TWI794052B

TWI794052B - 軋輥之輥槽的磨損評估方法

Info

Publication number: TWI794052B
Application number: TW111109285A
Authority: TW
Inventors: 蔡明倫; 謝豐帆; 歐怡良
Original assignee: 中國鋼鐵股份有限公司
Priority date: 2022-03-14
Filing date: 2022-03-14
Publication date: 2023-02-21
Also published as: TW202335756A

Abstract

一種軋輥之輥槽的磨損評估方法，包括：對多個鋼胚模擬進行加熱至第一溫度後冷卻至第二溫度；對每一鋼胚於第二溫度時模擬進行壓縮以分別得到對應鋼胚的多個應力-應變的曲線。根據每一應力-應變的曲線產生對應每一鋼胚於第二溫度的形變阻抗值。根據每一鋼胚的形變阻抗值產生權重值。根據軋輥上的輥槽所進行軋延的鋼胚的類型和支數透過對應被軋延的鋼胚的類型的權重值和支數進行計算以得到累計權重值。根據累計權重值判斷軋輥的輥槽的磨損情況。

Description

軋輥之輥槽的磨損評估方法

本發明係關於軋輥的技術領域，特別是關於一種軋輥之輥槽的磨損評估方法。

在鋼帶製程中，軋輥是用來將初始的鋼胚進行軋延以形成細長的鋼帶的裝置。通常，用來進行軋延的軋輥包含上輥及下輥，兩者皆具有多個輥槽形成在輥體的表面，每一輥槽用以對鋼胚進行軋延。當某一輥槽因進行過多軋延支數導致磨損情況嚴重時，便可移動軋輥改用其他輥槽繼續進行軋延製程。

過往之軋輥更換標準是根據已軋鋼胚支數作為輥槽磨耗的指標，已軋支數越多代表輥槽磨損越嚴重，而粗軋區、中軋區、預精軋區所管制的軋輥支數上限，隨著越接近完軋道次而隨之遞減。由於條線產品鋼種種類繁雜，各鋼種於軋延的過程中所表現的特性、高溫阻抗皆不相同。另外，各產品的訂單排程亦無特定週期脈絡可循，每一輥槽上線週期內進行軋延的鋼種組合通常都不一樣，導致磨耗情況也不相同。因此，僅利用軋延支數作為軋輥更換的依據並無法反映輥槽實際的損耗情況，從而導致當輥槽的磨損情況不嚴重卻因達到軋延支數的上限而被替換，未能有效最大化利用輥槽的情況發生，或是當輥槽的磨損情況嚴重卻因未達到軋延支數的上限而繼續進行軋延，導致被軋產品的品質不佳的情況出現。

本發明之一目的在於提供一種軋輥之輥槽的磨損評估方法，以準確地判斷軋輥之輥槽實際的磨損情況，從而在最適當的時機進行更換。

為達上述之目的，本發明提供一種軋輥之輥槽的磨損評估方法，包括以下步驟。透過一熱力學模擬試驗機對多個鋼胚模擬進行加熱至一第一溫度後冷卻至一第二溫度，其中該等鋼胚係具有不同類型。透過該熱力學模擬試驗機對每一該等鋼胚於該第二溫度時模擬進行壓縮以分別得到對應該等鋼胚的多個應力-應變的曲線。根據每一該等應力-應變的曲線產生對應每一該等鋼胚於該第二溫度的一形變阻抗值。根據每一該等鋼胚的該形變阻抗值產生一權重值。根據一軋輥上的一輥槽所進行軋延的鋼胚的類型和支數透過對應被軋延的鋼胚的類型的該權重值和該支數進行計算以得到一累計權重值。根據該累計權重值判斷該軋輥的該輥槽的磨損情況。

根據本發明的一些實施例，根據該累計權重值判斷該軋輥的該輥槽的磨損情況之步驟包括：將該累計權重值與一權重門檻值進行比較；當該累計權重值大於等於該權重門檻值，判斷該軋輥的該輥槽無法進行軋延。

