平整后冷轧钢带表面的横向纹路及其控制

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1、平整后冷轧钢带表面的横向纹路及其控制韩玉龙;田荣彬;高军【摘 要】在包钢公司薄板厂,经平整的冷轧钢带表面出现横向纹路缺陷.鉴于这种情 况,根据横向纹路的特征和冷轧生产线平整机的特点 ,从原料供应、平整工艺和操作 设备精度等方面查找了钢带表面产生横向纹路的原因.结果表明,原料厚度波动超过20pm,原料不平度超过10 I,原料存在粘连，平整机开卷张力大于轧件屈服强度，平整 机运行速度长期设定在平整振动区间内,平整设备间隙过大等,是平整后冷轧钢带表 面出现横向纹路的主要原因.采取严格检查原料质量、规范平整机操作、恢复平整 设备精度等措施后,钢带表面横向纹路已明显减少.期刊名称】上海金属年(卷),期】

2、2018(040)006【总页数】6页(P74-7&83)关键词】 横向纹路;冷轧钢带;平整;厚度波动;振动 【作 者】 韩玉龙;田荣彬;高军【作者单位】 内蒙古包钢钢联股份有限公司,内蒙古包头 014010;内蒙古包钢钢联股份有限公司,内蒙古包头 014010;内蒙古包钢钢联股份有限公司,内蒙古 包头014010正文语种】 中 文平整是冷轧钢带生产的关键工序，对产品的最终质量具有至关重要的作用。经平整 的冷轧钢带往往存在材料屈服强度超标以及板形缺陷和表面缺陷，其中表面缺陷最 为常见。表面缺陷一直是国内外钢厂最感棘手的问题之一，其形式各异，又难以消 除。近年来，在包钢薄板厂1750冷轧平整机组

3、，横向纹路（以下简称“横纹”）缺 陷（形貌见图1）困扰着现场，支撑辊更换周期由原来的15天缩短到了 12天，严 重影响了包钢产品的质量信誉和向客户的交货期。包钢冷轧平整机是由意大利DANIELI公司于2004年成套提供的设备，机组设计 年产量80万t，为单机架四辊结构，配置液压AGC系统、正负弯辊技术、轧制线 调节系统，具有干/湿两种生产方式，最大轧制力10 MN，最大延伸率3%，主电 机功率1 300 kW，机组最大速度1 000 m/min，成品厚度0.25 3.00 mm，宽 度 960-1 600 mm。涉及的钢种主要有 CQ、DQ、DDQ、HSLA、IF、 50W1000、50W60

4、0 等。图 1 横纹的典型形貌 Fig.1 Typical pattern of the cross grains1 包钢1750冷轧平整机的生产特点 包钢1750冷轧平整机的原料绝大部分来自上道薄板坯连铸连轧生产线（以下简称 CSP生产线），根据其上、下道工序及生产组织模式，主要有如下一些特点。1.1热轧CSP供料作为包钢薄板厂的配套项目，1750冷轧平整机大部分热轧原料来自CSP生产线。 由于CSP生产线自身的工艺特点，其热轧卷的屈服强度比常规生产线热轧卷的屈 服强度要高20 MPa左右；热轧卷的晶粒度更加细小，比常规生产线热轧卷的晶 粒度大1-2 级1；热轧钢带氧化铁皮更加致密，导致在冷

5、轧生产时轧机负荷偏大， 板形难以控制，酸洗后钢带表面粗糙度低，轧后反射率偏低。二者之间的对比见图 2（包钢CSP原料与包钢常规热连轧原料对比，以普通低碳钢为例）。图2 CSP生产线和常规生产线生产的热轧带钢卷的力学性能对比Fig.2Comparison of mechanical properties of the hot-rolled strip coils produced in CSP and conventional production lines1.2 酸轧机组碳钢硅钢混合轧制 包钢薄板厂冷轧生产线主要设备见表1。酸洗轧机联合（以下简称酸轧）机组为保证 下道工序连续生产，采用硅钢和

6、碳钢混合轧制的工艺，全月硅钢作业时间超过 20%，乳化液中灰分含量经常出现大于1 500x10-6的情况，乳化液系统不能进 行有效更新，钢带表面残留的铁粉和硅泥较多，钢带表面反射率基本维持在 40%50%。1.3 钢带罩式炉退火时易粘连 虽然包钢配备了清洗线，但吨钢50元左右的生产成本在当下低迷的市场状况下， 除个别效益较好的产品外，普板不具备清洗条件。为提高钢带的反射率，减少平整 机组出现斑迹缺陷的概率，采取在罩式炉中于轧制油挥发温度对钢带进行退火等措 施，但也提高了粘连缺陷产生的概率。表 1 包钢薄板厂的主要装备 Table 1 Main equipments in Baotou CSP

