平整过程冷轧带钢表面粗糙度控制技术研究1

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图 6,7 为试验辊面粗糙度和 PC 值的衰减曲 线,可以看出,在整个平整周期内,辊面粗糙度的 衰减可以分为三个阶段。第一个阶段是粗糙度 的快速衰减期,在轧制数卷钢之后即达到 2. 7μm ~ 3. 0μm。第二个阶段是粗糙度的保持期,即随 着平整量 的 增 加,辊 面 粗 糙 度 衰 减 很 小,在 平 整
冷轧带钢表面粗糙度是指带钢表面具有较 小间距的波峰与波谷所组成的微观几何形状特 性,它是由特定形貌的轧辊在轧制过程中复印到 带钢表面而形成。冷轧带钢表面粗糙度与切削 加工表面粗糙度有很大区别,切削加工形成的加 工表面是由方向性很强的加工纹理所组成[3],而
① 作者简介: 宋木清,男,1957 年出生,毕业于华南理工大学腐蚀与防腐专业,博士,教授级高工
但在实际生产时由于轧制力以及钢种强度 的不同,板面粗糙度也将不同。平整工序是控制 带钢表面形貌的最后一道工序,决定着带钢最终
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冶金设备
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的表面形貌。钢板表面形貌的决定因素为轧辊 的表面形貌,但它受平整方式、平整度、来料和轧 制周期等因素影响,要想得到理想的带钢表面形 貌,必须对以上各因素加以控制。
图 4,5 分别为 Ra3. 5 的喷砂辊毛化钢板表面 与电火花 辊 毛 化 钢 板 表 面 微 观 形 貌,可 以 看 出, 喷砂辊表面形貌均匀性较差,而且表面轮廓不清 晰。与此相反,电火花辊毛化钢板的表面形貌则 更为均匀细腻,表面轮廓也更为清晰。
宋木清等: 平整过程冷轧带钢表面粗糙度控制技术研究
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结束换辊时仍然保持在 2. 6μm ~ 2. 8μm,这一阶 段辊面粗糙度是初始辊面粗糙度的 70% ~ 80% 。 第三个阶段是粗糙度的慢速衰减期,即随着轧制 量的增加,辊面粗糙度继续缓慢衰减。每个阶段 辊面粗糙 度 的 衰 减 程 度 与 轧 辊 硬 度、带 钢 钢 种、 轧制力有一定关系。在轧制过程中,辊面 PC 值 无明显变化。
由以上的粗糙度试验可以得出冷轧带钢粗 糙度衰减的一般规律,即在轧制初期粗糙度衰减 较快,随后 衰 减 减 缓,直 至 整 个 轧 制 周 期 内 趋 于 平稳。并且带钢 PC 值在整个轧制周期内变化不 大。
与冲压过程类似,在轧制过程中带钢与轧辊 的真实接触面积要远小于名义接触面积,真实接 触峰上的压应力要远远大于按名义面积所计算 的压应力。由于轧辊表面毛化后存在一定的波 峰,并且这 些 波 峰 高 度 不 完 全 一 致,存 在 一 些 异 常突起的峰尖,如图 11 所示。在平整初期这些 峰尖首先与板面接触,承受的压应力要远远大于 其他接触 点,因 此 峰 尖 在 平 整 初 期 不 抗 碾 压,从 而导致辊面粗糙度衰减较快。随着平整的进行, 这些波峰的异常突起的峰尖逐渐被压平,钢板与 轧辊的接触面积逐渐增大,接触点的压应力也更 为均匀,因 而 粗 糙 度 的 衰 减 也 就 逐 渐 减 缓,直 至 在整个轧制周期内趋于平稳。并且由于接触面 积的增大( 实际是接触峰的增多) 。随着平整量 的继续增 加,轧 辊 磨 损 严 重,当 表 面 粗 糙 度 逐 步 磨损到一定程度,表面凹坑储存润滑剂的作用降 低,轧辊与 带 钢 处 于 边 际 润 滑 状 态,进 而 导 致 辊 面粗糙度继续衰减。
中图分类号 TG333. 72
文献标识码 A
Research on Controlling Technology for Surface Roughness of Cold Rolled Strip in Temper Rolling Process
Song Muqing Chen Xiaohai Lu Cheng Wang Leichuan Gong Guiliang Fan Qingguo Chen Guangming
Total No. 192 December 2011
冶金设备 METALLURGICAL EQUIPMENT
总第 192 期 2011 年 12 月第 6 期
平整过程冷轧带钢表面粗糙度控制技术研究
宋木清① 陈晓海 吕 成 汪磊川 宫贵良 范庆国 陈光明
( 武汉钢铁股份有限公司冷轧总厂 湖北武汉 430080)
( Cold Rolling Plant,Wuhan Iron & Steel Co. ,Ltd. ,Wuhan 430080)
ABSTRACT Analysis on surface fine texture of different dull-finish sheets was conducted. Attenuation laws of roughness are obtained by combining theoretical analysis and actual measuring attenuation curves of surface roughness of working roll and strip,which was conducted in temper rolling process for Ra3. 5 EDT dull rolls. The guidelines for controlling surface roughness of cold rolled strip are put forward.
