中厚板板形与板凸度控制

1 板型的基本概念板型直观上是指板带的翘曲程度，其实质是指钢板内部残余应力分布。

1.1 钢板横断面外形板带产品的断面形状可以描述为产品横断面的轮廓（如图1所示），此轮廓由一系列指定点上或指定增量点上的厚度测量值来定义。

图1 钢板的横断面示意图1.1.1 影响轧件断面几何形状的因素当轧件只受塑性变形压缩时，轧制后没有弹性变形恢复。

这种情况下，轧件断面形状完全由辊缝形状所决定。

影响辊缝形状的四个因素是：轧辊的垂直位移、轧辊的水平位移、轧辊热凸度和轧辊磨损。

（1）轧辊的垂直位移。

引起垂直面上轧辊位移的因素有：a．轧机延伸：它是因轧制负荷和轧制热而产生的，包括轧辊在的轧机部件的伸长和压缩的结果。

b．轧辊弯曲：这是由轧制负荷和垂直方向上轧辊弯曲液压缸产生的力引起的。

c．辊缝中液压润滑油膜厚度的变化。

d．支撑辊轴承里油膜厚度的变化。

（2）轧辊的水平位移。

可能引起水平面上轧辊位移的因素有a．作用在工作辊上的轧制负荷的水平分量，该工作辊中心线偏离相邻支撑辊轴承中心线。

b ．由水平面上轧辊弯曲机构所产生的力引起的轧辊弯曲。

c ．由轧件变形区的入口侧和出口侧不相等的带钢张力引起的轧辊位移和弯曲。

（3）轧辊热凸度：轧辊热凸度定义为轧制期间由于轧辊受热和冷却造成的轧辊直径的增量，某些情况下，轧辊热凸度是通过预热轧辊有意施加的。

（4）轧辊磨损：轧辊磨损指由于研磨、腐蚀、及粘着磨损而造成的逐渐损伤。

1.1.2 断面形状要素的定义平板的断面形状通常描述为：中心厚度、边部厚度、水平度、楔形、凸度、边部减薄等。

（1）中心厚度H ：中心厚度H 是指轧件中心线处的厚度。

（2）边部厚度H I 、H J ：边部厚度是指距边部一定距离的测量值，这个距离d 一般为9.5～19mm ，L 一般为50～75mm 。

传动侧为J I H H 、。

操作侧为J 'I 'H H 、。

（3）倾斜量i H δ：它由传动侧和操作侧的厚度差来决定：'I I i H H H -=δ（4）楔形：传动侧和操作侧的楔形分别为：传动侧楔形：'I I H H H >>操作侧楔形：I I H H H >>'（5）凸度：凸度定义为中心厚度H 和指定的边部厚度之差。

以下划分四种形式的凸度： 中心凸度或整体中心凸度为：2'I I HI H H H C +-= 局部凸度等于：2'J J HJ H H H C +-= 传动侧凸度等于：I HI H H C -=操作侧凸度等于：I HI H H C ''-=（6）边部减薄：边部减薄定义为边部厚度H I 和H J 之差，以下描述三种形式的边部减薄： 平均边部减薄：''2J J I I h H H H H e +--= 传动侧边部减薄：I J h H H e -='操作侧边部减薄：''''I J h H H e -=1.2 产生不良平直度的原因板带材平直度或板形是可测量的参数，它们可以表征浪形或瓢曲是否存在以及其大小和在轧件上的位置。