7、plant 装 备名称装备数量设计年产量/万t酸轧机组1条140清洗线1条30罩式退火炉42 座炉台81.6平整机组1条80重卷分卷1条28横切机组1条12镀锌机组1条 40硅钢连退线1条201.4 平整与重卷不匹配 重卷分卷机组主要起分卷和检查钢带表面质量的作用。由表1可知，平整与重卷 分卷机组生产率不匹配，平整机组需要分切大量钢卷，大约有60%以上的钢卷需 要经过平整机组进行切分，同时受到车辆装载方案的影响，部分钢卷需要由1个 大卷分成3个小卷，造成平整机组频繁加、减速以保证钢卷的分切，加大了平整 机工作辊和支撑辊打滑的概率。1.5 轧辊运输运距长 包钢在对冷轧生产线进行物流设计时，考虑场

8、地因素，将酸轧车间（含酸再生站和 乳化液站）设计在轧辊加工间与罩式炉平整车间之间，弊端是平整辊需要依靠汽车 倒运，并且运距较长，因此，在制订后期的工艺制度时，考虑到轧辊运输的制约因 素，将轧辊的正常换辊周期初步定为1 500 t,未充分考虑到轧辊磨损造成的钢带 表面粗糙度降低而引起的打滑现象。2 冷轧钢带表面产生横纹的原因 横纹一般具有以下特点：肉眼可见，精细致密，明暗交替，与轧制方向垂直。在轧 制方向有连续横纹和非连续横纹2。横纹与轧制钢带的几何尺寸有一定的关联， 轧制钢带越窄越薄，横纹的出现越频繁，同时轧制速度以及升降速的加速度对横纹 的出现和消除都具有对应关系。2.1 上道工序 在绝大多

9、数情况下，平整机采用延伸率控制模式，延伸率是平整后轧件的变形量与 轧件原始长度的比值，轧件长度通过安装在平整机前后的带码盘的测量辊测定。延 伸率的调整主要通过调整平整机 AGC 液压缸压力或 AGC 液压缸伸出位置来实现， 轧件延伸率控制原理如图3所示。因此，酸轧引起的原料厚度波动，酸轧产生的 原料浪形和表面残留物，罩式炉退火产生的粘接缺陷都会导致轧件延伸率波动，进 而在轧辊表面形成振痕，最终在钢带表面产生横纹。首先，酸轧工序引起的原料厚度波动势必引起平整机轧制力的波动。正常情况下，酸轧机组引起的原料厚度波动为413 pm,轧制力波动很小。但在酸轧机组进行 动态变规格、升降速操作等特殊情况下，

10、钢带厚度波动往往超过30 pm,极端情 况超过100 pm,引起平整轧制力大幅度波动，最终造成钢带表面出现横纹。图4 为酸洗、轧制后钢带厚度波动图。图 3 车M牛延伸率控制原理图 Fig.3 Schematic diagram of controlling elongation of the rolled piece图4酸洗、轧制后钢带厚度的波动图Fig.4 Variation range of thickness of thesteel strip after pickling and rolling 其次，原料的板形缺陷使平整机难以调整。大的浪形缺陷使平整机需要大的变形量 才能调整到位。根

11、据材质，包钢冷轧平整机一般采用0.8%的延伸率平整钢带。钢 带不平度计算公式：(1)式中：I为钢带的不平度值；h为钢带波浪高度；丨为钢带波浪间隔。0.8%的延伸 率不能修正10 I以上的浪形。因此，在实际生产中，通过平整机改善原料浪形缺 陷的效果有限，最终产生类似应变痕状的横纹。第三，包钢1750冷轧平整机上道酸轧工序采用硅钢、碳钢混合轧制工艺，表面残 留的铁粉、硅泥较多，酸轧工序产生的表面残留物在罩式炉退火的密闭环境中难以 有效去除，用平整液洗不干净，因此进入平整机的退火钢带表面摩擦因数不均匀， 造成轧制力偏差大，从而产生横纹。最后，由于罩式炉退火的特点，钢带在加热和冷却过程中会形成径向温度

12、梯度，造 成钢卷层间存在压应力。在压应力作用下，钢带层间局部凸起处将产生塑性变形， 增加层间紧密接触面积。由于变形引起晶格畸变，使空位、位错等缺陷增多，界面 区能量增高，铁原子处于激活状态，极易产生扩散，形成金属键链接。同时在高温 下，铁原子扩散速度加快，当扩散到一定深度时，金属键链接变成冶金链接，即形 成了粘接，平整后钢带表面形成马蹄状印迹，即粘接缺陷。马蹄状缺陷倒印在轧辊 表面，在后续加工过程中钢带表面形成横纹。平整的目的主要是消除材料的屈服平台，使钢带表面获得理想的粗糙度，调整板形使钢带平直。因此，冷轧平整开卷张力和延伸率的选择、平整液的流量和浓度、轧辊更换周期和粗糙度、轧制速度、轧机板