图 1 Ra2. 5 喷砂辊微观形貌( × 100)
电火花毛化( EDT) 工艺于 20 世纪 70 年代末 得到应用。将轧辊和紫铜电极浸在绝缘油中,轧 辊旋转,在 轧 辊 和 紫 铜 电 极 之 间 通 以 脉 冲 电 压, 产生放电。放电区域的电子和正离子被电场加 速,分别轰 击 轧 辊 表 面 和 电 极,轰 击 能 量 使 轧 辊 局部温度超过其熔点,产生局部熔化或气化。随
3. 2 板面粗糙度与 PC 值变化 图 8 为上板面粗糙度及其复印系数随轧制
里程变化曲线,由于并不知道每一卷钢对应的辊 面粗糙度,复印系数是以每次换辊前的辊面粗糙 度值为基础计算。可以看出,轧制初期板面粗糙 度较大,均值在 1. 5μm ~ 1. 8μm 之间,而且前几 卷钢的粗糙度衰减较快,随后的轧制过程中板面 粗糙度呈 缓 慢 下 降 趋 势,并 逐 渐 趋 于 稳 定,在 轧 制里程 120km ~ 130km 之后,板面粗糙度仍然保 持在1. 35μm 以上。
KEYWORDS Temper rolling Cold rolled strip Roughness
1 引言 表面粗糙度是衡量冷轧带钢质量指标的重
要特性之 一,它 不 仅 是 带 钢 重 要 的 外 观 质 量 指 标,而且对带钢冲压时的变形行为和涂装性能有 很大影响,甚至对喷漆后表面的映像清晰度也有 影响[1]。从深加工冷轧产品的质量发展来看,带 钢表面粗糙度被用户用来衡量冷轧钢板等级的 一个重要依据。
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图 2,3 分别为 Ra2. 0 和 3. 5 的电火花辊微观 形貌照片,可 以 看 出,电 火 花 毛 化 辊 表 面 形 貌 的 均匀性要明显优于喷砂辊,即使 Ra3. 5 的电火花 辊与 Ra2. 5 的喷砂辊相比,表面微观形貌也显得 更为均匀细腻。另外,电火花辊的表面轮廓也更 为清晰,表 面 储 油 性 能 更 好,因 而 可 以 有 效 地 防 止粘结瘤的产生,保证钢板的深冲性能。除此之 外,电火花辊毛化钢板对油漆的粘附力和映像清 晰度方面也要明显优于喷砂辊毛化钢板。
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3 电火花毛化钢板粗糙度衰减规律的试验研究 由以上带钢表面微观形貌分析可知,电火花
辊毛化钢板与喷砂辊毛化钢板相比,其表面形貌 更为均匀 细 腻,表 面 轮 廓 也 更 为 清 晰。 因 此,对 于生产汽车板和家电板等重点品种,应该优先选 择电火花毛化辊。
为了摸索电火花辊毛化钢板的粗糙度衰减 规律,用 3. 5μm 粗糙度的电火花辊进行带钢平整 毛化试验,在 线 粗 糙 度 仪 测 量 板 面 粗 糙 度,一 定 间隔测量辊面和板面粗糙度随轧制里程增加而 变化的情况。试验过程中采用两对电火花辊对 带钢进行交替轧制,从而同时完成轧辊和带钢表 面粗糙度衰减曲线的试验,试验钢种为 DC01,规 格 1. 0 × 1280mm。 3. 1 辊面粗糙度与 PC 值变化
图 10 为 PC 值与复印系数随轧制里程的变 化曲线,带钢 PC 值均值在 65 ~ 95 之间,PC 值在 整个轧制过程中变化不大。PC 值复印系数在 0. 7 ~ 1. 1 之间,平均为 0. 9,并且呈缓慢上升趋势, 此现象与带钢平整前的 PC 值有一定关系。 4 冷轧带钢粗糙度衰减规律的理论分析
