CN101811142A

CN101811142A - 高强度冷轧带钢的轧制控制方法

Info

Publication number: CN101811142A
Application number: CN200910046535A
Authority: CN
Inventors: 路凤智; 张清东; 吴彬; 姜正连; 饶志雄; 邹美平; 杨凯夫; 柯重建
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd; University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd; University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2009-02-24
Filing date: 2009-02-24
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2029-02-24
Also published as: CN101811142B

Abstract

本发明公开了一种高强度冷轧带钢的轧制控制方法，在所述轧制过程中使用具有组合辊形曲线的支持辊，该组合辊形曲线包括：一中部曲线，其设于所述组合辊形曲线的中部；两直线倒角，其对称分设于所述中部曲线的两侧，且该两直线倒角的宽度均为50～100mm，其高度均为0.5～1.5mm。本轧制控制方法操作简单，支持辊加工方便且成本低，使用本方法能够提高承载辊缝的横向刚度，增强普通冷轧机的板形控制能力以获得良好的高强钢板形，为轧后工序稳定通板提供基础。同时，它还可以有效地减少轧辊辊耗，提高轧辊的服役周期，从而显著降低生产成本，故推广及应用前景良好。

Description

高强度冷轧带钢的轧制控制方法

技术领域

本发明涉及一种冷轧带钢的板形控制方法，尤其涉及一种强度达到600MPa及以上、板形难以控制的高强度冷轧带钢的轧制控制方法。

背景技术

在汽车、建筑等行业都需要使用大量的冷轧板带，并且基于减重节能、降低成本的考虑，它们也越来越要求使用更薄的钢板，这就对带钢的机械性能提出了更高的要求。为了确保使用中的安全性，目前的高强钢逐渐向着薄规格、高强度的方向发展，因此板形问题也变得日益突出。

由于高强钢的屈服极限高，这就意味着在冷连轧时，冷轧机的各机架都应具备相对较大的轧制力，而600MPa及以上高强钢的轧制力已经非常大，这必然会造成辊系的挠曲严重、辊缝凸度大，从而导致高强钢在轧制时容易产生浪形缺陷。对于常规的四辊冷连轧机，控制高强钢的边浪板形缺陷的方法是使用较大凸度的工作辊，以此来增加正弯辊力。例如，对于宝钢公司的2030型冷连轧机，在生产高强钢时，该冷连轧机的各个机架使用大凸度的工作辊(凸度值达到0.2mm，甚至更高)，同时使用的正弯辊力也已经基本达到极限情形。然而，即便如此，对于600MPa及以上高强钢的浪形缺陷仍然不能得到有效的控制和消除。

此外，过大的工作辊凸度还会产生其他的不利因素：①过大的工作辊凸度会造成辊系的不稳定，使压下倾斜过大，进而会造成支持辊的不对称磨损，致使带钢出现单边浪的板形缺陷；②过大的工作辊凸度会造成支持辊中部的磨损量相对较大，轧辊服役的后期容易出现四分之一浪；③过大的工作辊凸度将使轧辊的磨损量增加，轧辊辊耗增加，支持辊的服役周期缩短、换辊次数增多，降低轧机的作业率，增加因换辊产生的不合格带钢量，进而影响带钢的成品质量水平。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强度冷轧带钢的轧制控制方法，以解决现有的600MPa及以上高强钢在冷轧时存在的工作辊凸度过大、板形难以控制并易产生缺陷、轧辊辊耗高以及支持辊服役周期短的问题，从而增强普通冷轧机的板形控制能力以获得板形良好的高强钢，并为轧后工序稳定通板提供基础。

本发明的技术构思如下：根据板形理论的相关研究表明，带钢的板形控制并非仅仅涉及到冷轧机的单机架和单个道次，而是与各机架或各道次的协调控制以保持轧制前后带钢的横截面形状几何相似有关。而且，在板形控制中也存在着遗传问题，即上一个机架或道次的板形缺陷将会部分地传递到下一个机架或道次，并对成品带钢的板形质量产生影响。冷轧来料的板廓正常与否是保证冷连轧稳定轧制的因素之一，这也对冷轧出口带钢的板形质量产生重要影响，而稳定、良好的板形则是高强钢轧后工序稳定通板的关键。如果来料的楔形度较大，则会引起轧制时带钢跑偏，容易出现单边浪的缺陷。要实现这种板形控制要求，则应对来料的板廓提出一定的要求。进一步地，针对冷轧机中的支持辊、工作辊及板形控制目标曲线等的设计思路如下：

