汽車鋼冷連軋軋機(jī)張力控制優(yōu)化

陳苗苗

【摘 要】軋制張力是冷軋過程中的一個重要參數(shù)，不僅影響冷軋軋制規(guī)程的制定，更是軋制穩(wěn)定的一個必要條件。合理調(diào)節(jié)軋制張力，不僅可以改善板形，降低軋機(jī)負(fù)荷，同時還可以通過調(diào)整張力改變帶鋼的前滑量，防止打滑跑偏事故的發(fā)生。邯寶冷軋廠于2010年6月投產(chǎn)，投產(chǎn)以來，由于張力控制不當(dāng)，軋制過程中經(jīng)常出現(xiàn)帶鋼跑偏和軋裂事故。為了提高酸軋機(jī)組軋制穩(wěn)定性，邯寶冷軋廠在對汽車用鋼應(yīng)力—應(yīng)變曲線進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，不斷優(yōu)化機(jī)架間張力系數(shù)，帶鋼跑偏軋裂事故明顯減少。

【關(guān)鍵詞】汽車；鋼冷連軋軋機(jī)；張力控制；分析

1導(dǎo)言

經(jīng)對剝落輥的宏觀剝落形貌、化學(xué)成分、顯微組織的分析，結(jié)合剝落輥的使用和磨削記錄，可以得出該軋輥的剝落是由于前期軋制事故造成的表面裂紋未完全消除所致，軋輥帶表面裂紋上機(jī)使用過程中，裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展直至剝落；為避免該類問題的再次發(fā)生，需在軋輥檢測設(shè)備機(jī)理、渦流門檻值設(shè)定、事故輥處置等方面做更多的工作。

2冷連軋生產(chǎn)工藝

冷連軋是用熱軋鋼卷為原料，經(jīng)酸洗去除氧化皮。其成品為軋硬卷，由于連續(xù)冷變形的冷作硬化使軋硬卷的強(qiáng)度、硬度上升、韌塑指標(biāo)下降，因此沖壓性能將惡化，只能用于簡單變形的零件。軋硬卷可作為熱鍍鋅廠的原料，因?yàn)闊徨冧\機(jī)組均設(shè)置有退火線。一般冷連軋板、卷均應(yīng)經(jīng)過連續(xù)退火（CAPL機(jī)組）或罩式爐退火消除冷軋硬化及軋年應(yīng)力，達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的力學(xué)性能指標(biāo)。冷軋鋼板的表面質(zhì)量、外觀、尺寸精度均優(yōu)于熱軋板，且其產(chǎn)品厚度可薄至0.18MM左右。以軋鋼卷為基板進(jìn)行產(chǎn)品的深加工，成為高附加值產(chǎn)品。如電鍍鋅、熱鍍鋅、而指紋電鍍鋅、彩涂鋼板卷及減振復(fù)合鋼板、PVC復(fù)膜鋼等，使這些產(chǎn)品具有美觀、高抗腐蝕等優(yōu)良品質(zhì)。冷連軋帶鋼生產(chǎn)包括：酸洗、冷軋、脫脂、退火、平整、精整、鍍涂層等工序，是軋鋼領(lǐng)域生產(chǎn)效率最高、自動化控制最完善的生產(chǎn)部門，代表了軋鋼技術(shù)的最高水平。我國冷軋帶鋼生產(chǎn)線的改造與新建已陸續(xù)展開。因此，有必要對當(dāng)前國內(nèi)外冷連軋先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行了解，希望能夠?qū)ξ覈溥B軋技術(shù)發(fā)展起到推進(jìn)作用。

3冷連軋生產(chǎn)

3.1連軋機(jī)組的構(gòu)成

世界第1套冷連軋機(jī)組于1924年在美國建成，形式為四輥3機(jī)架。以后為軋制更薄的帶鋼，出現(xiàn)了4機(jī)架、5機(jī)架冷連軋機(jī)組。20世紀(jì)60年代，美國楊斯頓板管公司為了生產(chǎn)0.1mm以下的鍍錫板，建成了世界第1套6機(jī)架冷連軋機(jī)組。之后，日本和德國也裝備了6機(jī)架冷連軋機(jī)組。實(shí)際生產(chǎn)表明，6機(jī)架冷連軋機(jī)組所生產(chǎn)的薄板，退火后其力學(xué)性能不如二次冷軋的效果好。故目前新建或改造的冷連軋生產(chǎn)線基本上以4機(jī)架和5機(jī)架為主。現(xiàn)代化冷連軋機(jī)組以四輥或六輥軋機(jī)構(gòu)成，生產(chǎn)速度超過1000m/min。日本川崎制鐵千葉2號冷連軋生產(chǎn)線生產(chǎn)速度超過2800m/min，是世界上軋制速度最快的機(jī)組之一。

