冷轧带钢产品板形质量缺陷的分析与控制

刘 涛

（邯钢品质部用户服务中心，河北 邯郸 056000）

随着我国加工制造业的快速发展，市场上对于各种规格高品质带钢产品的需求量越来越大。冷轧板带及汽车板、家电板等深加工产品已成为钢铁企业当前主要的利润增长点，各钢铁企业围绕提高冷轧产品质量开展了一系列的技术研发和质量改进，以满足市场客户不断提高的要求。冷轧带钢产品生产工序较多、工艺控制复杂、质量影响因素较多，任何一个环节出现问题都有可能导致产品的质量缺陷。在冷轧产品中，板形质量缺陷是比较显著，也是客户反映比较多的质量问题。冷轧带钢常见的板形缺陷有褶皱、浪行、瓢曲等，其缺陷问题的产生与加工原料、轧制过程等都有密切的关系。通过对缺陷产生原因的分析和对生产工艺的调整可以有效消除上述质量缺陷问题，提高客户对产品质量的满意度。本文对此进行了探讨。

1 冷轧带钢的板形控制

冷轧是常温条件下，利用冷轧机按照一定的规格尺寸对钢板、热轧带钢等进行的轧制加工。因此，作为一种物理式的加工方式，带钢的板形质量缺陷主要来自于轧件的机械性能，以及轧制加工的各项参数。冷轧生产中由于各种原因造成的板带横断面形状和平直度不良问题，均可归结为带钢的板形缺陷。板带横断面形状是指宽度方向上板带厚度的分布规律，由于冷轧时压扁变形远小于轧辊弯曲挠度，因此对于带钢横断面形状通常以凸度作为其描述特征和控制对象；平直度主要是指带钢翘曲，包括板带各种浪形，在轧制时应尽量排除。各种浪形的均会对板带的后期加工性能带来影响。而板形控制的目的就是要严格保证凸度和平直度这两项指标，保证轧材长度方向的平直和横向厚度的均匀。轧制生产时，保证视在板形和潜在板形的尺寸误差都在允许范围内。在冷轧生产中，轧辊的热膨胀、磨损、受力变形以及辊缝形状、开度等，都可能导致板形缺陷。因此带钢板形问题也是多种因素综合作用的结果。通过对辊缝间隙、辊形、轧辊应力分布等参数的调整，可使带钢平直度和凸度得到有效改善。

2 冷轧带钢产品常见的板形缺陷与原因分析

带钢板形主要包括板带的平直度和凸度，因各种原因造成的平直度和凸度不良，均可被视为带钢的板形缺陷。根据缺陷部位的不同，板形缺陷主要可分为：边浪、中间浪、肋浪、复合浪等。并且各种缺陷问题的成因也有所不同。根据缺陷位置和形态的不同，板形缺陷主要可分为：中间浪、肋浪、边浪、复合浪等。无论哪种板形缺陷，其成因都主要来自于板宽方向上各纵向纤维的不均匀延展。一定程度内的拉伸不会产生板形问题，而当压力超过某一临界值时，则会产生不同形式的屈曲，导致各种板形缺陷问题。

2.1 边浪

边浪是分布在带钢单边或是双边的不均匀凸起。表现为带钢边部凸起部位延伸大于中部，导致带钢在边部纵向方向上高低不平。边浪缺陷表现为带钢一边或二边延伸大于中部延伸，导致带钢在边部和在纵向上出现的高低不平，边部出现不均匀凸起的情况。根据边浪产生部位的分布，其缺陷还可分为单边浪和双边浪。无论是单边浪还是双边浪，其缺陷问题都与轧制过程有关。其中单边浪的原因主要有以下：①热轧料板板形凸度不良，料板存在的较为严重的边浪问题在冷轧工序时难以消除；②轧制时轧制力控制不良，两侧轧制力相差过大，而轧制力较小的一侧则会出现较大的凸起形成边部浪行；③轧机在轧制和穿带时由于由于倾斜值调整不当而导致的一侧偏轧；④由于轧辊或是带钢两侧温度相差较大，导致带钢两侧热凸度变形不同和轧制力分配不同，继而导致单侧边浪。

