CN105803172B - 一种低碳钢冷轧发生碎边浪的预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低碳钢经过冷轧发生碎边浪的预测方法，针对原板化学成分重量百分比为C≤0.15%及其它合金元素的低碳钢，热轧厚度范围在1.8~2.5mm，宽度范围在700~1300mm，冷轧厚度范围在0.18~0.25mm，通过确定低碳钢的边部最低终轧温度来判断是否可能已进入两相区轧制，并辅助该处厚度跳跃量是否超限幅，以此来预测其冷轧后是否产生碎边浪，提前做好生产计划的准备。本发明提供的预测方法，可以准确识别热卷潜在缺陷，对缺陷进行提前预防管控，有效解决了过去冷轧后才能发现碎边浪缺陷且只能进行事后返修的问题。

Description

一种低碳钢冷轧发生碎边浪的预测方法

技术领域

本发明涉及一种预测方法，具体涉及一种低碳钢冷轧发生碎边浪的预测方法，属于冷轧带钢板型控制技术领域。

背景技术

镀锡板俗称“马口铁”，是指表面镀有纯锡的冷轧低碳薄钢板，它具有基体钢板的强度和成形性，以及表层锡的耐蚀性、易焊性和美观性，是一种非常好的包装材料，被广泛应用于食品罐、饮料罐、喷雾罐等容器领域。

随着各行业降本增效，对于镀锡板原料的厚度需求也是不断减薄，由原先的0.3mm左右，下降至0.25mm、0.22mm，现在已经下降至0.20mm以下了。为了保证材料具有成型性和强度，只能通过低碳、加合金的方式进行设计，由于C含量不高，而又需要厚度的减薄，对于钢厂的钢带制造过程难度越来越大，主要体现在两个方面：一是热轧厚度需要减薄，热量损失加快，终轧温度较难保证；二是冷轧厚度也需要减薄，冷轧机轧制极薄规格难度大、效率低。

根据Fe-C相图，C含量较低时，γ→α的固态相变温度Ar3较高。特别对材料C含量在0.15%的低碳钢，其在热轧轧制时的γ→α的Ar3温度就比较高。由于镀锡原板的热轧厚度比较薄，热轧的终轧温度保证比较困难。为了保证高的终轧温度，需要快速穿带，造成热轧机咬钢时容易发生打滑，加剧了局部的温度损失，由于热板边部的温降本身更大，容易造成边部区域在精轧时落在γ+α两相区轧制，在带钢的边部区域形成混晶。在冷轧过程中，边部混晶区域由于硬度低，其延伸比中部区域来得容易，延伸自然比中部区域大，从而产生了浪高小、浪距小的碎边浪。

混晶影响冷轧后边部板形的原理比较清晰，但由于热卷性能不均难以通过过程参数来确定，造成现场生产过程中此类缺陷比较难以发现和判断，对于热轧来说，此类钢种普遍存在轻微的咬入打滑，对于冷轧来说热卷的内在性能不均无法通过实物判断，因此造成了冷轧无管控的生产碎边浪卷、只能轧后返修处理，而热轧也不能定量对打滑问题进行控制。

中国专利公开号CN 103320685A的专利文件公布了一种硬质镀锡薄钢板及其生产方法，其中提到了终轧温度低造成两相区轧制形成冷轧轧后局部边浪的问题，该专利是通过化学成分的调整，增加C含量、降低了Ar3线，进而降低了终轧温度保证难度。但C含量的增加是提高了材料的强度，增加了冷轧机生产难度、降低了生产效率，同时未对提前预测局部碎边浪发生的方法进行研究。

中国专利公开号CN 103801580A的专利文件公布了一种兼顾板形的镀锌全硬钢冷轧边裂控制方法，提到控制热轧带钢边部温降，两侧除距边部15mm以内区域外，边部无混晶及变形组织。但也未对由于边部混晶造成冷轧后板形不良的如何定量判断进行研究和表述，因此，迫切的需要一种新的技术方案解决上述技术问题。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种低碳钢冷轧发生碎边浪的预测方法，主要解决目前薄规格低碳钢在冷轧生产时随机发生碎边浪、而无法提前进行把关，导致批量板形不良影响冷轧生产计划和物流的问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种低碳钢冷轧发生碎边浪的预测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤，