热轧和冷轧板带材的不良平直度或板形由横截面上的不同延伸引起。

这些差异产生了板带材的内部应力。

事实上引起这些板形缺陷的应力可能是压应力或切应力。

压应力产生与板带材宽向平行的瓢曲。

这些板形缺陷定义为边浪、中波和两肋浪。

切应力引起与板带材横向斜交分布的瓢曲，形成所谓的人字形缺陷。

当外张力作用于班带材时，外部张力应力与内部应力结合。

结果，板带材中的压应力减弱，得到好的板形。

板带材的延伸差异是由于板带材与有载辊缝形状局部不匹配引起的。

边浪和中浪归于板带材和轧辊凸度上的差异。

因此，板形上较复杂的凹凸不平是由于轧辊磨损、温度不均、来料有隆起、板带材金相不均、润滑不均匀等引起的。

1.3 带材板形缺陷的形式就板形控制而言，通常考虑如下图所示四种主要形式的板带材板形。

a．理想的板形：理想的板形指的是当带材横向内部应力相等时的纯理论情况。

这种理想的平整板形在外张力去除并将带材切成条后仍然保持着。

b．潜在的板形：潜在的板形相当于带材横向内部应力不等，但带材的截面模数又大得足以抵抗瓢曲变形时的情况。

具有潜在板形的带材没有外部张力时是平直的。

然而，切成条的带材，释放了潜应力，形状就参差不齐了。

c．表现的板形：当带材横向内部应力不相等，同时带材的截面模量不能大到足以抵抗瓢曲变形时，出现表现的板形，导致局部的弹性瓢曲。

在适当的外张力下，整体压应力可以减弱到表现的板形转化成潜在的板形水平上。

另一方面，除去外部张力并切成条，就会显示出表现的板形。

d．双重的板形：双重的板形是带材的一部分具有潜在的板形，而另一部分具有表现的板形的情况。

带材的一侧边浪或四分之一瓢曲是这种板形形式的典型例子。

1.4 影响带材板形的主要因素影响板形的主要因素可分为内因（金属本性）和外因（轧制条件）。

金属本身的物理性能（例如硬化特性，变形抗力）直接影响轧制力的大小，因而与板形密切相关。

金属的几何特性，特别是板材的宽厚比，原料板凸度是影响板形的另一个重要因素。

轧制条件的影响更为复杂，它包括更为广泛的内容。

凡是能影响轧制压力及轧辊凸度是的因素（例如摩擦条件、轧辊直径、张力、轧制速度、弯辊力、磨损等）和能改变轧辊间接触压力分布的因素（例如轧辊外形、初始轧辊凸度）都可以影响板形。

下面就这几种具体影响因素分别进行分析：（1）轧制力变化对板形的影响轧制力受许多因素的影响，例如变形抗力、来料厚度、摩擦系数、带钢张力等，因此它是轧制过程中一个非常活跃的因素。

轧制力波动可以分为两种情况，一种是偶然性的波动，一种是稳定性的变化。

所谓偶然性，是指它变化的时间与轧辊热凸度变化所用时间相比是短的，所谓波动是指变化后基本上会恢复原值。

这种情况下，轧制力的变化并不涉及到轧辊热凸度的变化。

而当轧制力发生了稳定的长时间的变化，情况要比偶然性波动要复杂。

（2）来料板凸度对板形的影响具有良好板形的带钢的重要条件是来料断面形状和承载辊缝形状相匹配，通常采用的方法是大量测取原料数据，找出原料板凸度的变化规律，据此确定本车间的工艺参数，以保证获得良好板形。

（3）热凸度对板形的影响轧制过程当中，金属相对轧辊滑动产生的热量和金属变形所释放的热量有一部分传入轧辊，使轧辊温度升高，这是轧制过程当中轧辊的热输入。

同时冷却水和空气又从轧辊中带走热量，使其温度降低，这是轧辊的热输出。

在开轧后的一段时间内，轧辊的热输入大于热输出，轧辊温度逐渐升高，热凸度也随之不断增大。

在以某一特定规程轧制若干带卷之后，轧辊热输入和热输出相等，处于平衡状态，轧辊温度也保持一个稳定值。

一般情况下，在特定的轧制规程下，板形工艺参数是依据稳定的热凸度设计的。

但由于以下原因，实际凸度往往偏离稳定值。

a．轧机停轧一段时间又重新开动时，在极端情况下轧辊没有热凸度，实际生产中虽然通过烫辊等措施使轧辊有一定的热凸度，但仍较稳定值小的多。

只有轧制数卷之后，才形成热凸度。

b．如果机架工作辊损坏，必须更换新辊，在极端情况下也没有热凸度。

c．不同产品常常要求由一种轧制规程变到另一种轧制规程，随之而来的是热凸度需要由一个稳定值过度到另一个稳定值。

在实际生产中为了防止这种情况发生，除了通过烫辊给出一定的初始热凸度外，在轧制程序方面采用先轧窄带，后轧宽带的方法，利用对板形不十分敏感的窄料轧制形成热凸度，再轧制板形较难控制的宽料。

