部，便于中部產(chǎn)生更多的熱量，但不能出現(xiàn)干摩擦；軋制力比該道次正常軋制力稍加大一點(diǎn)，因?yàn)槟Σ亮εc壓力大小成正比；加大下彎有助于軋輥的預(yù)熱。此方式熱輥為軋制硬態(tài)料的常規(guī)方法，但對(duì)于深沖氧化料的特殊工藝要求，需要低軋制力、小壓下量，所以要通過(guò)相應(yīng)的熱輥技術(shù)手段來(lái)使軋輥均勻預(yù)熱的同時(shí)，減少中部與邊部的溫度差。因此，冷輥在軋制O態(tài)坯料時(shí)，可通過(guò)小軋制力、穿帶速度來(lái)進(jìn)行熱輥，并根據(jù)軋制油溫度來(lái)調(diào)整軋輥預(yù)熱時(shí)間，熱輥總時(shí)間不超過(guò)10min。

(2)采用平輥進(jìn)行軋制。冷軋的輥型因受壓力和變形熱的影響而發(fā)生變化。為了補(bǔ)償因壓力和溫度所引起的輥型變化，軋輥預(yù)先要磨成一定的弧度，一般稱為軋輥的輥型。4輥冷軋機(jī)，多數(shù)是工作輥有凸度，支承輥為平輥?？偼苟炔淮髸r(shí)，則僅上工作輥有凸度，下工作輥為平輥；凸度較大，則把總凸度平均分配在上、下工作輥上；因工藝要求偶爾也會(huì)采用雙平輥軋制。我公司在生產(chǎn)深沖氧化料時(shí)，一直采用的工作輥為上凸下平輥軋制成品道次，但本批次成品軋制過(guò)程中，出現(xiàn)二肋白道現(xiàn)象?？紤]到坯料板形問(wèn)題，在成品道次要考慮“對(duì)策1”中提到的軋輥預(yù)熱方式，同時(shí)軋輥調(diào)整為雙平軋輥。軋輥預(yù)熱是屬于外部強(qiáng)制產(chǎn)生的熱凸度，在穿帶完成轉(zhuǎn)入正常軋制1min左右，真正的軋制熱凸度才會(huì)出現(xiàn)。因此，在穿帶到升速階段，二肋白道不會(huì)馬上出現(xiàn)，但當(dāng)軋機(jī)升速，軋輥熱凸度出現(xiàn)以后，很快就出現(xiàn)二肋白道缺陷。主操作手應(yīng)該在穿帶時(shí)，將軋制力和彎輥轉(zhuǎn)為手動(dòng)。并根據(jù)料頭厚度，逐步調(diào)整軋制力，同時(shí)升高軋速，把產(chǎn)品厚度保持在略微正公差附近；同時(shí)精細(xì)調(diào)節(jié)彎輥和軋制力，以應(yīng)付突然出現(xiàn)的軋制熱凸度，保持產(chǎn)品厚度和板形穩(wěn)定。等“真”熱凸度出現(xiàn)過(guò)后，厚差和板形穩(wěn)定后，將軋制力和彎輥轉(zhuǎn)為自動(dòng)。

(3)減小開(kāi)卷張力，降低軋制速度。開(kāi)卷張力的作用之一是使變形區(qū)的變形抗力狀態(tài)發(fā)生變化，減少了縱向的壓應(yīng)力，從而使軋制時(shí)金屬的變形抗力減少，降低了軋制壓力，減少了軋制時(shí)的能耗。因此，過(guò)大的后張力會(huì)使軋制力矩增加，軋輥凸度增大，導(dǎo)致金屬變形不均勻，使帶材中的殘余應(yīng)力超出了穩(wěn)定所允許的拉應(yīng)力而造成板型不良。軋制速度的增大導(dǎo)致單位時(shí)間內(nèi)軋輥與金屬摩擦增加，造成單位時(shí)間內(nèi)軋輥熱凸度增大，因坯料板型缺陷，將不利于成品的板型控制。因此，可通過(guò)降低一定的軋制速度來(lái)改善軋輥輥型。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，軋制速度控制在100m/min～150m/min，表面質(zhì)量得到明顯改善。