根據本發明的一些實施例，透過該熱力學模擬試驗機對每一該等鋼胚於該第二溫度時模擬進行壓縮以分別得到對應該等鋼胚的多個應力-應變的曲線之步驟包括：對每一該等鋼胚於該第二溫度時施加一應力使得每一該等鋼胚的應變速率為0.4/秒且應變量為40%，從而得到每一該等鋼胚的應變量從0到40%所對應的應力變化以產生該應力-應變的曲線。

根據本發明的一些實施例，根據每一該等應力-應變的曲線產生對應每一該等鋼胚於該第二溫度的該形變阻抗值之步驟包括：根據

得到每一該等鋼胚的該形變阻抗值(Fs)，其中A ₁為對應該鋼胚的該應力-應變的曲線從應變量=0到應變量=X時該應力曲線的面積，ε ₁為應變量X，其中X介於0.25與0.4之間。

根據本發明的一些實施例，根據每一該等鋼胚的該阻抗值產生該權重值之步驟包括：根據本發明的一些實施例，對該等鋼胚中具有一第一類型的一第一鋼胚的該權重值設定為1；對該等鋼胚中具有不同於該第一類型的一第二類型的一第二鋼胚的該阻抗值除以該第一鋼胚的該阻抗值以得到該第二鋼胚的該權重值。

根據本發明的一些實施例，該等鋼胚的類型包括低碳鋼、加硼低碳鋼、加硼中碳鋼、中碳鋼、高碳鋼、高硫磷快削鋼、鉻鉬鋼、高矽鉻鉬釩鋼、高碳鉻鋼、鉻釩鋼、鎳鉻鉬鋼、高矽鉻鋼。

根據本發明的一些實施例，該第一鋼胚的類型係低碳鋼。

根據本發明的一些實施例，透過該熱力學模擬試驗機對該等鋼胚模擬進行加熱至該第一溫度後冷卻至該第二溫度之步驟包括：對該等鋼胚模擬進行加熱至該第一溫度並維持在該第一溫度60秒後，冷卻至該第二溫度並維持在該第二溫度10秒後，再進行壓縮模擬。

根據本發明的一些實施例，該第一溫度係攝氏1200度，該第二溫度係攝氏850度、900度、950度、1000度、1050度、1100度及1150度之一者。

根據本發明的一些實施例，累計權重值(Ws)係根據下式進行計算：

其中，W _i係該輥槽所軋延的類型i的鋼胚的權重值，P係該輥槽對類型i的鋼胚進行軋延的支數。

透過上述的的軋輥之輥槽的磨損評估方法，針對不同種類的鋼胚在不同軋延溫度下設定對應的權重值，取代習知僅利用軋延支數作為評估基準，可準確地評估輥槽實際的磨損情況，進而在最適當的時機替換進行軋延的輥槽。因此，可在確保被軋延的產品之品質的同時，最大化利用每一輥槽，減少替換軋輥所需之成本。

為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

請參照第1圖，第1圖是根據本發明一實施例繪示的軋輥之輥槽的磨損評估方法100的流程圖。磨損評估方法100可整合至用於鋼帶製程的軋輥管理系統中，並且針對不同的軋輥上的每個輥槽的磨損情況進行判斷。當某一軋輥上的一個輥槽經判斷其磨損情況已達上限時，則可顯示在軋輥管理系統中以提醒管理員並須更換另一輥槽以繼續進行鋼帶的軋延。在本實施例中，磨損評估方法100可包含步驟S110～S160，詳述如下。

首先，在步驟S110中，透過熱力學模擬試驗機對多個鋼胚模擬進行加熱至第一溫度後冷卻至第二溫度，其中所述多個鋼胚具有不同類型。在一實施例中，熱力學模擬試驗機可例如為Gleeble。具體來說，由於不同類型的鋼胚(亦即，具有不同添加合金之鋼種)對於輥槽的磨損皆不相同，因此必須針對每一類型的鋼胚進行模擬以得到該鋼胚對應於輥槽的磨損指標。在一實施例中，進行模擬的鋼胚以近年來產量較大及成分有明顯差異的種類為主，如表1所示。