13、形控制等，都会引起材料的弹塑性变形及 平整机打滑等现象，最终产生横纹。冷轧平整开卷张力最大为41 kN，在生产窄薄料过程中，张力设置过大会造成开卷过程中钢带进入弹塑性变形区，平整后表面形成横纹。同理，根据图3，平整工 艺的延伸率过小也会造成轧制力降低，钢带进入弹塑性变形区进而形成横纹。冷轧平整液一般用水溶性防锈剂、表面活性剂及多种功能添加剂配制而成，具有良 好的防锈和清洗性能及一定的润滑性。平整液润滑性过好会造成钢带与工作辊之间 工作辊与支撑辊之间的摩擦因数降低而出现打滑，从而产生横纹。同理，在一个换 辊周期内，随着平整轧制压下的增加，轧辊表面粗糙度降低，也会导致打滑而产生 横纹。冷轧平整生产

14、中，普遍存在平整机振动现象。在支撑辊使用的初期，平整机系统的 振动以自激振动为主；在稳定轧制过程中，因工作辊与支撑辊的相对运动而在支撑 辊表面形成振纹。在支撑辊使用的中、后期，系统的振动为强迫振动和自激振动共 存，由振纹引起的强迫振动进一步加速了振纹的形成。振动系统的等效阻尼系数计 算公式为3：(2)式中：Q为压力不均影响系数；v为轧制速度；E为材料的弹性模量；b为轧件宽 度；R为工作辊弹性压扁半径；Ah为平整机压下量；L为轧件入口到开卷机之间 的距离；3为振动角频率；h为轧件原始厚度。由式(2)可以看出，平整机的振动 与轧制速度成正比，轧制速度与由振纹产生的横纹关系密切。2.3 平整设备机架

15、自身振动势必引起辊系振动4- 5。牌坊与支撑辊轴承座间隙过大、支撑辊轴 承座装配不合适、支撑辊辊头与传动轴十字包间隙过大、上下支撑辊辊径差等，都 会造成轧辊在高速运行时产生振动，从而产生振痕类的横纹。设备不稳定的原因主要是轧制过程中接触钢带的工作辊出现窜动6。工作辊窜动 主要有径向窜动和横向窜动两种，都属于非正常情况，都是平整机各单元之间间隙 过大所致。此外，传动齿轮、传动接头均会有磨损，如果超出技术文件规定的范围， 轻则产生振动引发横纹，重则发生打齿、掰轴等恶性事故。3 预防横纹的措施3.1 上道工序原料 为消除横纹及其类似缺陷对钢带质量的影响，在酸轧工序采取了以下措施。 (1)在轧件的几何

16、尺寸方面，建立全流程质量追溯制度，对厚度超机组保证值的钢 带标注卷号和超差位置长度，如果超差部分在钢带头尾则在平整工序切除，超差部 分在钢带中间则该部分在平整工序采用空过操作；对平整卷板形也做相应的记录，对头尾不平整部分的不平度不提要求；原料不平度10 I以下采用0.8%的延伸率， 10-15 I采用1.5%的延伸率，15-25 I采用2.0%的延伸率，25 I以上，考虑 到加工硬化，采用2.0%的延伸率。如不能消除板形缺陷则降级处理。(2)在轧制润滑和清洁方面，严格控制酸轧机组的乳化液指标。前面机架要保证轧 机有足够的润滑，尽量降低钢带的表面粗糙度。末机架要将浓度降低至0.8%-1.2%，将

17、温度控制在53 57 C,并对钢带反射率进行监控。酸轧轧后反射率低 于40%的，上清洗线清洗。包钢1750冷轧平整前酸轧乳化液的技术要求列于表2。表2酸轧机组用乳化液的技术要求Table 2 Technical requirements for emulsion used in pickling- rolling set 浓度/%温度/C皂化值/( mgg-1)电导率 /( uscm-1 )灰分/x10-6铁粉/x10-614机架指标 2.50.2522(17530010005005 机架指标 1.00.2552(175300500300控制粘连方面，在酸轧机组末机架使用毛化辊，毛化辊粗糙度为

