冷軋平整恒軋制力對(duì)SS400力學(xué)性能影響研究

楊 敏

（廣西柳州鋼鐵集團(tuán)有限公司，廣西 柳州 545002）

為滿足市場(chǎng)對(duì)光面板的需求，冷軋?jiān)诮衲昀塾?jì)生產(chǎn)光面板SS400共計(jì)1.7萬噸。SS400應(yīng)用于五金和小家電制造，對(duì)板面的粗糙度較高，在終端制造中需要進(jìn)行鍍鉻處理，粗糙度必須要小于0.40μm。為應(yīng)對(duì)板面低粗糙度值，平整軋輥采用0.28μm～0.42μm生產(chǎn)才滿足要求。平整通常采用與壓下率成正比的延伸率作為平整軋制的變形指標(biāo)，工藝質(zhì)量控制是通過延伸率管理實(shí)現(xiàn)的。但在實(shí)際生產(chǎn)SS400的過程中，由于板面和輥面均為光面，板輥之間摩擦系數(shù)較小，隨著速度的加快時(shí)常出現(xiàn)打滑情況的出現(xiàn)，造成延伸率控制的不穩(wěn)定。同時(shí)來料質(zhì)量不良，如浪形，隆起，起折等缺陷也會(huì)影響延伸率的控制，影響恒延伸率的控制效果，并最終反映到最終產(chǎn)品的力學(xué)性能的穩(wěn)定性和均衡性。因此為應(yīng)對(duì)生產(chǎn)中延伸率的異常情況，需要在恒延伸率控制的基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)換為恒軋制力控制模式，以恒軋制力控制作為SS400的生產(chǎn)模式。

1 恒軋制力控制的理論基礎(chǔ)

恒軋制力生產(chǎn)就是不論來料質(zhì)量好壞或生產(chǎn)工況是否出現(xiàn)異常，軋制力始終保持穩(wěn)定并不會(huì)出現(xiàn)較大的波動(dòng)，其理論基礎(chǔ)是軋制力的閉環(huán)控制。生產(chǎn)中軋制力實(shí)際值由安裝在液壓缸的壓力傳感器檢測(cè)經(jīng)轉(zhuǎn)換計(jì)算得到，當(dāng)檢測(cè)值與設(shè)定值有偏差時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)液壓缸的輸出值使檢測(cè)值跟隨設(shè)定值保持一致。由于軋制壓力只有在軋制時(shí)才能形成，所以軋制力閉環(huán)控制只有在軋制速度的穩(wěn)定階段使用。軋制力設(shè)定的數(shù)學(xué)模型如下[1]：

式中，Po-操作側(cè)軋制力設(shè)定值(kN)； Pos-操作側(cè)基本軋制力設(shè)定值(kN )；Pog-操作側(cè)軋制力改變量(kN)；Ps-傳動(dòng)側(cè)軋制力設(shè)定值(kN)； Psg-傳動(dòng)側(cè)基本軋制力設(shè)定值(kN)； Psg-傳動(dòng)側(cè)軋制力改變量(kN)；△S-彎輥力改變值(kN)；av-速度對(duì)軋制力的影響系數(shù) ； △V -速度變化值（m/min）；Kp-變形抗力值（F）；△ε-延伸率變化（%）。

2 恒軋制力和恒延伸率控制對(duì)比

恒軋制力和恒延伸率的實(shí)質(zhì)就是閉環(huán)控制，通過檢測(cè)軋制力或延伸率的實(shí)際值與設(shè)定值比對(duì)，若軋制力出現(xiàn)偏差，會(huì)通過AGC液壓壓下動(dòng)作調(diào)節(jié)軋制力與設(shè)定值一致，從而保證軋制過程中軋制力不變。若延伸率出現(xiàn)偏差，通過調(diào)整軋機(jī)入口和出口速度差（延伸率就是速度的比值），進(jìn)而改變?nèi)肟诤统隹诘膹埩Σ睿瑥亩鴮?shí)現(xiàn)延伸率的調(diào)整為與設(shè)定值一致。采用恒軋制力軋制，由于軋制力不隨來料質(zhì)量，板形等外在因素的變化而變化，但會(huì)造成延伸率的波動(dòng)，而延伸率變化最終會(huì)影響到力學(xué)性能上。同時(shí)軋制力的恒定受到速度變化的影響，并通過出口張力波動(dòng)影響軋制力。如下圖所示分別是生產(chǎn)SS400時(shí)采用恒延伸率軋制下的延伸率，軋制速度，軋制力和出入口張力的變化情況。

圖2 恒延伸率控制的速度變化

圖3 恒延伸率控制的軋制力波動(dòng)

從圖1～圖4看出，在恒延伸率控制情況下，延伸率基本能夠穩(wěn)定穩(wěn)定在目標(biāo)值，軋制速度穩(wěn)定在一定速度上但軋制力會(huì)出現(xiàn)較大的波動(dòng)，受軋制力波動(dòng)影響出口張力也有稍微波動(dòng)。如該卷鋼的延伸率目標(biāo)控制是1.20%，部分超出目標(biāo)值0.20%，整體波動(dòng)在-0.12%～-0.12%之間。軋制力出現(xiàn)不波動(dòng)如目標(biāo)是3.0MN的軋制力，實(shí)際波動(dòng)范圍是2.90Mn～3.15Mn，偏離目標(biāo)值-1.6%～+5.0%。

圖1 恒延伸率控制的延伸率波動(dòng)

圖4 恒延伸率控制的入口和出口張力波動(dòng)

圖6 恒軋制力控制的軋制速度變化

圖7 恒軋制力控制的軋制力波動(dòng)