3.2帶鋼的全連續(xù)生產(chǎn)

1971年日本鋼管福山廠首先進(jìn)行鋼卷焊接后的連續(xù)軋制。連續(xù)軋制與單卷穿帶軋制相比，加減速過渡階段減少，穩(wěn)態(tài)軋制過程增加。無論是否進(jìn)行前后卷動態(tài)變規(guī)格，軋制力等工藝參數(shù)的波動及帶鋼的厚度偏差都優(yōu)于單卷軋制。目前，冷連軋生產(chǎn)發(fā)展到將不同生產(chǎn)工序連接起來，構(gòu)成聯(lián)合生產(chǎn)線進(jìn)行生產(chǎn)。包括：酸洗-冷連軋聯(lián)合生產(chǎn)，冷連軋-連續(xù)退火聯(lián)合生產(chǎn)，酸洗-冷連軋-連續(xù)退火聯(lián)合生產(chǎn)。在聯(lián)合生產(chǎn)線中，冷連軋與連續(xù)退火聯(lián)合生產(chǎn)的難度較大，除1982年日本新日鐵廣廠建成的聯(lián)合生產(chǎn)線外，還未見其他報(bào)道。目前，新建和改造的冷連軋生產(chǎn)線大多采用酸洗-冷連軋聯(lián)合生產(chǎn)線。

3.3雙機(jī)架可逆冷軋工藝

隨著薄板坯連鑄連軋技術(shù)的廣泛應(yīng)用，熱軋薄帶鋼的產(chǎn)品厚度達(dá)0.8mm。為了適應(yīng)薄規(guī)格熱軋?jiān)暇淼奶攸c(diǎn)，一種雙機(jī)架可逆式冷軋機(jī)出現(xiàn)并得到應(yīng)用。冷軋帶鋼生產(chǎn)主要有2種形式：單機(jī)架可逆軋機(jī)及多機(jī)架連軋機(jī)組。單機(jī)架可逆軋機(jī)受到產(chǎn)量的限制，通常在35萬t/a以下，若生產(chǎn)0.3mm以下鍍錫板，產(chǎn)量一般在10萬t/a左右。連軋機(jī)組產(chǎn)量只有在100萬t/a以上才有較高的生產(chǎn)效率（不包括以鍍錫板生產(chǎn)為主的冷軋機(jī)·組）。而雙機(jī)架可逆冷軋機(jī)可以填補(bǔ)兩者之間的空缺，適于薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線產(chǎn)品的冷軋生產(chǎn)。雙機(jī)架可逆冷軋機(jī)用于生產(chǎn)薄規(guī)格冷軋板和鍍錫板，最大產(chǎn)量可達(dá)100萬t/a，最大生產(chǎn)速度可達(dá)1600m/min。雙機(jī)架可逆冷軋機(jī)生產(chǎn)靈活，可以進(jìn)行2、4、6道次軋制，可以兼用冷軋機(jī)和平整機(jī)，既可保證產(chǎn)量，又可實(shí)現(xiàn)多品種、多規(guī)格、小批量生產(chǎn)。與單機(jī)架可逆冷軋機(jī)和連軋機(jī)組相比，雙機(jī)架冷軋從產(chǎn)量、設(shè)備投資、生產(chǎn)成本等綜合指標(biāo)上均具有較強(qiáng)的市場競爭優(yōu)勢。

4張力的分類和作用

張力分為前張力和后張力，一般力的方向與軋制方向相同稱為前張力，反之稱為后張力。前、后張力對軋制的影響不同，在變形區(qū)內(nèi)，帶鋼從入口至出口逐漸受到壓縮。中性面前，帶鋼主要受到后張力的影響，也是主要的變形區(qū)，中性面之后受到前張力的影響。前、后張力均能夠降低軋制負(fù)荷，降低軋制力。后張力使前滑減小，前張力使前滑增加，前、后張力同時增加，軋制力會明顯降低，且后張力對降低軋制力效果較前張力更加明顯。若一味增加后張力，會導(dǎo)致整個變形區(qū)全部成為后滑區(qū)，使軋機(jī)打滑，破壞軋制的穩(wěn)定性。在連軋機(jī)中，前機(jī)架的前張力為下一機(jī)架的后張力，因此一定要合理設(shè)定前、后張力，才能確保軋制的穩(wěn)定運(yùn)行。