轧制规程的改变使稳定凸度变化，这是经常发生的，有时凸度变化是十分明显的。

在规程改变后，热凸度曲线改变，如果还在原有的轧制力下工作，则必然发生板形的缺陷，严重时，规程变化对板形的影响并不亚于换辊等对板形的影响，所以应要特别注意。

（4）初始轧辊凸度对板形的影响对板形控制来说，初始轧辊凸度的选择是一个十分重要的问题，合理地选择初始凸度，可使板形变化始终被限制在轧机控制能力之内，这无疑是获得良好板形的重要保证。

对所轧产品宽度变化大的轧机来说，应根据产品宽度的不同而采用相应凸度的轧辊，一般的说，在轧制力相同的情况下，板宽越大，所需凸度就越小。

（5）板宽变化对板形的影响一般说轧机的刚度是指轧机的纵刚度，但在研究板形问题时，更关心的时轧机的横刚度。

所谓横刚度是指造成钢板中心和板边部单位厚度差所需要的轧制力，单位是吨/毫米。

轧机的横刚度是相对一定板宽而言的，当板宽变化时，轧机的横刚度发生变化，因而在承受同样轧制力的情况下，轧辊的变化以及为弥补轧辊变形所必需的轧辊凸度均发生变化，当然良好板形也发生变化。

（6）张力对板形的影响其一是张力改变对轧辊热凸度发生影响，特别是后张力影响更大，因而调整张力是控制板形的手段。

其二是张力对轧制压力发生影响，根据轧制理论，由于张力变化，特别是后张力的变化，对轧制力有很大影响，而轧制力变化必然导致轧辊弹性变形发生变化，所以必然对板形产生影响。

其三是张力分布对金属横向流动发生影响。

这个问题近年来已引起人们的广泛注意。

研究表面，当张力沿横向分布不均时，会使金属发生明显的横向流动，即使对于板材轧制这种宏观看来近于平面变形的情况也是如此。

在一定的高向变形下，横向流动的结果必然改变沿横向的延伸分布，因而必然改变带钢的板形。

（7）轧辊接触状态对板形的影响工作辊与支撑辊的接触状态对板形的影响是近年来人们注意探索的一个问题。

通过对这个问题的研究，人们找到了一些新的改善板形的方法，如采用双锥度支撑辊，双阶梯支撑辊，HC轧机，大凸度支撑辊等。

对于普通的四辊轧机工作辊与支撑辊是沿整个辊身接触的，在轧制力作用下，工作辊和支撑辊之间形成接触压力q*，在板宽范围以外的区域A，辊间压力形成一个有害弯矩，它使轧辊发生多余的弯曲。

为抵消这个有害的弯矩引起的轧辊变形，可以改变轧辊的初始凸度，也可以使用液压弯辊。

但当单位宽轧制力p*改变时，有害弯矩也随之变化，使板形改变。

为了获得满意的板形，必须随着轧制力的变化不断地调整液压弯辊力。

也可以设法改变轧辊的接触状态，例如采用双阶梯辊，使中间接触段长度缩短，从而减少有害弯矩，由有害弯矩引起的轧辊弯曲也就随之减小。

当中间接触段长度缩短到一定程度时，有害弯矩可以完全消除。

这时即使轧制力改变，工作辊挠度曲线也可以基本不变，轧机具有无限大的横刚度。

由于这个例子可见，轧辊之间的接触状态对板形有重大的影响，它可以从根本上改变轧机的板形控制特性，应特别给予重视。

2 轧制工艺设定板带材轧制工艺主要包括：压下制度、速度制度、温度制度、张力制度及辊型制度等。

2.1 中厚板轧制工艺简介中厚板轧制的特点是尺寸规格繁多、轧制中要求有展宽轧制。

厚板轧制过程一般分为以下三个阶段：成形轧制、展宽轧制、精轧轧制。

a．成形轧制的目的消除板坯表面因清理而带来的缺肉不平；消除剪断时引起的端部压扁；使展宽轧制前获得准确的坯料厚度；端部成扇形展宽以减少横轧时的桶形；b．展宽轧制的目的为了得到规定的轧制宽度。