鋼胚代碼

1010

10B21

10B33

1045

1082

1144

4135

4167

5199

6140

8620

9254

鋼胚類型

低碳鋼

加硼低碳鋼

加硼中碳鋼

中碳鋼

高碳鋼

高硫磷快削鋼

鉻鉬鋼

高矽鉻鉬釩鋼

高碳鉻鋼

鉻釩鋼

鎳鉻鉬鋼

高矽鉻鋼

表1

在對上述鋼胚種類進行模擬時，每一鋼胚的模擬尺寸可例如為10mm (周長) * 15mm(長度)的試棒。由於在進行鋼胚軋延時，通常會先將鋼胚加熱至攝氏1200度後，再根據不同產品的要求冷卻至指定溫度一段時間後才開始進行軋延。因此，在本實施例中，所述鋼胚的每一者可透過熱力學模擬試驗機模擬加熱至至攝氏1200度，並且維持在攝氏1200度約60秒後，再進行冷卻至攝氏850度、900度、950度、1000度、1050度、1100度及1150度之一者，並且維持所述溫度約10秒後才進行後續的模擬壓縮。具體來說，由於每個產品所需要進行軋延的溫度都不相同，因此在本實施例中，需針對每一種類的鋼胚模擬至攝氏850度、900度、950度、1000度、1050度、1100度及1150度，並且在攝氏850度、900度、950度、1000度、1050度、1100度及1150度下一一進行模擬壓縮以得到對應在所述溫度下的應力-應變曲線。

接著，在步驟S120中，透過熱力學模擬試驗機對每一鋼胚於第二溫度時模擬進行壓縮以分別得到對應該鋼胚的多個應力-應變的曲線。具體來說，對每一種類的鋼胚來說，當冷卻至第二溫度(例如，攝氏1000度)並維持一段時間後，可透過熱力學模擬試驗機(例如，Gleeble)進行模擬壓縮，設定為每一鋼胚的應變速率為0.4/秒且應變量為40%，並由熱力學模擬試驗機給予對應的模擬應力使得所述鋼胚達到上述的條件，並且產生應力-應變的曲線。如第2圖所示，第2圖係根據本發明一實施例繪示的應力-應變曲線圖。第2圖係繪示了上述12種鋼胚在攝氏1000度下模擬所得到的應力-應變曲線圖，其中應變量設定為40%，因此可得到每一鋼種的應變量從0到40%所對應的應力變化的應力-應變的曲線。

接著，在步驟S130中，根據每一應力-應變的曲線產生對應鋼胚在第二溫度下的形變阻抗值。具體來說，在得到每一類型的鋼胚在高溫下的應力-應變的曲線後，為了進一步量化鋼胚在高溫下對輥槽所產生的阻值，因此透過對所述應力-應變的曲線進行計算可進一步得到每一鋼胚的形變阻抗值(Flow Stress)，單位為百萬帕(MPa)。在一實施例中，可根據公式

得到每一種鋼胚的形變阻抗值(Fs)，其中A1為對應鋼胚的應力-應變的曲線從應變量=0到應變量=X時應力曲線的面積，ε1為應變量X，其中X介於0.25與0.4之間。請一併參照第3圖，第3圖係根據本發明一實施例繪示的計算形變阻抗值的示意圖。第3圖係以第2圖的鋼胚(高矽鉻鋼)為例。在本示例中，ε1設定為35%，因此高矽鉻鋼胚在攝氏1000度下的形變阻抗值Fs即為對曲線由應變量=0到應變量=0.35進行積分所得到的面積A1除以ε1=0.35而得到。在其他實施例中，ε1可設定為其它值，本發明並不以此為限。

透過上述步驟S110～S130對於每一種鋼胚於不同的第二溫度下進行模擬，可得到每一鋼胚在不同溫度下的形變阻抗值，如第4圖所示，第4圖係根據本發明一實施例繪示的每一鋼胚的形變阻抗值於不同溫度之變化的示意圖。從第4圖可清楚看出，對於每一種鋼胚來說，當在較高的溫度進行模擬壓縮時，所得到的形變阻抗值較小。