双边浪则是同时发生于带钢两侧的不均匀凸起。其形成原因主要有以下：①弯辊控制不当。弯辊控制是通过外加弯矩作用以达到调节工作辊辊缝目的的一种工艺操作方式。如果正负弯辊力调节不当的话，则会导致两侧轧制力分布不均，继而引起双边浪缺陷；②轧制力过大，导致带钢铁质向两侧挤压继而形成双边浪。由此而形成的比较严重双边浪缺陷通过调节弯辊力是无法消除的；③轧辊辊形不良，工作辊凸度值过小，导致带钢边部压下量过大，继而形成双边浪。

2.2 中间浪

中间浪是带钢中间部位出现的凸起，是由于带钢中部延伸大于边部延伸而形成的。形成中间浪的原因：①冷轧带材原料缺陷，本身就存在严重的中间浪形，在后续的冷轧生产中即使通过调节弯辊力和增加压下量也无法将其消除；②轧制时由于正弯辊力过大，使带钢中部出现较大的延伸，形成中间浪；③工作辊辊型不良，凸度过大，致使带钢中部承受较大的轧制力和出现较大的延伸，继而形成中间浪；④轧辊中部过热的话也有可能导致工作辊凸度增大，形成中间浪。其形成机理与工作辊辊型不良而引起的中间浪相似。

2.3 肋部浪形

肋部浪形是指出现在带钢横向上中间与边部之间部位的浪形缺陷，一般又称为四分之一浪。肋部浪形产生的原因主要与工作辊的磨损变形有关。是出现在带钢横向板宽约四分之一范围内的浪形。肋浪出现的主要原因：①工作辊在长时间的轧制作业后，辊面会出现局部不均匀的磨损。轧制时，磨损部位的轧制力以及带钢对应位置的延展度都会小于其它部位，继而在该部位出现浪形；②中间辊抽动值偏大；③工作辊冷却不均，工作辊各部位特别是肋部凸度变化较大，导致该部位延展较大形成肋部浪形。

2.4 复合浪

复合浪是以上几种浪形有两种以上同时出现的情况。其原因主要与轧辊表面质量缺陷有关。①轧制前没有对轧辊进行升温预热，导致轧辊在轧制时因受热不均而出现不均匀的热膨胀变形以及不规则的凸度变化，也必然会导致带钢出现各种板形质量问题。②轧辊轧制力过大，与带钢表面接触时导致接触面出现不均匀磨损而出现浪形。

3 带钢板形控制的技术措施

带钢板形是评价其外观质量的重要指标之一，板形平直、凸度均匀是高精度、高品质带钢板形的重要特征。冷轧带钢优良的板形对于其后续的剪切加工等有着很大的影响，而且无法改善。因此，冷轧环节必须要对板形进行控制，保证其具有良好的平直度和凸度。板形控制是冷轧机组的核心技术，主要是利用由自动板形控制系统（AFC）、液压自动厚度控制系统（AGC）等组成的自动控制系统，通过对轧辊压下量、辊缝等工艺参数的调节，以及温度、轧辊凸度等不确定因素影响下对轧制力的精确补偿，实现对带钢板形的精确控制。通过对带钢轧制过程和缺陷产生机理的分析可知，造成板形缺陷的生产工艺因素主要包括：热轧原料板形缺陷、弯辊力调节不当、轧辊与轧件相对位置不正、轧辊磨损及凸度不均匀。通过对各种板形缺陷的原因分析可知，造成板形缺陷的生产工艺因素主要包括：原料板形缺陷、弯辊力调整不当、轧辊位置不正、轧辊不均匀磨损、轧辊预热及冷却不良等。可采取以下措施来控制和消除板形缺陷。