18、3.5 pm,将酸 车b后钢带的表面粗糙度控制在1.2 pm以上，如果粗糙度低，则更换工作辊。其次， 保证卷取机卷取张力为27 N/mm2，并在每天对卷取张力测量辊张力检测值进行 校准，以确保测量系统准确。还有，在钢带进行罩式炉退火时，如果发生温度波动， 则适当延长保温时间，但需控制钢带在再结晶温度以上的总时间不超过3 h。3.2 平整工艺首先，在原料板形方面，平整机采用凸度辊，轧辊凸度设定为0.25 mm，一方面 可以有效消除边浪板形缺陷，另一方面可使轧件在轧制中心线稳定轧制。其次，针 对不同钢种、不同厚度的钢带，结合冷轧板的屈服强度，重新设定开卷张力，避免 钢带进入弹塑性变形区。第三，与平

19、整液生产厂合作进行平整液成分改进，以改善 清洗性能，降低润滑性能，提高防锈性能，降低平整机产生振动的概率。第四，平 整机振动与速度成正比，因此应进行变速轧制，即经常改变平整机振动频率，以降 低轧辊振痕出现的概率。此外，采用低速开轧、板形稳定后高速轧制的方法来调整 轧机。第五，严格执行上料温度制度，钢卷温度在40 C以下方可进入平整机生产。最后，重新制定轧辊使用制度，工作辊每间隔100 km更换一次，并测定平整出 口钢带的表面粗糙度，同一平面内偏差超过0.2 pm即进行更换；将上下工作辊辊 径差控制在0.1 mm以内；将上下支撑辊辊径差控制在0.2 mm以内。3.3 平整设备钢带产生周期性横纹的

20、原因主要是相关设备间隙过大。预防措施主要在于间隙的测 量、记录和调整。首先，定期测量工作辊、支撑辊与牌坊之间的间隙7，工作辊 轴承座与牌坊的间隙应小于0.5 mm8，支撑辊轴承座与牌坊之间的间隙应小于 0.2 mm，如超标，则调整或更换轧辊两侧铜滑板。其次，定期测量支撑辊传动扁 头与传动轴扁头套之间的间隙，将其控制在0.05-0.12 mm，定期涂抹干油减振， 在间隙过大时更换或调整扁头套耐磨版。第三，定期测量工作辊、支撑辊轴向、径 向窜动间隙，工作辊轴向/径向间隙按照(0.160.02) mm/(0.30.02) mm进行调 整，支撑辊轴向/径向间隙按照(0.220.02) mm /(0.5

21、0.02)mm进行调整。最后， 当调整间隙无效平整机依然振动，则拆掉上支撑辊传动扁头及相应传动轴，改成下 辊单辊传动，也可有效消除因上下辊系传动扭矩异向耦合、上下轧制力不均等原因 产生的横纹。4 结论 通过对包钢1750冷轧平整机上道酸轧工序、罩式炉退火工艺、平整工艺、平整设 备等方面进行综合分析，采取了将原料板的厚度波动控制在20 pm以内，将原料 板的不平度控制在10 I以内，控制原料板表面粗糙度，减少有粘连缺陷的钢带， 优化平整机工作辊辊型，恢复平整机支撑辊与牌坊之间的间隙等一系列措施后，经 平整的冷轧钢带表面的横纹已大幅度减少，支撑辊的更换周期也能维持在15天左 右，提升了企业的效益。

22、参考文献【相关文献】1 杨兴亮以csp热轧卷为原料的冷轧产品压下率的优化C/薄板坯连铸连轧技术交流与开发协 会第四次技术交流会论文集.马鞍山:中国工程院产业工程科技委员会薄板坯连铸连轧技术交流与开 发协会，2006.2 谢志江，谢思远.四辊冷轧平整机振纹问题研究J.世界科技研究与发展，2011 , 33(4) : 531- 533.3 侯福祥，张杰，史小路，等冷轧平整振纹实测研究J.北京科技大学学报，2007 , 29(6): 613- 616.4 NEssLER G L,CORY J F. Identification of chatter sources in cold rolling m

23、illsJ.Iron and steel Engineer, 1993, 70(1) : 40- 45.5 NEssLER G L,CORY J F. Cause and solution of fifth octave backup roll chatter on 4- h cold mills and temper millsJ.Iron and steel Engineer,1989, 66(12) : 33- 37.蒲虎兵，陈文斌，胡宏军冷轧平整机工作辊周期性横条纹分析与消除J.涟钢科技与管理， 2015(2):22- 25.7彭仕军，梁民勤，郭志杰.1 550 mm平整机支撑辊振动纹分析与改进J柳钢科技，2015(6):27- 29.8王泽济，陈培林，汪晨冷轧平整过程振动纹产生机理研究J.冶金设备，2003(1) : 18- 21.