接著，在步驟S140中，根據每一鋼胚的形變阻抗值產生權重值。如先前所述，每一種鋼胚的形變阻抗值係為量化之對輥槽磨損的阻值。然而，由於每種鋼胚的形變阻抗值的大小變化較大不易用於之後的輥槽磨損評估之計算。因此，在本實施例中，進一步根據每一鋼胚的形變阻抗值產生對應的權重值，並且利用每種鋼胚的權重值作為評估輥槽磨損的指標。在一實施例中，在上述多個種類的鋼胚中挑選一個鋼胚的形變阻抗值作為基準，且將其權重值設定為1，而其它種類的鋼胚的權重值係為該鋼胚的形變阻抗值與作為基準的鋼胚的形變阻抗值之比值。在本例中，選擇鋼種1010(低碳鋼)作為基準，並且根據表1可得到各鋼種在攝氏1000度下的權重值，如表2所示。

鋼胚代碼	1010	10B21	10B33	1045	1082	1144	4135	4167	5199	6140	8620	9254
高溫阻抗值(MPa)	86.5	96.7	98.77	84.1	80.7	94.9	97.4	119.0	105.6	93.9	99.2	110.0
權重值	1.00	1.12	1.14	0.97	0.93	1.10	1.13	1.38	1.22	1.09	1.15	1.27

表2

透過上述步驟，得到了每一種鋼胚在多個溫度下的權重值之後，便可利用權重值來評估軋輥的輥槽的磨損情況。在步驟S150中，根據軋輥上的輥槽所進行軋延的鋼胚的類型和支數透過對應被軋延的鋼胚的類型的權重值和支數進行計算以得到累計權重值。具體來說，當利用軋輥對鋼帶進行軋延時，透過軋輥的輥槽進行軋延之鋼帶所對應的鋼胚種類及支數是可知的(例如，儲存在軋輥管理系統中)。換言之，對於每個輥槽來說，它進行了哪些種類的鋼胚的軋延以及支數都是可知的。因此，對於每個輥槽來說，累計權重值(WS)可由下式所得到：

其中，W _i係該輥槽所軋延的鋼種i的權重值，P係對該輥槽對鋼種i進行軋延的支數。

得到輥槽的累計權重值之後，接著，在步驟S160中，根據累計權重值判斷軋輥的輥槽的磨損情況。由於累計權重值係該輥槽所進行軋延的鋼胚種類和支數的指標，因此透過累計權重值便可得知輥槽軋延過哪些種類的鋼胚和支數。在一實施例中，可透過將累計權重值與權重門檻值進行比較，並根據比較結果判斷輥槽的磨損情況，其中權重門檻值可透過過往的軋延經驗進行設定。當累計權重值大於等於權重門檻值時，便判斷軋輥的輥槽無法再進行軋延。換言之，所述輥槽的磨損情況已經達到上限，並須替換另一個輥槽以進行軋延，以保證被軋之鋼帶的品質。

透過本發明所提出的軋輥之輥槽的磨損評估方法，針對不同種類的鋼胚在不同軋延溫度下設定對應的權重值，取代習知僅利用軋延支數作為評估基準，可準確地評估輥槽實際的磨損情況，進而在最適當的時機替換進行軋延的輥槽。因此，可在確保被軋延的產品之品質的同時，最大化利用每一輥槽，減少替換軋輥所需之成本。

雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者爲準。

100:軋輥之輥槽的磨損評估方法 S110、S120、S130、S140 、S150、S160:步驟

第1圖是根據本發明一實施例繪示的軋輥之輥槽的磨損評估方法的流程圖。

第2圖係根據本發明一實施例繪示的應力-應變曲線圖

第3圖係根據本發明一實施例繪示的計算形變阻抗值的示意圖。

第4圖係根據本發明一實施例繪示的每一鋼胚的形變阻抗值於不同溫度之變化的示意圖。

100:軋輥之輥槽的磨損評估方法

S110、S120、S130、S140、S150、S160:步驟

Claims

一種軋輥之輥槽的磨損評估方法，包括：透過一熱力學模擬試驗機對多個鋼胚模擬進行加熱至一第一溫度後冷卻至一第二溫度，其中該等鋼胚係具有不同類型；透過該熱力學模擬試驗機對每一該等鋼胚於該第二溫度時模擬進行壓縮以分別得到對應該等鋼胚的多個應力-應變的曲線；根據每一該等應力-應變的曲線產生對應每一該等鋼胚於該第二溫度的一形變阻抗值；根據每一該等鋼胚的該形變阻抗值產生一權重值；根據一軋輥上的一輥槽所進行軋延的鋼胚的類型和支數透過對應被軋延的鋼胚的類型的該權重值和該支數進行計算以得到一累計權重值；以及根據該累計權重值判斷該軋輥的該輥槽的磨損情況，其中根據每一該等應力-應變的曲線產生對應每一該等鋼胚於該第二溫度的該形變阻抗值之步驟包括：根據
得到每一該等鋼胚的該形變阻抗值(Fs)，其中A₁為對應該鋼胚的該應力-應變的曲線從應變量=0到應變量=X時該應力曲線的面積，ε₁為應變量X，其中X介於0.25與0.4之間。
如請求項1所述的軋輥之輥槽的磨損評估方法，其中根據該累計權重值判斷該軋輥的該輥槽的磨損情況之步驟包括：將該累計權重值與一權重門檻值進行比較；以及當該累計權重值大於等於該權重門檻值，判斷該軋輥的該輥槽無法進行軋延。
如請求項1所述的軋輥之輥槽的磨損評估方法，其中透過該熱力學模擬試驗機對每一該等鋼胚於該第二溫度時模擬進行壓縮以分別得到對應該等鋼胚的多個應力-應變的曲線之步驟包括：對每一該等鋼胚於該第二溫度時施加一應力使得每一該等鋼胚的應變速率為0.4/秒且應變量為40%，從而得到每一該等鋼胚的應變量從0到40%所對應的應力變化以產生該應力-應變的曲線。
如請求項1所述的軋輥之輥槽的磨損評估方法，其中根據每一該等鋼胚的該阻抗值產生該權重值之步驟包括：對該等鋼胚中具有一第一類型的一第一鋼胚的該權重值設定為1；以及對該等鋼胚中具有不同於該第一類型的一第二類型的一第二鋼胚的該阻抗值除以該第一鋼胚的該阻抗值以得到該第二鋼胚的該權重值。
如請求項4所述的軋輥之輥槽的磨損評估方法，其中該等鋼胚的類型包括低碳鋼、加硼低碳鋼、加硼中碳鋼、中碳鋼、高碳鋼、高硫磷快削鋼、鉻鉬鋼、高矽鉻鉬釩鋼、高碳鉻鋼、鉻釩鋼、鎳鉻鉬鋼、高矽鉻鋼。
如請求項5所述的軋輥之輥槽的磨損評估方法，其中該第一鋼胚的類型係低碳鋼。
如請求項1所述的軋輥之輥槽的磨損評估方法，其中透過該熱力學模擬試驗機對該等鋼胚模擬進行加熱至該第一溫度後冷卻至該第二溫度之步驟包括：對該等鋼胚模擬進行加熱至該第一溫度並維持在該第一溫度60秒後，冷卻至該第二溫度並維持在該第二溫度10秒後，再進行壓縮模擬。
如請求項7所述的軋輥之輥槽的磨損評估方法，其中該第一溫度係攝氏1200度，該第二溫度係攝氏850度、900度、950度、1000度、1050度、1100度及1150度之一者。
如請求項1所述的軋輥之輥槽的磨損評估方法，其中該累計權重值(Ws)係根據下式進行計算：
其中，W_i係該輥槽所軋延的類型i的鋼胚的權重值，P係該輥槽對類型i的鋼胚進行軋延的支數。