脉冲电压 的 变 化,金 属 液 滴 从 熔 坑 中 溅 出,在 绝 缘油中冷 凝,从 而 在 轧 辊 表 面 形 成 一 系 列 凹 坑。 EDT 工艺可通过调节放电间距、脉冲电压、电流 及脉冲特性实现选定粗糙度,其选定范围比 SBT 工艺要宽,可达 0. 5μm ~ 10μm,尤其是毛化不受 轧辊硬度限制,明显优于 SBT 工艺。
在冲压成形过程中,毛化钢板表面的致密微 小凹坑可 储 存 并 保 持 润 滑 剂,改 善 润 滑 条 件[2]; 且毛化表面使涂料和钢板表面的接触面积增大,
增强了对油漆的吸附能力。因此,对冷轧成品带 钢表面粗糙度进行研究,找出影响成品带钢粗糙 度的关键因素,这对于提升冷轧产品实物质量具 有重要意义。 2 带钢表面形貌的微观分析
冷轧带钢表面粗糙度是带钢在平整时,将平 整机工作辊经喷丸、电火花加工、激光毛化、电子束 毛化、Pretex 毛化或喷墨毛化等多种方法毛化处理 后经过轧制复印到钢板表面形成不同的形貌,生产 中采用的主要是喷丸毛化和电火花毛化。
喷丸工艺( SBT) 又称喷砂工艺,是传统的毛 化方法,该工艺用喷丸机将高硬度的钢丸加速到 约 80m / s,撞击轧辊表面使之起坑。由于喷丸尺 寸、轧辊表面区域硬度、喷丸冲击速度、冲击角的 随机性,使 SBT 的毛化过程和结果也是随机的、 不均匀的、难以控制和再现的。图 1 为 Ra2. 5 喷 砂辊放大 100 倍微观形貌,可以看出辊面形貌非 常不均匀,而 且 波 峰 与 波 谷 的 边 界 不 清 晰,轧 制 复印到 钢 板 上 也 会 造 成 板 面 粗 糙 度 的 不 均 匀。 这样钢板在冲压过程中储油性能较差,对冲压成 形性会造成不良的影响,油漆的粘附力和映像清 晰度也会降低。
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冶金设备
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带钢表面粗糙度是由无数个无方向性的不规则 的凹坑和凸起所组成,而且带钢表面没有明显的 方向性较强的刀纹、积屑瘤和磷刺等[4]。常用于 冷轧带钢表面粗糙度定义的主要是表征微观不 平度高度特性的参数轮廓算术平均偏差 Ra,有时 还用表征微观不平度间距特性的参数标准峰个 数 PC,其含义是指在评定长度内每厘米超出沿中 线对称带宽的峰和谷的对数[5]。
图 8 板面粗糙度及其复印系数变化曲线
由于试验时每隔数卷钢测量辊面粗糙度,因 此可以分段计算粗糙度复印系数,图 9 为分别按 初始辊面粗糙度 3. 5μm 以及换辊前的辊面粗糙 度为基础计算的分段复印系数,如按初始辊面粗 糙度 3. 5μm 计算,复印系数呈规律递减。如按照 每次换辊前的辊面粗糙度计算,各批次复印系数 分别为 0. 45、0. 57、0. 53、0. 52、0. 5,在整个过程 基本保持在 0. 5 以上。
摘要 对采用不同毛化工艺的冷轧带钢表面微观形貌进行了分析,并以 3. 5μm 的电火花毛化辊为研究
对象,对其平整轧制过程中辊面和板面粗糙度的衰减曲线进行了试验研究。在大量试验数据和理论分析的
基础上,获得了平整轧制过程中带钢粗糙度衰减规律,从而为成品带钢表面粗糙度的控制提供了指导。
关键词 平整 冷轧带钢 粗糙度
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图 11 波峰表面形貌
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惠展等: 中国高炉炉前设备的新进展
2011 年 12 月第 6 期
化范围大等问题。
备本身加强防热隔热保护,减少设备故障率等问
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