1）判断前提条件，原板化学成分重量百分比为C≤0.15%及其它合金元素的低碳钢，热轧厚度t范围在1.8~2.5mm，宽度b范围在700~1300mm，冷轧厚度范围在0.18~0.25mm；冷轧计划生产前，读取上料卷的化学成分和入口信息，具体包括：C和Mn、Cu、Cr、Ni、Ti、Al合金元素及入口厚度t、宽度b，判断上料卷是低碳钢、薄规格，判断条件如下：

C≤0.15%，且t∈[1.8mm,2.5mm]、b∈[700mm,1300mm]；

当满足上述条件时，进入下一步；

2）根据钢种的化学成分和厚度计算轧制相变点A_r3，可按如下公式理论计算：

——公式1

3）读取热轧生产过程数据采集系统中存储的材料终轧温度T_i中，并判断其中的最低点T_中min，记录下该处的长度位置，判断公式如下：

T_中min=Min（T_1中，T_2中，...，T_i中）

其中，所述终轧温度T_i中是在线测温仪对低碳钢长度方向上中线位置的终轧温度实测数据，每3米测量一个点，每个低碳钢的检测数据约为350个；

4）将带钢该处转换为边部带钢的终轧温度，转换方法为：

T_边min=T_中min-ΔT ——公式2

式中ΔT—带钢中部与边部的终轧温度的温差；

其中，所述带钢中部与边部的终轧温度的温差ΔT，查询下表1，根据现场实践经验按如下表获得：

表1 不同规格的带钢中部与边部终轧温度的温差经验表/℃；

注：该表数据适用于不具备边部加热功能的热轧机；

5）判断该边部是否进入两相区轧制，判断条件如下：

T_边min＜A_r3

该判断式为进入两相区轧制的必要条件，当满足时，进入下一步；

6）在热轧生产过程数据采集系统中存储的测厚仪对低碳钢长度方向上中线位置的厚度测量数据中，读取该终轧温度最低点位置处前后的10个厚度数据t_j，并计算相邻两点的厚度跳跃量Δt，厚度跳跃量Δt按如下方法计算：

Δt=|t_j-t_j-1|（j=1，2，...10） ——公式3

7）判断该处的厚度跳跃量最大值是否超标，作为判断该处带钢进入两相区轧制的充分条件：

Δt≥0.02*t

当满足上式条件，则判定该带钢会出现冷轧后碎边浪，将该低碳钢退出生产流程。

相对于现有技术，本发明的优点如下，由于材料组织从奥氏体向铁素体转变过程中，低碳钢边部终轧温度过低就造成边部组织局部进入两相区轧制，局部的铁素体异常长大，形成边部混筋，晶粒组织的不均匀对后续冷轧将形成板形不良，而对于低碳钢局部组织的不均匀是很难从外观上进行识别，目前只能从提高终轧温度或增加边部保温等措施进行定性改善；本发明从混筋出现的机理出发，结合现场轧制过程中的工艺特点，充分利用热轧终轧温度和厚度值的跟踪数据，对薄规格的低碳钢可能存在的材料组织不均导致冷轧后碎边浪的情况进行定量预测，改变了此类板形质量提前不可控的生产模式；本发明的预测方法准确度高且方法简便，具有很强的可执行性，在梅钢现场应用效果显著，避免了不可预计的板形质量损失，同时也有利于及时优化热轧过程控制；本发明方法的关键工艺参数选择理由如下：1）带钢中部与边部的温差，由于热轧轧制的特点，带钢是处于加热状态轧制的，在空气环境中和喷淋水的共同作用下，带钢在轧制过程中的温度是逐步下降的。带钢边部因为和空气、水直接接触，不可避免的，相应位置的温度要低于带钢中部。另外，根据热量传输的原理，带钢中部还受到两侧的热量供给，而带钢边部仅受到一侧的热量供给，因此带钢边部的热量损失是很大的。根据现场对精轧出口带钢横断面的温度实际测量，边部带钢的温度存在显著落差，一般要低30~50℃，如果环境温度低时，带钢边部与中部的温差还要大。从取得的终轧温度较低的热板典型金相来看，见图1，边部较1/4及中部处的组织显著粗大一些。根据热量传输理论，带钢表层与心部的距离越大，其两者的温差必然越大。相应的，带钢中部与边部的温差跟带钢宽度成正比，和厚度成反比，即带钢宽度越大、厚度越薄，带钢中部与边部的温差越大。经过现场多种规格的反复试验，将带钢中部与边部的终轧温度的温差值拟合成一张经验表，即所述表1，需注意的是，该表数据仅适用于不具备边部加热的热轧机，装备条件不同其具体数值不同，但可按此思路进行数据拟合。2）厚度局部跳跃量，由于温度测量的局限性，测量的是带钢中部位置，加上带钢表面与内部的温差，仅依靠终轧温度来判定带钢进入两相区轧制存在比较大的误差。由于带钢局部的终轧温度急剧降低，冷却较快，造成相应的位置强度显著增加，对轧制来说增加了变形难度，直接反映到轧制力上来，相同的轧制力设定下由于局部的材料强度增加造成变形量达不到目标值，即局部的厚度增厚。由于终轧温度局部存在低点，造成可能存在的两相区距离很短，因此厚度增厚也是瞬时出现，这是带钢进入两相区轧制的一个显著表象。因此，本发明认为可以通过厚度的瞬时跳跃来佐证进入两相区轧制。理论上来说，只要该处发生了局部的厚度跳跃，不管跳跃程度如何，带钢都应处于两相区轧制，但考虑到两相区轧制的程度对后续冷轧板形的影响度以及后工序可以接受的水平，对厚度跳跃程度进行界定。申请人经过多次试验，在热板厚度小于3mm以下的规格范围内，确定对冷轧板形产生较大影响的热轧板厚度跳跃量为0.02*t，当厚度跳跃量小于0.02*t，冷轧后也可能存在局部轻微的边部浪形，但存在的边部距离小且浪高浪距不严重，可以满足现有生产要求；当厚度跳跃大于0.02*t，冷轧后即会出现明显严重的局部碎边浪，不满足连退工序生产要求。