(4)調(diào)節(jié)板形曲線，增大噴淋量。在板形閉環(huán)控制系統(tǒng)中，一項(xiàng)很重要的工作是制定板形目標(biāo)曲線。所謂板形目標(biāo)曲線即板形控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)鋁板帶產(chǎn)品板形要達(dá)到的目標(biāo)。我公司冷軋機(jī)目前使用ABB板型控制系統(tǒng)，系統(tǒng)預(yù)設(shè)5條典型板型曲線供選擇使用，目前一直使用1#曲線和調(diào)整幅值進(jìn)行生產(chǎn)。本批次白道問(wèn)題出現(xiàn)，通過(guò)嘗試5種預(yù)設(shè)板型曲線對(duì)白道缺陷未有明顯改善。因此，要通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)坯料板型狀況、軋制工藝條件、軋制規(guī)格等因素進(jìn)行分析、試制，制定同坯料板型相匹配的曲線。目標(biāo)曲線公式，Target=(targ_scaling/100)×(A0+A2x2+A4x4+A6x6+A8x8)；式中，Target為期望的板形高次曲線，N/mm2；Targ_sacling為幅值百分比系數(shù)，%；操作人員可以因板型的變化而隨時(shí)修改，軋制時(shí)帶材越薄的道次該值取得越大；A0、A2、A4、A6、A8分別是0、2、4、6、8次系數(shù)；x為帶材寬度因子，取值范圍為-1～+1。通過(guò)對(duì)坯料板型的分析，以及多種曲線的制定、試制，確定6#曲線設(shè)定值A(chǔ)2=-20(圖2)，幅值根據(jù)在線板型調(diào)整。

圖2 6#板型曲線Fig.2 6 # plate profile curve

軋制分段噴淋控制就是根據(jù)每個(gè)測(cè)量段上與帶材應(yīng)力相對(duì)應(yīng)的軋輥分段噴淋分量，按數(shù)學(xué)模型計(jì)算出每個(gè)噴淋的設(shè)定值，來(lái)推動(dòng)相應(yīng)的噴淋控制閥門(mén)，同時(shí)在軋制過(guò)程中軋輥在任何時(shí)候都有一個(gè)基本噴淋量，該基本液量約為最大噴液量的1/3。這兩個(gè)噴液量迭加后作為每個(gè)冷卻區(qū)實(shí)際的冷卻輸出給噴淋機(jī)構(gòu)執(zhí)行，并由控制裝置打開(kāi)和關(guān)閉相應(yīng)的控制閥，保證軋輥具有良好的輥型，達(dá)到控制板形的目的。ABB噴淋控制系統(tǒng)采用自動(dòng)控制，不能通過(guò)手動(dòng)干預(yù)單一噴淋嘴的噴淋量，特別是針對(duì)二肋的板型控制效果很不理想。板型輥檢測(cè)板型見(jiàn)圖3。通過(guò)多方面分析，在現(xiàn)有控制系統(tǒng)條件下，如不能通過(guò)增加二肋噴淋量達(dá)到控制軋輥輥型，可考慮通過(guò)增加整體噴淋量，依靠多級(jí)噴淋嘴的迭加量相應(yīng)地增加二肋的噴淋量，以此來(lái)達(dá)到控制二肋的目的(圖4)。

圖3 40%～50%噴淋量對(duì)二肋的控制Fig.3 Control of second rib by 40%～50% spray

圖4 70%～80%噴淋量對(duì)二肋的控制Fig.4 Control of second rib by 70%～80% spray

4 總結(jié)

經(jīng)研究分析采用以上4種控制手段，連續(xù)多次實(shí)驗(yàn)及批量生產(chǎn)，白道缺陷頻率大幅下降，原穿帶未正常軋制就會(huì)出現(xiàn)的白道問(wèn)題，現(xiàn)可連續(xù)軋制6道次以上，基本解決了本批次因坯料板型不良造成的成品缺陷，滿足客戶要求。通過(guò)對(duì)白道制定的對(duì)策，不僅延長(zhǎng)了軋輥使用壽命，提高了生產(chǎn)效率，降低了成本，且操作手的操作技能也得到增強(qiáng)，避免因料卷改制而造成的經(jīng)濟(jì)損失。