汽車工程機械用鋼翹曲原因分析與處理研究

倪瀟

（泰安技師學(xué)院，山東 泰安 271000）

汽車工程機械用鋼強度高、鋼制純凈、規(guī)格薄，在鋼市場占據(jù)較大的份額，對板形控制的要求較多，在加工制作過程中很容易出現(xiàn)板形翹曲問題，如四角翹、C翹等，導(dǎo)致鋼板面有缺陷存在，而這種缺陷在平整過程中很難被發(fā)現(xiàn)，部分會在用戶使用中才能發(fā)現(xiàn)，嚴重影響生產(chǎn)企業(yè)的形象，需要對其翹曲原因進行深入分析，探究其處理方式。

1 汽車工程機械用鋼工序現(xiàn)狀

當前，在生產(chǎn)加工該鋼的過程中，常見的主要工序就是熱連軋平整，該工序可以對工料進行一定程度的延伸，使鋼板發(fā)生正向變形，進而獲取良好的板形，能夠提升鋼的表面質(zhì)量并進一步改善鋼的性能。但是，也正是由于其會使鋼原有的板形發(fā)生變形，破壞原有狀態(tài)，很容易降低鋼的塑性，產(chǎn)生新的板形問題，增加翹曲出現(xiàn)的概率，受鋼對縱向延伸應(yīng)變情況不統(tǒng)一的影響，板形會出現(xiàn)缺陷。

同時，縱向延伸不均會導(dǎo)致鋼在各個部位的厚度存在差異，進而導(dǎo)致其橫向上也產(chǎn)生分布不均勻的問題，會在其內(nèi)部形成殘余應(yīng)力，在鋼完整形態(tài)下，受鋼各部分之間協(xié)調(diào)性和約束性的影響，各部分之間會具有平衡效果，導(dǎo)致在平整過程中翹曲問題無法暴露，而在使用過程中，將鋼進行切割之后，各部分的平衡性和協(xié)調(diào)性就會被打破，導(dǎo)致應(yīng)力分布出現(xiàn)二次變化，切割各部分的邊角沒有整體上的束縛就會出現(xiàn)翹曲現(xiàn)象。其中，如果在厚度方向上的橫向延伸率分布不均勻其翹曲的類型為C翹，而縱向延伸率分布不均勻則是L翹，如果兩種情況同時存在則是四角翹，其翹曲程度和鋼厚度之間的關(guān)系為反比例關(guān)系，即厚度越大翹曲程度越小，和鋼寬度為正比例關(guān)系，即寬度越大，翹曲程度越大。

2 分析汽車工程機械用鋼翹曲原因

2.1 鋼原始板形

鋼翹曲問題的出現(xiàn)和鋼原始板形情況有直接關(guān)聯(lián)，處于冷卻狀態(tài)下的鋼，受板形大小的影響，鋼卷的中間部分和兩側(cè)部分的冷卻速度并不一致，會出現(xiàn)差值，導(dǎo)致小周期邊浪的出現(xiàn)，這種邊浪程度隨板形厚度的減少而增大，隨其寬度的增加而增加，導(dǎo)致鋼的中間部分會受到拉應(yīng)力，而兩側(cè)部分則會受到壓應(yīng)力，這種邊浪的出現(xiàn)就會導(dǎo)致板形受溫度梯度影響而出現(xiàn)缺陷，外觀容易出現(xiàn)邊浪形態(tài)。在平整過程中使用小軋制壓力并不能有效進行糾正，工作人員常常會使用和普碳鋼相比較大的延伸率來避免出現(xiàn)這類板形缺陷，在平整過程中會有更大的平整壓力，因而其殘余應(yīng)力相對也會更大，極易引起翹曲，且切分之前翹曲問題不可見，基本難以進行預(yù)先控制。

2.2 鋼屈服強度

由于該類鋼普遍都有著較高的屈服強度，工作人員在進行軋制過程中很難控制板形，而經(jīng)相關(guān)研究表明，鋼的屈服點和其殘余應(yīng)力值之間的關(guān)系為遞增，也就是說，鋼擁有的屈服強度越大，殘余應(yīng)力就越大，相應(yīng)的塑性應(yīng)變差也會增加，進而增加鋼翹曲程度（圖1），經(jīng)過平整實驗（針對不同強度的鋼）得出，在同種延伸率的情況下，具有高強度的汽車工程機械用鋼的翹曲程度遠遠超過低碳軟鋼以及普碳鋼，受其屈服強度特征的影響，導(dǎo)致其在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生以下情況：軋后冷卻時鋼有更大的殘余應(yīng)力值；平整過程中具有更大的塑性應(yīng)變差；平整后出現(xiàn)翹曲問題的概率更大。

圖1 鋼屈服強度和應(yīng)變力關(guān)系圖

2.3 平整機傳動

平整機的傳動方式對鋼翹曲問題也有一定程度的影響，以四輥單機架的平整機（不帶竄輥）為例，該種平整機的傳動方式主要為下支撐輥傳動，利用輥間的摩擦力將傳動力矩進行依次傳遞，次序為：下工作輥到軋件再到上工作輥最后傳遞給上支撐輥。軋輥運行過程中，上下輥的速度并不一致，具有速度差，這種速度差主要由下支撐輥的傳動特征影響，導(dǎo)致異步軋制形式的出現(xiàn)，進而在生產(chǎn)加工過程中在鋼的上下表面會出現(xiàn)延伸差，導(dǎo)致翹曲出現(xiàn)。