附图说明

图1 出现边部混晶的热板板宽方向的典型金相组织；

图2-5 存在局部边浪卷的终轧温度曲线。

具体实施方式

本实施例以宝钢某1422热轧给1420冷轧供的热卷原料为实施对象。下面以不同钢种、不同规格的材料的现场实际应用案例来对本发明进行说明。采用一种低碳钢经过冷轧发生碎边浪的预测方法。

实施例1：

冷轧机组下发生产计划中有某卷7676020300，该卷钢种为DQ0650K1。具体实施步骤为：

1）读取数据

该卷除Fe外的主要合金化学成分重量百分比为C：0.0355%、Mn：0.2796%、Cu：0.0212%、Cr：0.0148%、Ni：0.0092%、Ti：0.0004%、Al：0.0492%，该卷的厚度t为2.2mm，宽度b为975mm，该卷的C含量≤0.15%，且厚度∈[1.8mm，2.5mm]，属于薄规格低碳钢；

2）计算该材料的A_r3=870-440ω(C)-80ω(Mn)-20ω(Cu)-15ω(Cr)-55ω(Ni)-15ω(Ti)-25ω(Al)+0.35*(t-8)=827℃

3）根据图2的终轧温度曲线数据，判断该材料的中部终轧温度最低点为837℃，并获取该数据点处于该卷的头部约95m处；

4）根据该材料的厚度及宽度，从表1中获得该材料的边部较中部的温降为25℃，再计算该中部终轧温度最低点处位置的边部终轧温度为812℃；

5）将此边部终轧温度值812℃与该材料的A_r3进行比较，即812℃＜827℃，则判定此处带钢边部的终轧温度小于A_r3，进入下一步；

6）读取终轧温度最低点处前后的10个厚度数据，即带钢头部90~100m的厚度值，见表2，共计10个测量值，分别为2.239mm、2.211mm、2.212mm、2.227mm、2.198mm、2.265mm、2.212mm、2.229mm、2.209mm、2.190mm，厚度跳跃量分别为0.028mm、0.001mm、0.015mm、0.029mm、0.067mm、0.053mm、0.017mm、0.020mm、0.019mm；

7）该材料的极限跳跃量=0.02*t=0.02*2.2=0.044mm，而根据步骤6中比较获得该处最大的厚度跳跃量为0.067mm，大于极限跳跃量0.044mm，因此判定该材料冷轧后出现碎边浪，将该材料封锁、从生产计划中撤出。

表2 卷7676020300在头部90~100m的厚度值

。

实施例2：

冷轧机组下发生产计划中有某卷68041020200，该卷钢种为DP1451K1。具体实施步骤为：

1）读取数据

该卷除Fe外的主要合金化学成分重量百分比为C：0.0555%、Mn：0.2331%、Cu：0.0202%、Cr：0.0143%、Ni：0.0088%、Ti：0.0009%、Al：0.0210%，该卷的厚度t为2.0mm，宽度b为780mm，该卷的C含量≤0.15%，且厚度∈[1.8mm，2.5mm]，属于薄规格低碳钢；