(1)支持辊的特殊辊形设计

支持辊的辊形设计总体原则：①支持辊的辊形曲线选取应能确保辊缝的基本凸度点处于理想范围内，减小或消除有害接触区，并且获得更大的辊缝横刚度和调节域，从而可以消除边浪和降低工作辊凸度。因为如果提高了辊缝横刚度，在轧制高强钢时较大的轧制力就会引起较小的辊缝凸度改变，辊缝凸度对轧制力改变的适应性增强，轧制力较大的产品与轧制力较小的产品的板性控制易于兼容。②减少支持辊的横向不均匀磨损，抑制服役期内支持辊的在线辊形变化，以提高支持辊辊形的自保持性，保持辊缝的基本凸度点不发生明显的漂移和辊缝横刚度与调节域不产生明显的劣化。③提高首机架的板形消化能力，稳定首机架出口带钢的板形；稳定最终机架入口带钢的板形，降低最终机架的板形调节负荷。

(2)工作辊凸度的配置

为了控制高强钢的边浪，现有的冷连轧机一般采用较大的工作辊凸度，这容易引起轧制状态不稳定、压下倾斜过大，进而造成支持辊的不对称磨损现象，并且过大的工作辊凸度将会造成支持辊中部的磨损量相对较大，轧辊辊耗增加。因此，工作辊凸度的设计是板形控制的辅助措施，它的具体配置大小可以通过计算机进行有限元仿真计算获得。

(3)最终机架的轧制模式

对于最终机架，采用恒轧制力模式将其作为平整机使用，并控制变形率值＜6％，这样将有利于稳定控制带钢的板形，实现无边浪或微边浪、小中浪的板形控制效果。

(4)板形控制目标曲线的设定

在冷轧生产中，用户可能会要求特殊的板形，所以大部分冷轧薄板还需要进行二次成形，这就需要预设定控制系统的最终控制结果，即设定板形控制目标曲线，以满足用户对不同板形的要求。该目标曲线是板形控制系统调节带钢板形(由板形仪测得的前张应力)应达到的目标，它代表了生产者所期望的实物板形质量。在带钢轧制过程中，由于各种因素的影响，带钢的纵向延伸在宽度方向上经常是不均匀的，以致会产生沿横向分布不均匀的纵向残余应力差。如果残余应力差沿横向分布不均匀程度超过一定范围，就会引起带钢的翘曲变形，造成板形缺陷问题。如果在轧制时能由板形检测辊测量，并显示出与张应力横向分布相对应的轧后带钢纵向残余应力的横向分布，即可控制带钢最终的实际板形状态。然而，由于各种因素的影响及后续机组的特殊要求，实际的情形并不理想，轧后带钢的最终实际板形与轧制时在线实测的板形存在一定差别。因此，设定板形目标曲线的目的就是要补偿这些影响因素，并能满足下道工序的要求，即采用对应于一定板形缺陷的板形目标曲线，这样实际的板形才能平坦。

在轧制过程中，变形使得带钢在宽度方向上存在着温度差，它将引起带钢沿横向出现不均匀的热延伸，这反映为卷取张力沿横向产生不均匀温度附加应力。这一不均匀温度附加应力(或应变)与相应的温度差成正比，在一定条件下，带钢横向两点间存在1℃的温度差将导致2.5Mpa的应力差(或1.2IU)。因此，可以通过获取生产现场的大批量实测数据来确定带钢的温度场，然后再采用微中浪的控制模式来补偿温度引起的板形变化。这种微中浪模式不会引起带钢在线的板形屈曲，不会对带材和接触式板形测量辊的接触产生影响而致使测量信号无效。

本发明的目的是这样实现的：一种高强度冷轧带钢的轧制控制方法，在所述轧制过程中使用具有组合辊形曲线的支持辊，所述组合辊形曲线包括：一中部曲线，其设于所述组合辊形曲线的中部；两直线倒角，其对称分设于所述中部曲线的两侧，且该两直线倒角的宽度均为50～100mm，其高度均为0.5～1.5mm。

优选地，所述中部曲线由多项式函数

构成，其中，x是该中部曲线上任一点与该中部曲线中点的直线距离；A_2i为辊形系数，其通过一种多目标全局优化算法进行选优计算获得，该选优计算的目标函数是使得轧机横刚度最大，约束条件包括：

①弯辊调控功效至少提高20％；

②辊缝基本凸度值处于0-30μm；

③辊间接触压力分布不均匀度值＜1.3；以及

④辊形曲线凸度值＞0.08mm；

在该选优计算的迭代过程中，每计算一次目标函数与约束条件，需要先通过离线仿真来计算轧机的承载辊缝形状与辊间接触压力的分布，然后求出轧机横刚度、弯辊调控功效以及辊缝基本凸度值指标。