2.4 工作輥輥徑差

工作輥輥徑對鋼翹曲的影響主要是增加L翹曲出現(xiàn)的概率。一方面，之前提過平整機在鋼上下表面上存在的速度差就是由于工作輥傳動特征影響，其中包括輥徑差；另一方面，即使主動輥和動輥之間的速度實現(xiàn)一致，不存在速度差，一旦工作輥輥徑差過大，也會在鋼表面產(chǎn)生縱向延伸效果，在其產(chǎn)生同時作用的情況下，也會增加翹曲出現(xiàn)概率，而且當前工作人員在配輥過程中往往存在一定的隨意性，上下輥之間的徑差較大，甚至還有超過3mm輥徑差出現(xiàn)的情況，更加促成翹曲的形成。

3 處理汽車工程機械用鋼翹曲的對策

3.1 改善軋后板形

針對板形問題，考慮其產(chǎn)生原因一般是軋后出現(xiàn)的板形差引起的，所以為了有效避免翹曲出現(xiàn)，工作人員需要改進工作終端，在板形問題的解決上避免將平整機作為最后環(huán)節(jié)，可以適當優(yōu)化鋼的原始板形，為平整前提供良好的初始形態(tài)，防止在平整過程中出現(xiàn)過度平整情況，降低鋼殘余應(yīng)力的積累量。同時，為了有效緩解邊浪問題，工作人員可以在保證鋼要求性能的基礎(chǔ)上，將卷取的溫度進行適當提升，減少層流冷卻速度。例如，這針對車廂用鋼AG600XT（厚度設(shè)定為2.3mm），工作人員可以將卷取溫度提升至640℃，并調(diào)整方式，將以往的連續(xù)冷卻方式調(diào)整成為稀疏冷卻方式，減弱邊浪趨勢。同時，工作人員也可以結(jié)合實際生產(chǎn)需求和生產(chǎn)條件，選擇入緩冷坑緩冷或者集中堆放冷卻措施，降低冷卻差，減低鋼冷卻過程中出現(xiàn)翹曲的概率。

3.2 規(guī)范平整軋制壓力

鋼翹曲問題還可以通過規(guī)范平整軋制壓力進行處理，需要工作人員針對不同強度的鋼采用不同的平整軋制壓力。當前，針對高強度的鋼種，部分工作人員在使用小軋制壓力無效的情況下，為了有效消除浪形，工作人員會持續(xù)增加壓力，甚至出現(xiàn)4000kN以上的軋制壓力，極大地促進殘余應(yīng)力在鋼內(nèi)部的積累，導(dǎo)致嚴重翹曲現(xiàn)象的出現(xiàn)。對此，就需要規(guī)范軋制壓力，針對強度要求較低的鋼種，軋制壓力需要控制在2000～2500kN，針對強度要求較高的鋼種，則可以將軋制壓力限定在2500～3000kN，且最大平整軋制壓力不能高于3000kN，規(guī)范工作人員操作行為。同時，對鋼板形翹曲有特殊要求的情況，需要工作人員調(diào)整工作方法，靈活進行處理。例如，板形翹曲度有較高要求的鋼，如果其原始板形已經(jīng)很好，工作人員在平整過程中可以取壓力限定范圍內(nèi)中的較小壓力值；如果原始板形不佳，則在增加軋制壓力的同時，工作人員還要盡量減緩軋制速度，結(jié)合板形的實際情況靈活改變彎輥力，保證平整質(zhì)量的同時避免出現(xiàn)翹曲。

3.3 加強設(shè)備管理

需要積極引進先進生產(chǎn)設(shè)備，并加快新工藝的研發(fā)，但是，考慮到這兩者在時間上的問題，在當前防止鋼翹曲現(xiàn)象的出現(xiàn)上，需要工作人員加強對設(shè)備的管理，研究控制軋輥運行速度的方法，增強對平整機運行的控制力，實現(xiàn)鋼生產(chǎn)加工全過程的可控化，降低翹曲出現(xiàn)概率，保證鋼質(zhì)量。同時，為了防止設(shè)備在運行過程中出現(xiàn)問題，工作人員可以在運行前檢查好設(shè)備的性能情況，做好養(yǎng)護管理，在企業(yè)制度允許的范圍內(nèi)進行鋼的生產(chǎn)加工工作，保證工作行為的合理性和可靠性，有效處理翹曲問題。

3.4 合理配置輥徑

相關(guān)企業(yè)應(yīng)制定嚴格的管理制度，嚴格管控工作輥的配置現(xiàn)象，保證上下輥之間的輥徑差可以不超過0.5mm，對于隨意配置的工作人員，應(yīng)加大懲罰力度，將工作輥輥徑差控制在合理的范圍內(nèi)，避免過大輥徑差導(dǎo)致鋼上下表面出現(xiàn)較大的延伸差，解決翹曲問題。一方面，企業(yè)要加強對工作人員的思政教育和專業(yè)技能培訓(xùn)，盡可能提升工作人員執(zhí)行力，強化責(zé)任意識，使其可以自覺遵守企業(yè)制度，規(guī)范配置工作輥行為。另一方面，工作人員應(yīng)具備職業(yè)道德，為后續(xù)工作負責(zé)，認識到即使鋼翹曲問題在生產(chǎn)過程中更多是潛在的質(zhì)量問題，但是，其一旦出現(xiàn)同樣會影響客戶對企業(yè)的印象，進而降低企業(yè)的綜合效益，工作人員需要明確自身行為會為企業(yè)帶來的影響，進而合理配置輥徑。

4 結(jié)語

總而言之，影響鋼出現(xiàn)翹曲的因素較多，需要工作人員結(jié)合生產(chǎn)加工條件進行有效調(diào)整，改進工作輥輥徑差設(shè)定，將鋼質(zhì)量作為工作的主要出發(fā)點，盡可能地監(jiān)管好其全過程，避免出現(xiàn)翹曲問題，保證汽車工程機械用鋼質(zhì)量，從而樹立良好的企業(yè)形象，提升交貨板形精度。