打滑、热滑伤、划痕

2.3.3轧制过程中热滑伤机理的研究（一）热滑伤机理分析所谓的热滑伤，是指带材在高速冷连轧过程中，压下量达到一定的数值，轧制变形区因变形功过大而产生大量的热能，使得润滑油膜发生局部破裂，带材和轧辊表面发生局部粘结而造成损伤的一种现象，也有用热滑痕、摩擦辊印、表面龟裂及鱼状条纹等各种名称来称呼。

一般说来，只有在大压下量和乳化液没有充足润滑的轧制条件下，摩擦表面温度达到临界温度时，才会产生这种缺陷。

根据生产实践，在如下这些情况下容易产生热滑伤：（1）钢板材质硬和薄时；（2）轧辊表面粗糙时；（3）轧辊表面存在滑痕；（4）作为轧制条件，轧制速度高、压下率高及钢板温度升高时；（5）没有足够的冷却和润滑如喷嘴堵塞，泵损坏以及润滑量不够、乳化液有过多的其他外来油类，乳化液太热，乳化液太不稳定等；（6）其它方面，就产生热滑伤的机架而言未必有共同的倾向，但钢板下面热滑伤比上面更明显。

目前，国内外对于热滑伤的研究，主要还只是停留在定性分析的阶段，缺乏进一步的深入研究。

为此，本部分在首次引入滑伤指数新概念的基础上，首次实现了对热滑伤缺陷的定量分析，对于指导生产实践，提高生产效率，具有重要的实际意义。

（二）滑伤指数新概念的提出及热滑伤判断条件的研究由于热滑伤是因高温使得润滑油膜局部破裂而引起的，因此可以把润滑油膜厚度当量作为纵坐标、钢板表面温度作为横坐标，并用实验点作曲线标出热滑伤产生的条件，使之成为能够定量控制热滑伤产生的界限，如图3-2所示。

然后，通过多项式拟合法，将此曲线以函数式（3-16）来表示：∑===ni i i T a T g 0*)(*)(*ξ（3-16）式中：n —多项式拟合次数；i a —拟合系数；*T —钢板表面温度,℃；*ξ—油膜厚度当量,m 。

显然，由图3-2可知，只要满足*)(*T g ≥ξ，轧制过程就不会出现热滑伤现象。

根据2.2理论研究可以知道，在轧制过程中，轧制变形区润滑油膜当量厚度ξ与出口带材表面温度T 分别可以用式（3-17）、（3-18）的函数来表示： ),,,,,,,,,,(10c b a K T H V f c θσσεξξ=（3-17）),,,,,,,(0T C W T H K V f T c T ε=（3-18）式中：ε—轧机压下率；V —轧机出口速度；H —带材的来料厚度；1σ—前张力；0σ—后张力；c T —乳化液温度;θ—润滑油的粘度压缩系数； K —带材的屈服强度；c b a ,,—表示润滑油大气压力下动力粘度的参数，根据文献，动力粘度0η可以用下式来表示：aT be -=0η或c c T b a )(0+=η； W —乳化液的流量密度；C —乳化液的浓度；0T —热轧来料温度。

这样，对于一个特定的冷轧过程而言，在压下率、张力、乳化液温度、浓度、流量等因素一定的情况下，对应的钢板温度T 与润滑油膜当量厚度ξ由式（3-17）、（3-18）可以求出。

与此同时，由（3-16）式可知，在T 温度下临界热滑伤状态的润滑油膜当量厚度'ξ可以用式（3-19）来表示：∑===ni i i T a T g 0)('ξ（3-19）显然，如果实际润滑油膜当量厚度大于临界热滑伤润滑油膜当量厚度，即'ξξ ，则表明该轧制过程没有发生热滑伤现象；反之，如果'ξξ≤，则表明该轧制过程已经发生热滑伤现象。