2）计算该材料的A_r3=870-440ω(C)-80ω(Mn)-20ω(Cu)-15ω(Cr)-55ω(Ni)-15ω(Ti)-25ω(Al)+0.35*(t-8)=823℃

3）根据图3的终轧温度曲线数据，判断该材料的中部终轧温度最低点为841℃，并获取该数据点处于该卷的头部约110m处；

4）根据该材料的厚度及宽度，从表1中获得该材料的边部较中部的温降为25℃，再计算该中部终轧温度最低点处位置的边部终轧温度为816℃；

5）将此边部终轧温度值816℃与该材料的A_r3进行比较，即816℃＜823℃，则判定此处带钢边部的终轧温度小于A_r3，进入下一步；

6）读取终轧温度最低点处前后的10个厚度数据，即带钢头部105~115m的厚度值，见表3，共计10个测量值，分别为2.049mm、2.021mm、1.990mm、2.051mm、2.015mm、1.993mm、2.030mm、1.981mm、1.973mm、1.982mm，厚度跳跃量分别为0.028mm、0.031mm、0.061mm、0.036mm、0.022mm、0.037mm、0.049mm、0.008mm、0.010mm；

7）该材料的极限跳跃量=0.02*t=0.02*2.0=0.040mm，而根据步骤6中比较获得该处最大的厚度跳跃量为0.061mm，大于极限跳跃量0.040mm，因此判定该材料冷轧后出现碎边浪，将该材料封锁、从生产计划中撤出。

表3 卷68041020200的头部105~110m的厚度值

。

实施例3：

冷轧机组下发生产计划中有某卷6279020300，该卷钢种为AQ0940K1。具体实施步骤为：

1）读取数据

该卷除Fe外的主要合金化学成分重量百分比为C：0.0422%、Mn：0.2456%、Cu：0.0251%、Cr：0.0168%、Ni：0.0099%、Ti：0.0005%、Al：0.0355%，该卷的厚度t为2.3mm，宽度b为1075mm，该卷的C含量≤0.15%，且厚度∈[1.8mm，2.5mm]，属于薄规格低碳钢；

2）计算该材料的A_r3=870-440ω(C)-80ω(Mn)-20ω(Cu)-15ω(Cr)-55ω(Ni)-15ω(Ti)-25ω(Al)+0.35*(t-8)=828℃

3）根据图4的终轧温度曲线数据，判断该材料的中部终轧温度最低点为852℃，并获取该数据点处于该卷的头部约80m处；

4）根据该材料的厚度及宽度，从表1中获得该材料的边部较中部的温降为30℃，再计算该中部终轧温度最低点处位置的边部终轧温度为822℃；

5）将此边部终轧温度值822℃与该材料的A_r3进行比较，即822℃＜828℃，则判定此处带钢边部的终轧温度小于A_r3，进入下一步；

6）读取终轧温度最低点处前后的10个厚度数据，即带钢头部75~85m的厚度值，见表4，共计10个测量值，分别为2.299mm、2.298mm、2.312mm、2.296mm、2.292mm、2.324mm、2.324mm、2.366mm、2.306mm、2.328mm，厚度跳跃量分别为0.001mm、0.013mm、0.016mm、0.004mm、0.033mm、0.001mm、0.043mm、0.060mm、0.022mm；

7）该材料的极限跳跃量=0.02*t=0.02*2.3=0.046mm，而根据步骤6中比较获得该处最大的厚度跳跃量为0.060mm，大于极限跳跃量0.046mm，因此判定该材料冷轧后出现碎边浪，将该材料封锁、从生产计划中撤出。

表4 卷6279020300的头部75~85m厚度值

。

实施例4：

冷轧机组下发生产计划中有某卷60500260100，该卷钢种为DQ1840K1。具体实施步骤为：

1）读取数据

该卷除Fe外的主要合金化学成分重量百分比为C：0.0903%、Mn：0.3377%、Cu：0.0174%、Cr：0.0168%、Ni：0.0095%、Ti：0.0009%、Al：0.0429%，该卷的厚度t为2.0mm，宽度b为1050mm，该卷的C含量≤0.15%，且厚度∈[1.8mm，2.5mm]，属于薄规格低碳钢；

