汽车钢冷连轧轧机张力控制优化

陈苗苗

【摘 要】轧制张力是冷轧过程中的一个重要参数，不仅影响冷轧轧制规程的制定，更是轧制稳定的一个必要条件。合理调节轧制张力，不仅可以改善板形，降低轧机负荷，同时还可以通过调整张力改变带钢的前滑量，防止打滑跑偏事故的发生。邯宝冷轧厂于2010年6月投产，投产以来，由于张力控制不当，轧制过程中经常出现带钢跑偏和轧裂事故。为了提高酸轧机组轧制稳定性，邯宝冷轧厂在对汽车用钢应力—应变曲线进行研究的基础上，不断优化机架间张力系数，带钢跑偏轧裂事故明显减少。

【关键词】汽车；钢冷连轧轧機；张力控制；分析

1导言

经对剥落辊的宏观剥落形貌、化学成分、显微组织的分析，结合剥落辊的使用和磨削记录，可以得出该轧辊的剥落是由于前期轧制事故造成的表面裂纹未完全消除所致，轧辊带表面裂纹上机使用过程中，裂纹进一步扩展直至剥落；为避免该类问题的再次发生，需在轧辊检测设备机理、涡流门槛值设定、事故辊处置等方面做更多的工作。

2冷连轧生产工艺

冷连轧是用热轧钢卷为原料，经酸洗去除氧化皮。其成品为轧硬卷，由于连续冷变形的冷作硬化使轧硬卷的强度、硬度上升、韧塑指标下降，因此冲压性能将恶化，只能用于简单变形的零件。轧硬卷可作为热镀锌厂的原料，因为热镀锌机组均设置有退火线。一般冷连轧板、卷均应经过连续退火（CAPL机组）或罩式炉退火消除冷轧硬化及轧年应力，达到相应标准规定的力学性能指标。冷轧钢板的表面质量、外观、尺寸精度均优于热轧板，且其产品厚度可薄至0.18MM左右。以轧钢卷为基板进行产品的深加工，成为高附加值产品。如电镀锌、热镀锌、而指纹电镀锌、彩涂钢板卷及减振复合钢板、PVC复膜钢等，使这些产品具有美观、高抗腐蚀等优良品质。冷连轧带钢生产包括：酸洗、冷轧、脱脂、退火、平整、精整、镀涂层等工序，是轧钢领域生产效率最高、自动化控制最完善的生产部门，代表了轧钢技术的最高水平。我国冷轧带钢生产线的改造与新建已陆续展开。因此，有必要对当前国内外冷连轧先进生产技术进行了解，希望能够对我国冷连轧技术发展起到推进作用。

3冷连轧生产

3.1连轧机组的构成

世界第1套冷连轧机组于1924年在美国建成，形式为四辊3机架。以后为轧制更薄的带钢，出现了4机架、5机架冷连轧机组。20世纪60年代，美国杨斯顿板管公司为了生产0.1mm以下的镀锡板，建成了世界第1套6机架冷连轧机组。之后，日本和德国也装备了6机架冷连轧机组。实际生产表明，6机架冷连轧机组所生产的薄板，退火后其力学性能不如二次冷轧的效果好。故目前新建或改造的冷连轧生产线基本上以4机架和5机架为主。现代化冷连轧机组以四辊或六辊轧机构成，生产速度超过1000m/min。日本川崎制铁千叶2号冷连轧生产线生产速度超过2800m/min，是世界上轧制速度最快的机组之一。

3.2带钢的全连续生产

1971年日本钢管福山厂首先进行钢卷焊接后的连续轧制。连续轧制与单卷穿带轧制相比，加减速过渡阶段减少，稳态轧制过程增加。无论是否进行前后卷动态变规格，轧制力等工艺参数的波动及带钢的厚度偏差都优于单卷轧制。目前，冷连轧生产发展到将不同生产工序连接起来，构成联合生产线进行生产。包括：酸洗-冷连轧联合生产，冷连轧-连续退火联合生产，酸洗-冷连轧-连续退火联合生产。在联合生产线中，冷连轧与连续退火联合生产的难度较大，除1982年日本新日铁广厂建成的联合生产线外，还未见其他报道。目前，新建和改造的冷连轧生产线大多采用酸洗-冷连轧联合生产线。

