熱軋供冷軋高強(qiáng)鋼基料頭部板形控制分析

摘 要：針對(duì)本鋼2 300 mm熱軋線供冷軋590 MPa級(jí)別以上的高強(qiáng)鋼基料生產(chǎn)過程中頭部板形缺陷問題，分別從工藝、設(shè)備和模型控制方面對(duì)板形質(zhì)量問題進(jìn)行分析，詳細(xì)解釋了頭部板形質(zhì)量問題成因。提出通過優(yōu)化輥溫計(jì)算模型、優(yōu)化溫度工藝和軋制模型控制、提升設(shè)備精度等方面，對(duì)板形問題進(jìn)行優(yōu)化，使得本鋼2 300 mm線供冷軋590 MPa級(jí)別以上的高強(qiáng)鋼基料頭部板形控制取得了顯著效果，具有重要的指導(dǎo)意義和客觀經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：高強(qiáng)鋼；板形；平直度；質(zhì)量缺陷；模型；溫度

CONTROL ANALYSIS OF HEAD PLATE SHAPE OF COLD-ROLLED HIGH-STRENGTH STEEL HOT-ROLLED BASE MATERIAL

Zuo Yuanhong Chang Zhanlong

（Benxi Steel Co.， Ltd. Hot rolling mill Benxi 117000，China）

Abstract：In view of the problem of head plate shape defects in the production of high-strength steel base materials above the 590Mpa level of cold-rolled 2300mm line of this steel， the plate shape quality problem is analysed from the aspects of process， equipment and model control， and the cause of the head plate shape quality problem is explained in detail. It is proposed to optimise the plate shape problem by optimising the roller temperature calculation model，optimising the temperature process and rolling model control， and improving the accuracy of the equipment， so that the head shape control of the high-strength steel base material above the 590Mpa level of cold-rolled steel 2300mm line has achieved remarkable results， which is of great guiding significance. And objective economic benefits.

Key words： high-strength steel; plate shape; flatness; quality defect; model; temperature

0 前 言

本鋼2 300 mm熱軋帶鋼生產(chǎn)線工藝和機(jī)械設(shè)備由德國西馬克德馬格公司（SMSD）負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)，電氣部分由TMEIC設(shè)計(jì)，為半連續(xù)式熱軋帶鋼軋機(jī)，設(shè)計(jì)年產(chǎn)量為515萬t熱軋鋼卷。

板形質(zhì)量是板帶材的質(zhì)量的重要方面，也是軋制領(lǐng)域關(guān)注的核心問題。板形質(zhì)量控制水平不僅直接關(guān)系到板帶產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)也是鋼鐵企業(yè)的軋制技術(shù)、裝備及生產(chǎn)管理水平的重要標(biāo)志[1]。板形不良一直是困擾熱軋產(chǎn)品質(zhì)量難題，供冷軋基料板形質(zhì)量缺陷直接影響后續(xù)冷軋工序的生產(chǎn)效率及其最終的產(chǎn)品質(zhì)量，尤其是590 MPa以上強(qiáng)度的冷軋高強(qiáng)鋼板形問題，可能導(dǎo)致冷軋工序使用時(shí)降速生產(chǎn)、損傷設(shè)備、焊接困難等問題。對(duì)于板形缺陷產(chǎn)品，一部分熱軋工序進(jìn)行平整返修處理，缺陷輕微部分直接流入冷軋工序生產(chǎn)；另一部分缺陷嚴(yán)重鋼卷采取產(chǎn)品降級(jí)議價(jià)處理或判為廢品進(jìn)入廢鋼廠進(jìn)行二次冶煉。因此，板形缺陷影響本鋼整體的經(jīng)濟(jì)效益，在擠占平整資源、增加熱軋切廢的同時(shí)，也限制了冷軋產(chǎn)能的提升，冷軋高強(qiáng)鋼頭部板形不良問題亟待解決。

1 板形質(zhì)量問題分析

熱軋常見的板形缺陷為浪形、翹曲和瓢曲等，熱軋帶鋼板形問題實(shí)質(zhì)為帶鋼殘余應(yīng)力的分布不均[2]。本文針對(duì)影響本鋼2 300 mm熱軋線冷軋高強(qiáng)鋼熱軋基料板形的因素進(jìn)行分析。