從圖5～圖8是生產(chǎn)SS400時(shí)采用恒軋制力控制延伸率，軋制速度，軋制力和出入口張力的變化情況，可以看出軋制速度穩(wěn)定但延伸率出現(xiàn)較大的波動(dòng)，表現(xiàn)在前半部部分。軋制速度從前半段的500m/min下降到后半段的450m/min，來料存在質(zhì)量不良問題造成降速軋制，因此前半段為保持軋制力穩(wěn)定造成軋制力和延伸率存在很大的波動(dòng)、該卷鋼的延伸率目標(biāo)控制是1.20%，實(shí)際超出目標(biāo)值0.65%，波動(dòng)在-0.85%～1.30%之間，軋制力設(shè)定是3.4MN，入口和出口張力基本全程保持穩(wěn)定。

圖5 恒軋制力控制的延伸率波動(dòng)

圖8 恒軋制力控制的入口張力變化

恒延伸率控制下，軋制速度的變化對(duì)延伸率的影響，主要體現(xiàn)在升速階段與降速階段。升速階段，帶鋼延伸率隨著軋制速度的上升而降低。降速階段，帶鋼延伸率隨著軋制速度的降低而升高。而在速度平穩(wěn)階段，延伸率雖有一定的波動(dòng)，但變化不太明顯 。因此，軋制速度的變化是延伸率波動(dòng)的一個(gè)影響因素。而軋制力一直處于波動(dòng)的狀態(tài)，但上下波動(dòng)的范圍不大，通常波動(dòng)不超過400kN 。排除來料質(zhì)量影響外，單純的軋制力對(duì)延伸率的影響不大。在平整初期或平整后期，入口和出口張力會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，尤其是入口張力表現(xiàn)的更為明顯。而在平整中期入口和出口張力的變化非常小，前后張力變化比較大的兩個(gè)階段正好是軋制升速階段與軋制降速階段。對(duì)于一個(gè)完整的平整過程而言，升降速是不可避免的，而入口和出口張力的變化，也是直接影響延伸率波動(dòng)的一個(gè)重要影響因素。而恒軋制力控制下，會(huì)出現(xiàn)延伸率波動(dòng)的情況。而延伸率是平整變形的唯一指標(biāo)，影響著力學(xué)性能的穩(wěn)定，主要體現(xiàn)在延伸率偏低不利于退火后屈服平臺(tái)的消除，同時(shí)板形質(zhì)量的控制能力下降，不能有效消除浪形問題。延伸率偏高會(huì)出現(xiàn)力學(xué)性能變差的情況，如加工硬化，成形穩(wěn)定性低等問題。

3 恒軋制力控制的力學(xué)性能

恒軋制力通過將軋制力控制在一定范圍內(nèi)來減少延伸率的波動(dòng)幅度。SS400生產(chǎn)中，恒軋制力在兼顧浪形質(zhì)量控制下采用2.0MN～4.25MN，平均軋制力是3.15MN。軋制速度控制在240m/min～600m/min，平均速度是360m/min，相對(duì)平整速度是中低速。采用恒軋制力生產(chǎn)的SS400的樣本分析軋制力，速度與力學(xué)性能之間的關(guān)系。

圖10 恒軋制力，速度與抗拉強(qiáng)度關(guān)系

參考SS400產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的力學(xué)性能要求，屈服強(qiáng)度大于300MPa，抗拉強(qiáng)度大于400MPa和延伸率大于26%。圖9～圖11看出恒軋制力生產(chǎn)的SS400屈服強(qiáng)度整體數(shù)值310Mpa～410Mpa之間，平均值是362MPa，標(biāo)準(zhǔn)偏差45.88?？估瓘?qiáng)度范圍436～484MPa，平均值是458MPa，標(biāo)準(zhǔn)偏差21.77。延伸率范圍是26.0%～30.5%，平均值是28.%，標(biāo)準(zhǔn)偏差2.53。因此，用恒軋制力生產(chǎn)的SS400力學(xué)性能均符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求，但屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)偏差較大，主要是受平整延伸率不穩(wěn)定影響出現(xiàn)較大的波動(dòng)，抗拉強(qiáng)度和延伸率標(biāo)準(zhǔn)偏差較小。隨著恒軋制力加大，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度雖有起伏趨勢(shì)是增大的，延伸率著隨著軋制力的增加出現(xiàn)減少的趨勢(shì)，而軋制力在2.75MN～3.50MN之間，是屈服強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度和延伸率數(shù)值的集中區(qū)域。速度方面，300m/min～320m/min以下，隨著速度的增加，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度會(huì)有所提高，但軋制速度提升到320m/min以上，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度會(huì)明顯下降。軋制速度對(duì)延伸率基本無影響，但速度提升到480m/mni以上后，延伸率沒有任何提高。

圖9 恒軋制力，速度與屈服強(qiáng)度關(guān)系

圖11 恒軋制力，速度與延伸率關(guān)系

4 結(jié)論

恒軋制力控制是有效解決恒延伸率控制存在質(zhì)量問題的有效軋制模式，可有效解決如SS400這類中等強(qiáng)度的光面板生產(chǎn)出現(xiàn)的打滑擦傷和浪形等質(zhì)量問題，確保板面和板形質(zhì)量水平。在后續(xù)的生產(chǎn)控制中，也可作為SS400以外的其他光面板生產(chǎn)的軋制模式?？刂圃谝欢ǚ秶鷥?nèi)的恒軋制力，可以確保延伸率的波動(dòng)降低到一定的幅度。排除來料質(zhì)量不良問題，穩(wěn)定的軋制力可以確保穩(wěn)定的延伸率，同時(shí)對(duì)軋后力學(xué)性能的穩(wěn)定性有明顯的幫助。采用2.75～3.50Mn的恒軋制力和240～320m/mni的軋制速度，可以有效確保屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度同時(shí)避免延伸率的減少。