因此，为了全面、科学地反映冷连轧过程中热滑伤出现的概率以及热滑伤的程度，特别是使得连轧机的不同机架、不同规格产品在分析热滑伤时有一个统一的尺度判断标准，特提出一个通用的表征热滑伤出现概率及热滑伤程度的参数ϕ，并将其命名为滑伤指数，其表达式如下：ξξξϕ)('T g == （3-20）显然，滑伤指数ϕ的物理意义是轧机发生热滑伤时的临界润滑油膜当量厚度在实际润滑油膜当量厚度中所占的比例。

滑伤指数ϕ越大表示实际润滑油膜当量厚度离临界值越近，热滑伤出现的概率越大；滑伤指数ϕ越小，则表示实际润滑油膜当量厚度离临界值越远，热滑伤出现的概率越小；而当滑伤指数1≥ϕ时，则表明一个轧制过程已经发生热滑伤现象，此时，随着滑伤指数ϕ增大，热滑伤的程度也越来越严重。

最后，应该说明的是，对于冷连轧机而言，只要任意一个道次发生热滑伤现象，则认为该轧制过程已经发生热滑伤现象。

这样，可以采用不等式（3-21）作为判断一个冷连轧过程是否发生热滑伤条件：1},,2,1{ m i Max i =ϕ（3-21）式中 m —冷连轧机的机架数，即轧制道次数如果不等式（3-21）不成立则表示该轧制过程已经发生热滑伤现象。

综合式（3-17）、（3-18）、（3-19），经过理论分析可以知道，对于一个特定的冷轧过程而言，影响热滑伤产生的因素主要有三类：第1类是材料因素主要包括所轧带材的材质（强度）、规格、初始温度；第2类是润滑因素包括乳化液的品种、浓度、温度以及乳化液的流量密度；第3类是轧制因素主要包括各道次总的压下率、轧制速度、压下规程、张力制度等。

2.4带钢轧制过程中表面缺陷综合控制技术的研究根据2.3章的研究可以知道，在冷轧高速轧制过程中，影响带钢表面缺陷的因素主要可以分成三大类：第一类为工艺润滑制度，主要包括乳化液的流量、浓度、初始温度等参数的设定；第二类为轧辊使用工艺，主要包括轧辊原始粗糙度的设定与轧制周期的设定（即计划编排）；第三类为轧制规程的设定，主要包括机架间道次压下量与张力的设定。

要对冷连轧高速轧制过程中带钢的表面缺陷进行综合控制，就必须从以上三个方面入手展开研究。

与此同时，为了生产出合格的产品，充分发挥机组的能力，在带钢表面质量的控制过程中还必须兼顾到成品的板形以及生产效率（即轧制速度）等问题。

为此，本部分将以冷连轧生产过程为例，结合冷连轧高速轧制过程中的生产工艺特点，在首次提出打滑、划痕及热滑伤综合判断指标的基础上，分别从工艺润滑制度优化、轧辊使用工艺优化、轧制规程综合优化等三个方面入手，兼顾到板形与轧制速度问题，建立相应的数学模型，形成一套完整的带材高速轧制过程中表面缺陷综合控制技术。

2.4.1打滑、划痕及热滑伤综合判断指标的提出从前面的研究可以看出：对于一个特定的冷轧过程而言，随着轧制变形区润滑油膜当量厚度ξ的增大，摩擦系数变小，打滑因子ψ及划痕综合判断指标λ的值增大，打滑发生的几率增大，轧制过程变得不稳定，同时划痕缺陷发生的概率也增大；而与此同时，在这种情况下，滑伤指数ϕ的值却减小，热滑伤发生的几率（或滑伤程度）减小。

可以这么说，打滑是润滑过量的结果，而热滑伤则是润滑不足结果。

这样，对于一个冷轧过程来讲，打滑、划痕和热滑伤的防治必须综合治理，保证带钢在高速轧制时，既不发生热滑伤又不会出现打滑、划痕现象。

这样，为了对冷连轧过程中的热滑伤、打滑及划痕现象进行综合防治，同时便于定量研究，特提出一个打滑、划痕及热滑伤综合判断指标π，如式（4-1）所示：123/*/*παϕαψψαλλ=++（4-1）式中：*ψ—临界打滑因子，无量纲；*λ—临界划痕综合判断指标，无量纲；A —加权系数。