5 冷連軋機(jī)組張力設(shè)定的優(yōu)化

5.1機(jī)架間張力的優(yōu)化

在實(shí)際生產(chǎn)中，由于軋制工況的不同，帶鋼的屈服極限強(qiáng)度與試驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差比較大，因此確定帶鋼在實(shí)際工況下道次軋制后的屈服強(qiáng)度是張力設(shè)定的關(guān)鍵。在冷軋機(jī)組二級系統(tǒng)中設(shè)定單位張力過程中，首先需要在一級系統(tǒng)中輸入加工應(yīng)變原始曲線和原始數(shù)據(jù)，從而可以得出鋼種的張力系數(shù)。在軋制模型中，系統(tǒng)會根據(jù)實(shí)際軋制力記錄自學(xué)習(xí)后的實(shí)際應(yīng)力—應(yīng)變曲線。因此可以根據(jù)系統(tǒng)自學(xué)習(xí)記錄的真實(shí)強(qiáng)度，設(shè)定優(yōu)化機(jī)架間張力。在2016年生產(chǎn)中，該機(jī)組多次出現(xiàn)HC250IF帶鋼機(jī)架間軋裂、跑偏以及HC340/590DP一機(jī)架后帶鋼跑偏事故。查詢系統(tǒng)自學(xué)習(xí)的應(yīng)力—應(yīng)變曲線，發(fā)現(xiàn)HC250IF真實(shí)強(qiáng)度遠(yuǎn)高于1級設(shè)定強(qiáng)度，因此將該鋼種各個機(jī)架的張力系數(shù)提高。

5.2軋機(jī)入口張力的確定

軋機(jī)入口張力除了與帶鋼本身的強(qiáng)度有關(guān)外，還與軋機(jī)入口張力輥電機(jī)能力有關(guān)，所以入口張力受到電機(jī)能力的限制，部分鋼種無法達(dá)到模擬計(jì)算值。邯寶冷軋酸軋機(jī)組軋機(jī)入口張力上限值為300k N，實(shí)際總張力一般不超過260kN。

5.3卷曲張力的確定

卷曲張力與軋機(jī)出口板型控制系統(tǒng)、AGC控制系統(tǒng)以及硬芯卷曲系統(tǒng)有關(guān)。如果出口張力設(shè)定太大，會造成鋼卷在罩式退火時粘鋼；如果卷曲張力太小，會造成塌芯、錯層、塔形等質(zhì)量缺陷。

6結(jié)論

冷連軋機(jī)組張力參數(shù)的設(shè)定與原料鋼種和機(jī)架壓下率有關(guān)。根據(jù)不同鋼種的加工應(yīng)力-應(yīng)變曲線以及該機(jī)架的壓下率，設(shè)定合適的張力，才能確保軋制穩(wěn)定性。在實(shí)際生產(chǎn)中，同一鋼種在不同的工況下，應(yīng)力-應(yīng)變曲線與試驗(yàn)數(shù)據(jù)有較大誤差，因此設(shè)定機(jī)架間帶鋼張力也需要不斷根據(jù)前期軋制所計(jì)算的真實(shí)軋制力，去反推帶鋼在實(shí)際工況下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，從而不斷優(yōu)化張力參數(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳金山，王君，岑一鳴，付博.1750mm冷連軋精沖鋼的連續(xù)退火工藝[J].中國冶金，2016，26（03）：7-12.

[2]鄧飛.X射線測厚儀在安鋼冷連軋中的應(yīng)用[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016（06）：13.

[3]王崇云，王海龍，袁淑玉.硅鋼冷連軋活套設(shè)備安裝新技術(shù)[J].安裝，2015（07）：35-38.

[4]王海龍，袁淑玉.硅鋼冷連軋軋機(jī)牌坊吊裝技術(shù)[J].安裝，2015（06）：43-46.

[5]陳金山，李長生，付博.精沖帶鋼冷連軋生產(chǎn)過程的卷取分析[J].中國冶金，2015，25（05）：1-5+35.

[6].世界最先進(jìn)硅鋼冷連軋酸軋線太鋼建成投運(yùn)[J].科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力，2014（05）：72.

（作者單位：河鋼集團(tuán)邯鋼公司冷軋廠）