优选地，所述选优计算通过使用二维变厚度有限元软件或通用有限元软件进行。

优选地，在所述轧制过程中使用凸度值≤0.2的工作辊。

优选地，在所述轧制过程中使用比例凸度值＜0.05且楔形度与板厚的比值＜0.04的带钢来料。

优选地，所述轧制采用五机架普通四辊冷连轧机进行。

优选地，所述高强度冷轧带钢的轧制控制方法还包括步骤：

1)通过测量出口位置的所述带钢宽度方向上的若干标志点的温度值，来确定该带钢沿宽度方向的离散温度分布，再经数据拟合后获得该带钢的温度场；

2)将所述带钢的板形控制目标曲线设为微中浪模式，以补偿温度引起的板形变化，并控制所述带钢的中部与其边部的延伸率差为10±2IU。

优选地，所述五机架普通四辊冷连轧机中工作辊的凸度值被分别设置为：

第1机架：0～0.1；

第2机架：0～0.1；

第3机架：0～0.1；

第4机架：0～0.1；以及

第5机架：0.05～0.2。

优选地，所述五机架普通四辊冷连轧机中工作辊的凸度值均被设置为：0～0.1。

优选地，所述第5机架采用恒轧制力模式，且其变形率值＜6％。

本发明由于采用了以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下优点和积极效果：本发明高强度冷轧带钢的轧制控制方法的操作简单，支持辊加工方便且成本低，使用本方法能提高承载辊缝的横向刚度，增强普通冷轧机的板形控制能力以获得板形良好的高强钢，并为轧后工序稳定通板提供基础。同时，它还可以有效地减少轧辊辊耗，提高支持辊的服役周期，显著降低生产成本，因此具备良好的推广及应用前景。

附图说明

以下结合附图和具体实施例来对本发明作进一步说明。

图1为支持辊的辊形曲线示意图。

图2为支持辊的原始辊形曲线及磨损辊形曲线的对比图。

附图标记说明：

1-中部曲线中点 2-中部曲线上任一点 L_B-辊身长度

L-直线倒角宽度 H-直线倒角高度 H₀-辊形曲线凸度

x-中部曲线上任一点与中部曲线中点的直线距离

具体实施方式

如图1所示，这是在本发明高强度冷轧带钢的轧制控制方法中所采用的支持辊辊形曲线示意图，该辊形曲线是由一中部曲线与两直线倒角混合而成。即，该组合辊形曲线的中部由一多项式函数构造而成，这对于不同宽度的带钢都可使得辊缝基本凸度点处于理想范围内；在该中部曲线的两侧是完全相同的直线倒角，该两直线倒角均被用于减小或消除有害接触区。

请参考图1，图中的x是上述中部曲线上任一点2与该中部曲线中点1的直线距离，L_B是辊身长度，H₀是辊形曲线凸度；A_2i为辊形系数，它是通过使用二维变厚度有限元软件或者其他的通用有限元软件进行一种多目标全局选优计算而获得，该选优计算的目标函数是使得轧机横刚度最大，约束条件包括：弯辊调控功效至少提高20％、辊缝基本凸度值处于0-30μm、辊间接触压力分布不均匀度值＜1.3以及辊形曲线凸度H₀＞0.08mm，并且在选优计算的迭代过程中，每计算一次目标函数与约束条件，首先需要通过离线仿真来计算轧机的承载辊缝形状与辊间接触压力的分布，然后求出轧机横刚度、弯辊调控功效以及辊缝基本凸度值指标。另外，上述的两直线倒角的宽度L均为50～100mm，其高度H均为0.5～1.5mm，所以倒角区将不会进入带钢的宽度范围内，否则会在带钢边部出现辊印。此外，如果倒角高度过小，则在支持辊的服役后期，它的边部倒角将会被磨平，从而导致该支持辊的边部出现裂纹。

具有上述组合辊形曲线的支持辊的一个较佳实施例，已在宝钢的2030型五机架四辊冷连轧机上得以应用，其中第1～5机架的具体参数是通过使用有限元软件进行选优计算而获得：

