罐式集装箱罐体用不锈钢板表面质量控制研究

2014-12-31姚春荣罗永欣

机械工程与自动化 2014年2期

姚春荣，罗永欣

（南通中集罐式储运设备制造有限公司，江苏南通 226300）

0 引言

在罐式集装箱的生产过程中，不锈钢原板除了需要具有良好的力学性能、弯曲性能外，其耐高温、耐腐蚀性能也是衡量罐式集装箱质量的重要因素。一般来说，为了提高其耐腐蚀性能，往往需要在不锈钢表面进行酸洗钝化以形成一层保护钝化膜，保护膜的质量直接决定了集装箱的耐腐蚀性能。而不锈钢生产过程中其表面划痕、热划伤以及振纹等缺陷的存在会极大地影响到钝化膜的性能，因为表面缺陷会在形成钝化膜后显现出来，而且会影响到内表面钝化膜的均匀性，进而影响到罐式集装箱的抗腐蚀性能［1－3］。为此，如何通过改善罐式集装箱不锈钢板的表面质量来提高罐式集装箱的使用寿命就成为现场技术攻关的焦点。

1 罐式集装箱罐体用不锈钢表面存在的缺陷

为了研究罐式集装箱用不锈钢常见缺陷的产生机理，特以某不锈钢厂六辊轧机为研究对象，对不锈钢原板的表面缺陷进行了大量的现场统计与跟踪，发现表面缺陷主要有以下几种（见图1）：①在带钢表面有细小的划痕，并沿轧制方向不断延长，宽度约为1mm，长度沿整卷带钢几乎不间断，如图1（a）所示，一般是由于轧辊与带钢间打滑而引起，称之为划痕；②缺陷不连续，长度约5cm，带钢表面成撕裂状，如图1（b）所示，一般是由于辊缝润滑不足引起，称之为热划伤；③带钢表面有间断的横向条纹，如图1（c）所示，一般是由于轧机振动引起，称之为振纹。

根据文献［4，5］，对于划痕缺陷，可采用划痕综合判断指标λ来衡量生产过程中划痕缺陷的产生概率，即：

其中：T1，T0为前张力和后张力；R′为工作辊压扁半径；P为总轧制压力；μ为摩擦系数；V为轧制速度；α为速度影响指数，一般α＝0.8～1.2；△h为压下量。

图1 罐式集装箱不锈钢常见生产缺陷

对于热划伤缺陷，一般是由于润滑不足导致变形区温度过高，润滑油膜破裂所致，一般用划伤指数φ来衡量其发生概率，即：

其中：ξ为当量油膜厚度；ξ′为临界当量油膜厚度。

轧机振动可以用振动系数Φ来进行衡量，即：

其中：E为弹性模量；rm为平均压下率；σc为带材屈服极限；σ1为平均张力；L为相邻机架间距离；h0为轧件入口厚度；ω为系统固有频率；R为工作辊半径。

上述指标中，划痕综合判断指标、划伤指数、振动系数的计算值越小，则说明表面发生缺陷的概率越小；反之，计算值越大，则说明缺陷发生的概率较大，一定程度后，需要进行调整。这样，就可以以此为基础建立表面质量控制的数学模型。

2 罐式集装箱用不锈钢板表面质量控制技术的实现

通过上述分析可以看出，不论是划痕、热划伤还是振动（变形区的润滑状况主要通过影响轧机的频率来影响振动）都与变形区的润滑状况密切相关，而在轧制工艺参数一定的情况下，变形区的润滑状况主要由工艺润滑制度（包括乳化液的流量w、乳化液的初始温度T、乳化液的浓度C）决定，其数学模型如式（4）所示，因此可通过控制工艺润滑制度来改善不锈钢的表面质量。

由于轧制过程中各缺陷的计算值最小，即判断该缺陷发生的概率最小，因此对于不锈钢板表面质量控制计算的目标函数可以用下式表示：

其中：β1，β2，β3为加权系数，且β1＋β2＋β3＝1；λ＊，φ＊，Φ＊分别为临界划痕判断指标、临界划伤指数、临界振动系数。当各参数的计算值小于其临界值时，就判断该缺陷没有发生；而当其中任意一个指标计算值大于临界值时，即判断该生产过程中，带钢表面会产生缺陷。这样，罐式集装箱用不锈钢板表面控制计算的优化计算模型可表示为：

对于这样一个简单的单目标寻优问题，运用鲍威尔法很容易就能得到一个合适的解。

3 罐箱罐体用不锈钢板表面质量控制技术的应用效果

为了提高罐式集装箱的整体质量，在技术上拉大与其他企业的差距，通过与不锈钢制造单位合作，从控制不锈钢板的表面质量入手，利用本文所述相关技术，对乳化液的相关参数进行优化，极大地降低了带钢表面缺陷发生的概率，提高了不锈钢板的表面质量。相关技术应用后，表面缺陷率从之前的0.075%下降到0.046%。另外，利用优化后的原板进行了后续加工，并对加工出来的样品进行了寿命测试，罐式集装箱的使用寿命也得到了很大的提高，带来了很大的经济效益。