冷轧带钢平整后板面折皱缺陷的分析及控制

摘要：分析退火带钢在平整轧制过程中出现板面折皱缺陷的原因，介绍实施的控制平整轧制温度、 优化平整轧制工艺、 改造辊系传动方式等措施及其效果。

冷轧平整过程是决定冷轧产品表面质量、机械性能的关键工序，其目的是采用小变形量（0.3%～3.0%）的轧制消除罩式退火后钢卷的屈服平台，改善带钢的板形，调质带钢的力学性能，以获得良好的后续加工性能。但在最近生产过程中，本厂1550mm平整机组在轧制厚度＞1.0mm 带钢时，钢卷尾部出现板面折皱缺陷的几率较高，严重影响冷轧产品的轧制命中率和成材率。因此，本厂组织力量进行现场跟踪分析板面折皱产生的原因，并提出相应的解决措施本文进行总结。

退火带钢在平整轧制过程中产生的板面折皱缺陷，横向贯穿于整个轧制板面，由中部向两侧扩展且痕迹逐渐变淡。上下表面缺陷表现一致，其形貌类似于振动纹，与轧制方向约有90°，呈不规则横向条纹分布，缺陷条纹相互交织，无明显界限。其纹理类似于“树皮”状，有轻微手感甚至无手感，肉眼明显可见。

该缺陷均出现在平整开卷的中部至尾部区域，短则数十米长则上百米。并且轧制温度越高，板面折皱越明显；带钢越厚，轧前开卷折印越严重，轧后板面折皱出现的几率越大。

通常认为，板面折皱缺陷是退火后的低碳钢薄板在生产加工时，由于局部的突然屈服产生不均匀变形，产生“吕德斯带”现象， 而在钢板上下表面产生横向纹络。

据资料介绍，低碳钢经过再结晶退火后有明显的上下屈服极限，下屈服极限有很长的屈服平台，当带钢局部受到超过屈服极限的应力时，便会出现从弹性区到塑性区的突发转变，既带钢所承受的应力超出了其弹性极限，因而产生屈服，使带钢断面上产生不均匀和局部流动的变形，这时就会出现折皱。

（1）原料卷芯质量不良。带钢冷轧时，如果带头部分板形控制不佳，轧制时产生较明显边浪和中间浪，导致卷取过程中，宽度方向上应力分布不均匀，经过罩式退火炉后应力释放，使卷型状态变差尤其是卷芯质量变差。在平整开卷时带钢明显左右偏摆，同时在开卷机芯轴的涨紧力作用下，带钢在开卷机扇形块的边缘处被挤压产生产生连续的横折印，经过平整轧制后形成折皱缺陷。

（2）退火工艺不当。带钢在罩式炉中退火时，如果热电偶故障、温度过高保温时间过长、退火时升温、降温速度过快等会产生钢卷层间粘结现象；如果装炉前钢卷端面被机械损伤以及炉台对流板和终冷台对流板面辐条过细等也会造成钢卷端面层间粘结。出现层间粘结的带钢，在平整开卷时，由于粘结力的影响导致带钢不再沿钢卷切向打开，而是产生一定弧度，粘结力的一部分成为使带钢弯折的分力，当这一分力超过带钢屈服极限时，就形成了垂直于带钢长度方向的弧形弯折。

（3）平整轧制温度。通过现场跟踪发现，夏季生产时，平整前钢卷温度＞45 ℃时，带钢更易产生折皱缺陷，尤其是轧制刚从退火终冷台转运来的钢卷，产生板面折皱的几率更高。主要原因是钢卷温度＞45℃时，金属分子比较活跃，带钢受到拉力时很容易从弹性变形区跳跃到塑性变形区， 在带钢表面产生滑移线，造成带钢表面产折皱缺陷。

（4）平整辊系运行方面。平整机组的传动方式设计为2台600kW的直流电机通过减速机分别传动上下工作辊的形式。这种双工作辊传动方式的优点是传动方式稳定并且能够提供较大的轧制力矩，但是对辊系配辊精度、轧机装辊间隙以及传动轴等均要求较高，但对于整机利旧改造的设备而言，因辊系装配间隙大，辊系不水平、传动系统跳动等原因，导致减速轧制时工作辊产生搓轧现象：①工作辊轴承座被嵌套在弯辊块内，工作辊换辊时导致其轴承座侧面上下滑块产生不均匀磨损，上下工作辊装配在弯辊块内会出现倾斜和交叉等现象，双辊传动轧制时产生搓轧现象。②轧制加速过程和高速匀速过程，在轧制力矩的作用下工作辊和支撑辊均向轧制出口方向偏移消除辊系与牌坊间的间隙，传动系统同样在轧制力矩的作用下消除了机械间隙，此时轧制过程稳定，带钢表面能获得较好的表面质量。一旦连续减速轧制或阶段性减速轧制时，传动间隙和辊系装配间隙等在轧制惯性和轧制力矩减少的作用下被逐渐放大，使辊系运行的稳定性被打破，辊系产生振动和窜动现象。

罩式退火炉的生产方式为当班出炉至终冷台冷却，次日对应班次结束冷却，并将钢卷转运至平整生产。理论上在终冷台上风冷的时间为24h， 由于产品规格及其出炉温度不一致、当班次出炉的具体时间有差异、终冷台上钢卷组垛不整齐及冷却风向循环差异、生产环境温度等因素的影响， 致使钢卷在终冷台上冷却效果差异较大。此时若直接进行平整轧制，则将导致钢卷性能离散度的增加和板面折皱的缺陷等工艺事故的发生。

因此，需拟定制度规范平整上料操作，从终冷台转运至平整的钢卷， 必须在前库放置8～24 h，保证钢卷热量由内到外的均匀扩散，必要时用风机辅助加速库房内空气对流，以达到快速降温的目的。达到存放时间的钢卷，上料时端面温度因严格控制在45℃以内，而对于厚度大于1.0mm的钢卷上料温度需控制在40℃以内。

针对带钢发生不均匀的屈服变形而产生板面折皱，可通过增加延伸率设定值，提高开卷、卷取张力以及带尾采用恒轧制力模式等工艺进行抑制或消除，提高带钢的表面质量。

在轧制温度、变形量已知的情况下，提高变形速率可通过提高生产速度来实现。实践证明，针对板形、卷型不好等原因而产生开卷横折印时，在保证安全生产的前提下，采用速度要不低于600m/min的高速轧制，提高加减速的斜率，避免长时间的低速轧制，对控制板面折皱缺陷非常有利。

在原控制模式的基础上新增下工作辊单辊传动控制程序，使其具备工作辊双传动和下辊单传动两种模式。实践表明，单辊传动轧制稳定，辊系搓轧现象消除，带钢表面质量要优于双辊传动。

板面折皱产生的原因是多方面的，与平整原料卷的卷形状态、轧制温度以及辊系窜动均有较大的关系，通过优化平整轧制工艺、实施单辊传动改造、严格控制上料温度、带尾采用恒轧制力模式等手段可有效抑制板面折皱的发生。