1.1 平直度指標(biāo)與板形對(duì)應(yīng)關(guān)系

目前2 300 mm熱軋線冷軋高強(qiáng)鋼平直度與實(shí)際板形關(guān)系分為兩種情況，一種為平直度控制不良產(chǎn)生目視可見浪形；另一種為平直度良好，目視不可見浪形，后續(xù)開卷是表現(xiàn)為帶鋼浪形。此種板形在操作過程中，操作人員控制難度較大。目視可見浪形可以通過優(yōu)化模型參數(shù)、板形監(jiān)控手段，改善平直度，保證原始板形平直。目視不可見浪形分析與鋼種特性、橫向溫差、冷卻不均相關(guān)。

1.2 帶鋼溫差對(duì)板形的影響

通過對(duì)2 300 mm熱軋線2022年冷軋高強(qiáng)頭部板形不良數(shù)據(jù)分析，終軋溫度存在頭部偏低、尾部偏高的情況，通卷溫度不均，縱向存在溫差，結(jié)合金相檢驗(yàn)表明，頭尾晶粒度與卷中相差2級(jí)-3級(jí)，存在強(qiáng)度差。

對(duì)比高強(qiáng)鋼工藝，590 MPa高強(qiáng)鋼產(chǎn)品中，DP590無熱頭熱尾工藝，而級(jí)別相近鋼種等頭尾均存在80 m，30 ℃熱頭，無板形不良缺陷。

對(duì)于強(qiáng)度780 MPa級(jí)別高強(qiáng)鋼，平直度控制較好時(shí)同樣出現(xiàn)浪形缺陷，分析為受鋼種特性、橫向溫差影響，開卷后內(nèi)應(yīng)力釋放產(chǎn)生浪形。通過檢驗(yàn)，板形不良樣片橫向操作側(cè)對(duì)比中間及傳動(dòng)側(cè)晶粒度偏細(xì)最大相差2級(jí)，而板形優(yōu)良產(chǎn)品橫向晶粒度變化比較平穩(wěn)。

2 板形控制改進(jìn)方法

2.1 工作輥輥溫計(jì)算優(yōu)化

原模型內(nèi)計(jì)算溫度偏低，與實(shí)測下機(jī)輥溫相差20 ℃左右，易導(dǎo)致負(fù)竄量不夠引起浪形。調(diào)整工作輥冷卻水熱傳遞系數(shù)，使模型內(nèi)計(jì)算的軋輥溫度接近實(shí)際溫度，提高板形設(shè)定精度。

2.2 板形控制原則優(yōu)化

操作員可見板形優(yōu)先為原則，對(duì)操作員彎輥力調(diào)整量轉(zhuǎn)化為CVC竄輥補(bǔ)償系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化， F1～F7原參數(shù)0.05，調(diào)整為0.15，提高轉(zhuǎn)化比例，可增加操作員彎輥力引導(dǎo)竄輥的效果，目前F1～F7為同一參數(shù)0.15，根據(jù)實(shí)際軋制效果，可進(jìn)行不同參數(shù)的優(yōu)化。

2.3 終軋溫度指標(biāo)調(diào)優(yōu)

為解決帶鋼縱向溫度不均問題，進(jìn)行工藝調(diào)整，根據(jù)天氣溫度變化，修訂加熱溫度制度，隨溫度變化而動(dòng)態(tài)燒鋼，調(diào)節(jié)荒軋軋制道次、軋制速度，為終軋溫度提供溫度儲(chǔ)備；同時(shí)處理加熱爐出料端至F7出口熱檢前的所有工藝水及設(shè)備冷卻水，為溫度精確控制提供基礎(chǔ)；調(diào)整產(chǎn)品中間坯厚度，精軋區(qū)域穿帶速度、加速度，精軋冷卻水系數(shù)等模型控制參數(shù)（涉及39個(gè)家族，25個(gè)厚度層別、10個(gè)寬度層別），提升終軋溫度控制精度。

2.4 卷取溫度指標(biāo)調(diào)優(yōu)

優(yōu)化12個(gè)高強(qiáng)鋼產(chǎn)品家族軋制加速度、層冷前饋系數(shù)等控制參數(shù)，確保產(chǎn)品卷取溫度通板穩(wěn)定，提高帶鋼通板均勻冷卻性，確保產(chǎn)品金相組織均勻，避免出現(xiàn)縱向強(qiáng)度差。同時(shí)增大冷軋高強(qiáng)鋼層冷冷卻系數(shù)，避免水量調(diào)節(jié)大幅度變化，保證卷取溫度通卷控制平穩(wěn)，并定期對(duì)層流冷卻卻集管閥門響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行測試，控制噴水閥門開啟時(shí)間，減輕延遲對(duì)冷卻的影響。