第1～3机架支持辊的辊形系数A_2i：

A₂＝9.9067E-05；

A₄＝-1.882E-10；

A₆＝5.1581E-16；

A₈＝-1.1733E-26；

A₁₀＝10.2505E-33；

每一支持辊的辊形曲线中两直线倒角的宽度L均为100mm；

每一支持辊的辊形曲线中两直线倒角的高度H均为0.75mm；

第4～5机架支持辊的辊形系数A_2i：

A₂＝8.1230E-05；

A₄＝-1.7239E-10；

A₆＝4.1708E-16；

A₈＝5.9091E-26；

A₁₀＝0；

每一支持辊的辊形曲线中两直线倒角的宽度L均为100mm；

每一支持辊的辊形曲线中两直线倒角的高度H均为0.75mm。

此外，上述五个机架的工作辊凸度值分别为：0.05、0.05、0.05、0.05、0.1，第5机架采用恒轧制力模式，其变形率为4％。

此外，将高强度带钢的板形控制目标曲线设定为微中浪模式，带钢的中部与其边部的延伸率差为10IU。

请参阅图2，它示出了支持辊的原始辊形曲线和磨损辊形曲线的对比情况。在上述的支持辊下机后，其磨损辊形曲线与原始辊形曲线比较相近，这表明在服役过程中，支持辊与工作辊的接触压力持续保持相对较均匀的状态，磨损辊形并未出现凹坑、S形等严重的不合理现象，这充分表明了具备前述组合辊形曲线的支持辊确实具有良好的自保持性，从而可以使得该支持辊的服役周期从原来的12天延长至17天，显著提高了41.67％。

另外，为了对比说明具备上述组合辊形曲线的改进型支持辊的优点，发明人针对原2030型五机架四辊冷连轧机分别装备常规支持辊以及改进型支持辊后，运用有限元软件进行仿真计算，以对比二者的控制性能。由表1中的仿真计算结果可以看出，就第1～4机架而言，对于不同的带钢宽度，采用改进型支持辊后，其承载辊缝横向刚度分别增加了13.76％、27.20％、53.10％；就第5机架而言，对于不同的带钢宽度，采用改进型支持辊后，其承载辊缝横向刚度分别增加了5.77％、16.13％、48.52％。

表1承载辊缝横向刚度比较

综上所述，本发明高强度冷轧带钢的轧制控制方法操作简单，支持辊加工方便且成本低，使用本方法能够提高承载辊缝的横向刚度，增强普通冷轧机的板形控制能力以获得良好的高强钢板形，为轧后工序稳定通板提供基础。同时，它还可以有效地减少轧辊辊耗，提高轧辊的服役周期，从而显著降低生产成本，因此本发明方法具备良好的推广、应用前景。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims

1.一种高强度冷轧带钢的轧制控制方法，其特征在于：在所述轧制过程中使用具有组合辊形曲线的支持辊，该组合辊形曲线包括：

一中部曲线，其设于所述组合辊形曲线的中部；

两直线倒角，其对称分设于所述中部曲线的两侧，且该两直线倒角的宽度均为50～100mm，其高度均为0.5～1.5mm。

2.如权利要求1所述的高强度冷轧带钢的轧制控制方法，其特征在于：所述中部曲线由多项式函数

①弯辊调控功效至少提高20％；

②辊缝基本凸度值处于0-30μm；

③辊间接触压力分布不均匀度值＜1.3；以及

④辊形曲线凸度值＞0.08mm；

3.如权利要求2所述的高强度冷轧带钢的轧制控制方法，其特征在于：所述选优计算通过使用二维变厚度有限元软件或通用有限元软件进行。

4.如权利要求1所述的高强度冷轧带钢的轧制控制方法，其特征在于：在所述轧制过程中使用凸度值≤0.2的工作辊。

5.如权利要求1所述的高强度冷轧带钢的轧制控制方法，其特征在于：在所述轧制过程中使用比例凸度值＜0.05且楔形度与板厚的比值＜0.04的带钢来料。

6.如权利要求1-5中任一项所述的高强度冷轧带钢的轧制控制方法，其特征在于：所述轧制采用五机架普通四辊冷连轧机进行。

7.如权利要求6所述的高强度冷轧带钢的轧制控制方法，其特征在于还包括步骤：

8.如权利要求6所述的高强度冷轧带钢的轧制控制方法，其特征在于：所述五机架普通四辊冷连轧机中工作辊的凸度值被分别设置为：

第1机架：0～0.1；

第2机架：0～0.1；

第3机架：0～0.1；

第4机架：0～0.1；以及

第5机架：0.05～0.2。

9.如权利要求6所述的高强度冷轧带钢的轧制控制方法，其特征在于：所述五机架普通四辊冷连轧机中工作辊的凸度值均被设置为：0～0.1。

10.如权利要求6所述的高强度冷轧带钢的轧制控制方法，其特征在于：所述第5机架采用恒轧制力模式，且其变形率值＜6％。