3.3双机架可逆冷轧工艺

随着薄板坯连铸连轧技术的广泛应用，热轧薄带钢的产品厚度达0.8mm。为了适应薄规格热轧原料卷的特点，一种双机架可逆式冷轧机出现并得到应用。冷轧带钢生产主要有2种形式：单机架可逆轧机及多机架连轧机组。单机架可逆轧机受到产量的限制，通常在35万t/a以下，若生产0.3mm以下镀锡板，产量一般在10万t/a左右。连轧机组产量只有在100万t/a以上才有较高的生产效率（不包括以镀锡板生产为主的冷轧机·组）。而双机架可逆冷轧机可以填补两者之间的空缺，适于薄板坯连铸连轧生产线产品的冷轧生产。双机架可逆冷轧机用于生产薄规格冷轧板和镀锡板，最大产量可达100万t/a，最大生产速度可达1600m/min。双机架可逆冷轧机生产灵活，可以进行2、4、6道次轧制，可以兼用冷轧机和平整机，既可保证产量，又可实现多品种、多规格、小批量生产。与单机架可逆冷轧机和连轧机组相比，双机架冷轧从产量、设备投资、生产成本等综合指标上均具有较强的市场竞争优势。

4张力的分类和作用

张力分为前张力和后张力，一般力的方向与轧制方向相同称为前张力，反之称为后张力。前、后张力对轧制的影响不同，在变形区内，带钢从入口至出口逐渐受到压缩。中性面前，带钢主要受到后张力的影响，也是主要的变形区，中性面之后受到前张力的影响。前、后张力均能够降低轧制负荷，降低轧制力。后张力使前滑减小，前张力使前滑增加，前、后张力同时增加，轧制力会明显降低，且后张力对降低轧制力效果较前张力更加明显。若一味增加后张力，会导致整个变形区全部成为后滑区，使轧机打滑，破坏轧制的稳定性。在连轧机中，前机架的前张力为下一机架的后张力，因此一定要合理设定前、后张力，才能确保轧制的稳定运行。

5 冷连轧机组张力设定的优化

5.1机架间张力的优化

在实际生产中，由于轧制工况的不同，带钢的屈服极限强度与试验数据误差比较大，因此确定带钢在实际工况下道次轧制后的屈服强度是张力设定的关键。在冷轧机组二级系统中设定单位张力过程中，首先需要在一级系统中输入加工应变原始曲线和原始数据，从而可以得出钢种的张力系数。在轧制模型中，系统会根据实际轧制力记录自学习后的实际应力—应变曲线。因此可以根据系统自学习记录的真实强度，设定优化机架间张力。在2016年生产中，该机组多次出现HC250IF带钢机架间轧裂、跑偏以及HC340/590DP一机架后带钢跑偏事故。查询系统自学习的应力—应变曲线，发现HC250IF真实强度远高于1级设定强度，因此将该钢种各个机架的张力系数提高。

5.2轧机入口张力的确定

轧机入口张力除了与带钢本身的强度有关外，还与轧机入口张力辊电机能力有关，所以入口张力受到电机能力的限制，部分钢种无法达到模拟计算值。邯宝冷轧酸轧机组轧机入口张力上限值为300k N，实际总张力一般不超过260kN。

5.3卷曲张力的确定

卷曲张力与轧机出口板型控制系统、AGC控制系统以及硬芯卷曲系统有关。如果出口张力设定太大，会造成钢卷在罩式退火时粘钢；如果卷曲张力太小，会造成塌芯、错层、塔形等质量缺陷。

6结论

冷连轧机组张力参数的设定与原料钢种和机架压下率有关。根据不同钢种的加工应力-应变曲线以及该机架的压下率，设定合适的张力，才能确保轧制稳定性。在实际生产中，同一钢种在不同的工况下，应力-应变曲线与试验数据有较大误差，因此设定机架间带钢张力也需要不断根据前期轧制所计算的真实轧制力，去反推带钢在实际工况下的应力-应变曲线，从而不断优化张力参数。

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（作者单位：河钢集团邯钢公司冷轧厂）