2.5 軋機(jī)精度提升

通過更換精軋支撐輥小車、采用激光熔覆防腐、更換F1～F7下支撐輥滑板等提升軋機(jī)設(shè)備精度，使軋機(jī)剛度得到有效恢復(fù)。尤其是上游機(jī)架剛度恢復(fù)較為明顯，軋機(jī)剛度提升幅度4.54%～6.38%。

2.6 層冷設(shè)備改造升級(jí)

層流冷卻增加強(qiáng)冷區(qū)域長度，加入兩組反饋水（精調(diào)），對(duì)原有的蝶閥進(jìn)行處理更換，并且在層冷下每根集管處加裝蝶閥，實(shí)現(xiàn)層冷下噴單根集管水量可控，保證帶鋼下表面冷卻均勻。

2.7 調(diào)整高強(qiáng)鋼終軋、卷取溫度目標(biāo)值

以冷軋反饋板形問題最為強(qiáng)烈的某高強(qiáng)鋼種為切入點(diǎn)進(jìn)行板形調(diào)試。終軋溫度按照880±30 ℃控制，卷取溫度通卷按照650±30 ℃控制，頭尾采用“U形”卷取，通卷板形良好，無浪形及瓢曲缺陷。

為深入研究卷取溫度對(duì)板形的影響機(jī)理，分別對(duì)卷取溫度720℃及650℃時(shí)的產(chǎn)品進(jìn)行取樣分析。卷取溫度720℃時(shí)頭部6m與頭部30m晶粒度相差1.5～3個(gè)晶粒度，組織分布不均勻，而650℃時(shí)頭部6m與30m對(duì)比同位置晶粒度僅相差0.5，組織更為均勻，帶鋼縱向不易出現(xiàn)應(yīng)力差，有利于板形控制。

2.8 微中浪軋制調(diào)試

為彌補(bǔ)帶鋼兩側(cè)溫差，調(diào)試時(shí)采用微中浪控制，3D模型顯示為肋浪，結(jié)合多次現(xiàn)場及平整機(jī)組跟蹤，肋浪在開卷時(shí)實(shí)物板形為雙邊浪形，微中浪控制未能達(dá)到理想狀態(tài)。為解決此類寬板CVC軋機(jī)彎輥力作用不完全導(dǎo)致的肋浪問題，后續(xù)更改CVC輥形進(jìn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證輥形對(duì)產(chǎn)品板形影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，F(xiàn)7出口兩側(cè)肋浪明顯加重，

2 300 mm產(chǎn)線精軋成品機(jī)架輥形對(duì)產(chǎn)品實(shí)物板形影響較為明顯。

根據(jù)軋制過程中軋輥有害變形區(qū)大小，合理設(shè)計(jì)軋輥輥型，可以有效減少中間浪、邊浪等現(xiàn)象的產(chǎn)生[3]。精軋輥形曲線選擇最為合適的支撐輥輥形曲線，原曲線輥形波動(dòng)范圍為0～1 mm，新曲線變?yōu)?～0.537 mm波動(dòng)。測量采用新CVC輥形曲線的下機(jī)輥磨損程度，新曲線磨損更為對(duì)稱均勻，利于實(shí)現(xiàn)微中浪控制。

3 結(jié) 論

1）通過在二級(jí)模型中優(yōu)化工作輥輥溫計(jì)算參數(shù)和竄輥補(bǔ)償系數(shù)，可提高板形設(shè)定精度，利于操作員對(duì)板形的控制。

2）終軋溫度、卷取溫度命中率提高后，確保冷軋高強(qiáng)鋼產(chǎn)品終軋、卷取溫度通板穩(wěn)定，有效降低帶鋼縱向溫差，對(duì)保證板形控制起到積極的促進(jìn)作用。

3）軋機(jī)精度恢復(fù)后，軋機(jī)剛度提升明顯，利于模型參數(shù)對(duì)板形控制的自學(xué)習(xí)調(diào)整，同時(shí)層流冷卻設(shè)備改造后，帶鋼下表面冷卻均勻性得到提升。

4） 通過對(duì)冷軋高強(qiáng)鋼熱軋溫度工藝進(jìn)行調(diào)整，卷取溫度按照650±30 ℃控制，頭尾采用“U形”卷取時(shí)，通過取樣檢驗(yàn)分析，組織更為均勻，帶鋼縱向不易出現(xiàn)應(yīng)力差，有利于板形控制，實(shí)物通卷板形良好。

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