3.1 保证原料板板形质量

相对于热轧来说，冷轧对于板形的影响和改善更为有限。因此，如果热轧原料板存在较大的板形缺陷的话，在冷轧生产环节是很难对其进行弥补和矫正的。原料板中存在的板形缺陷也会留在冷轧产品上。因此，严格把控来料的板形质量对于后续的冷轧加工来说至关重要。应加强对原料板的质量检测，发现原料板存在高度超过20mm的浪形缺陷时，应及时封存停用；同时与热轧工段联系，查找原料板板形缺陷的原因，从原材料环节消除对冷轧板带质量的影响。

3.2 选择凸度值合理的轧辊

凸度值是影响带钢板形的重要因素，在很大程度上影响着轧机的实际辊缝；因而也在很大程度上决定了轧制后带钢横断面的形状和厚度。如果是凸度值较小或是为零的平辊，轧制时由于带钢对轧辊的反作用力，轧辊辊面会产生一定的弹性形变，在中间部位形成凹陷状的辊缝辊形。在这种辊缝辊形条件影响下，轧制出的带钢也必然会随辊面形态，呈现出中间厚、两侧薄的板形，导致板带浪形缺陷。因此，冷轧生产在选择轧辊时，一定要选择具有一定凸度值的轧辊，以抵消和缓解轧制时轧辊可能发生的弹性形变。而选择原始工作辊时，其辊凸度值也并非是越大越好，应以正常生产条件下辊身温度、辊身磨损和轧制力变化为基准，保证其凸度值与所产生的弹性形变处在相对平衡的状态。再通过自动控制系统的各种补偿功能，实现对轧件外形质量的精确控制。如果轧辊凸度值过大的话，则可能导致轧件在巨大的轧制力下发生横向窜动和偏轧；严重时导致板形缺陷甚至是断带事故。

3.3 通过轧辊预热合理调节轧辊的热凸度

轧辊在轧制时必然会因温度升高而发生膨胀，使轧辊凸度值增加继而影响板形。由此而形成的轧辊凸度变化称之为轧辊的热凸度。生产实践表明，轧辊热凸度变化在复杂的温度和压力影响下是非常不均匀的，一般是中间部位温度高、热凸度大；而两端的温度和热凸度变化较小。使得轧辊中部与边部出现比较明显的热膨胀差，这也必然会对带钢板形造成影响。为了减少因热凸度值不均匀而导致的板形缺陷，需要在轧制前对轧辊进行均匀的预热，使其热凸度值均匀变化。轧辊预热时需要制定合理的热辊制度，保证辊面能够较为均匀地加热至相应温度；再就是通过喷射乳化液来保证热辊的均匀性。

3.4 调整液压弯辊

调整弯辊力是改善辊形的较为立竿见影的措施之一。为了抵消巨大轧制力及其反作用力影响下轧辊的弯曲变形，要调节液压弯辊对轧制时轧辊出现的弹性弯曲变形进行补偿。具体如何补偿调节，则要视带钢浪形出现的位置来确定。通过改变辊缝形态和调整弯辊量予以调节。

3.5 建立合理的换辊制度

轧辊作为与带钢直接接触的部件，在长时间的轧制生产中，其辊面磨损也是非常严重的。使用时间越长、轧件硬度越高、轧制力越大，则辊面的磨损越严重。其磨损部位也会反映在带钢表面，形成表面的质量缺陷。因此，需要根据生产情况建立合理的换辊制度。根据轧件的规格、硬度等特征；并视辊面的磨损情况制定合理的换辊周期，以此来改善板形和减少板形缺陷。

4 结语

冷轧产品的板形缺陷问题主要来自于原料板和轧制过程。通过控制原料板质量、调整弯辊力和严格执行热辊、换辊制度，可使这些板形缺陷问题得到有效矫正。冷轧带钢板形缺陷是可以通过改善工艺操作予以控制和消除的，主要措施包括控制原料板形、调整液压弯辊、调整轧辊热凸度、改变道次压下率等等。而液压AGC等自动控制技术的应用，更是进一步提高了板形控制的精确度，有效保证了冷轧产品的板形质量。通过优化调整工艺参数，建立控制模型，即可实现对冷轧带钢板形的良好控制，保证冷轧产品的板形质量，为企业赢得了市场客户的好评。