2）计算该材料的A_r3=870-440ω(C)-80ω(Mn)-20ω(Cu)-15ω(Cr)-55ω(Ni)-15ω(Ti)-25ω(Al)+0.35*(t-8)=799℃

3）根据图5的终轧温度曲线数据，判断该材料的中部终轧温度最低点为827℃，并获取该数据点处于该卷的头部约65m处；

4）根据该材料的厚度及宽度，从表1中获得该材料的边部较中部的温降为32℃，再计算该中部终轧温度最低点处位置的边部终轧温度为795℃；

5）将此边部终轧温度值795℃与该材料的A_r3进行比较，即795℃＜799℃，则判定此处带钢边部的终轧温度小于A_r3，进入下一步；

6）读取终轧温度最低点处前后的10个厚度数据，即带钢头部60~70m的厚度值，见表5，共计10个测量值，分别为2.011mm、1.998mm、2.002mm、2.047mm、2.008mm、2.013mm、2.039mm、2.015mm、2.029mm、2.011mm，厚度跳跃量分别为0.013mm、0.003mm、0.046mm、0.040mm、0.006mm、0.026mm、0.024mm、0.014mm、0.018mm；

7）该材料的极限跳跃量=0.02*t=0.02*2.0=0.040mm，而根据步骤6中比较获得该处最大的厚度跳跃量为0.046mm，大于极限跳跃量0.040mm，因此判定该材料冷轧后出现碎边浪，将该材料封锁、从生产计划中撤出。

表5 卷60500260100的头部60~70m厚度值

。

需要说明的是上述实施例仅仅是本发明的较佳实施例，并没有用来限定本发明的保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (2)

1.一种低碳钢冷轧发生碎边浪的预测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤，

1）判断前提条件，原板化学成分重量百分比为C ≤ 0.15% 及其它合金元素的低碳钢，热轧厚度t 范围在1.8~2.5mm，宽度b 范围在700~1300mm，冷轧厚度范围在0.18~0.25mm ；冷轧计划生产前，读取上料卷的化学成分和入口信息，具体包括：C 和Mn、Cu、Cr、Ni、Ti、Al合金元素及入口厚度t、宽度b，判断上料卷是低碳钢、薄规格，判断条件如下：

C ≤ 0.15%，且t ∈ [1.8mm,2.5mm]、b ∈ [700mm,1300mm] ；

当满足上述条件时，进入下一步；

2）根据钢种的化学成分和厚度计算轧制相变点Ar3，可按如下公式理论计算：

Ar3=870-440ω(C)-80ω(Mn)-20ω(Cu)-15ω(Cr)-55ω(Ni)-15ω(Ti)-

25ω(Al)+0.35*(t-8) ——公式1

3）读取热轧生产过程数据采集系统中存储的材料终轧温度Ti中，并判断其中的最低点T中min，记录下该处的长度位置，判断公式如下：

T中min=Min（T1中，T2中，...，Ti中）

其中，所述终轧温度Ti中是在线测温仪对低碳钢长度方向上中线位置的终轧温度实测数据，每3 米测量一个点，每个低碳钢的检测数据为350 个；

4）将带钢该处转换为边部带钢的终轧温度，转换方法为：

T边min=T中min-ΔT ——公式2

式中ΔT—带钢中部与边部的终轧温度的温差；

5）判断该边部是否进入两相区轧制，判断条件如下：

T边min＜ A r3

该判断式为进入两相区轧制的必要条件，当满足时，进入下一步；

6）在热轧生产过程数据采集系统中存储的测厚仪对低碳钢长度方向上中线位置的厚

度测量数据中，读取该终轧温度最低点位置处前后的10 个厚度数据tj，并计算相邻两点的

厚度跳跃量Δt，厚度跳跃量Δt 按如下方法计算：

Δt=|tj-tj-1| （j=1，2，...10） ——公式3

7）判断该处的厚度跳跃量最大值是否超标，作为判断该处带钢进入两相区轧制的充分条件：

Δt ≥ 0.02*t

当满足上式条件，则判定该带钢会出现冷轧后碎边浪，将该低碳钢退出生产流程。

2.根据权利要求1 所述的低碳钢冷轧发生碎边浪的预测方法，其特征在于，所述步骤4）中带钢中部与边部的终轧温度的温差具体如下：

其中，所述带钢中部与边部的终轧温度的温差ΔT，查询下表1，

表1 不同规格的带钢中部与边部终轧温度的温差经验表/℃

。