显然，对于一个冷轧过程而言，从综合防治打滑、划痕和热滑伤的角度来说，π越小越好。

2.4.2冷连轧高速轧制过程中表面缺陷综合控制技术的研究（一）工艺润滑制度优化作为一个特定的冷连轧过程而言，在轧机出口速度、热轧来料厚度及总压下量、道次压下量i ε、前后张力i i 10,σσ等轧制工艺参数都一定的前提下，如果乳化液的种类和喷嘴形状及喷射角度也已经确定的情况下，各机架的滑伤指数i ϕ与打滑因子i ψ以及划痕综合判断指标i λ的数值就主要取决于乳化液的温度ci T 、浓度i C 、流量i w 。

也就是说，如果令},,2,1,,,{n i w C T X i i ci ==，则各机架的打滑、划痕及热滑伤综合判断指标π可以用式（4-2）来表示：()i i X ππ=（4-2）同时，根据工艺要求，为了充分发挥乳化液的冷却与润滑性能，同时考虑到乳化液的正常使用，乳化液的浓度和温度不能超出一定的范围。

因为过低的温度有可能使乳化液产生酸败，生长细菌，且低温不利于轧制油中极压添加剂等成份发挥作用而影响润滑；温度过高，乳化液颗粒度易长大，影响乳化液稳定性，油耗上升。

与此同时，增加乳化液中的油份固然可增加润滑，但浓度也不可以无限制的上调，当浓度增加增加到一定程度时，润滑性能对浓度的敏感性就大大降低，反而过多的油份堆积在板面上，清洁度会下降。

而且，一般而言，对于大部分冷连轧机，其各机架乳化液总的流量是一定的，不可以无限度的增加的。

这样，以打滑、划痕及热滑伤的综合防治为目标的工艺润滑制度优化的目标函数可以简单的用式（4-3）来表示：⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧∙≤≤≤≤=∙-+∙=∑=si i a i ba cib n i i k k C C C T T T W w X f A X f A X G *0.1)()1()()(121ψψϕϕ （4-3）式中：1()f X =（4-4）2()f X π=（4-5）11ni i n π==∑（4-6）图4-1 计算框图 A —加权系数；},,2,1,,,{n i w C T X i i ci ==；n —连轧机的机架数；W —乳化液总的供给量，m 3/s ；b a T T ,—根据乳化液的品质所允许的最大与最小温度，℃；b a C C ,—根据工艺要求所允许的乳化液最大与最小浓度，％。

这样，整个优化过程可以简单的描述为：寻找一个合适的工艺润滑制度},,2,1,,,{n i w C T X i i ci ==，使得)(X G 最小，相关计算框图见图4-1。

显然，根据实际情况，不必对所有规格产品都进行以预防表面缺陷为目标的工艺润滑制度优化计算，可以找出一个对特定规格群体而言都适用的工艺润滑制度。

这时，整个优化过程可以这么进行：选择特定规格群体中m 个典型产品，将优化目标函数定义为下式：0011011()(1)()1.0{,,,1,2,,}1,2,,m m j j j n iji j i bj cij ajbj ij aj ij ij siji i i F X A A G X m w W T T T C C C k k k X i n j mϕλϕψψλλεσσ===⎧=∙-∙⎪⎪⎪⎪=⎪⎪≤≤⎪⎪≤≤⎪⎪⎨⎪*∙⎪⎪*∙⎪==⎪⎪=⎪⎪⎪⎪⎩∑∑（4-7）式中：0A —加权系数。

（二）冷连轧高速轧制过程中轧辊使用工艺的优化（甲）基本原理分析根据2.2、2.3可以知道，对于一个特定的轧制过程而言，在给定材质、压下量、来料厚度、前后张力等参数的情况下，摩擦系数越大，轧制力越大，轧制功也越大，变形产生的热量也就越大，变形区的温度越高，显然产生热滑伤的几率就大；反之，摩擦系数越小，轧制力也就越小，相应的轧制功也就越小，变形产生的热量也就越小，变形区的温度也就越低，产生热滑伤的几率就越小。