CSP薄规格高强钢浪形分析及改进

田军利　陈剑等

某CSP产线实现了薄规格高强钢批量生产，但受限于单坯轧制，其生产的高强钢常出现浪形问题，分析后发现产生浪形的主要原因是后段机架刚度差偏大、层流冷却不均、前段机架窜辊不良及后段机架轧制负荷大。为此，采取了一系列措施，提高了板形质量，提高了成材率及精整效率。

薄规格高强钢因其能在满足使用要求的同时达到结构轻量化的目的，受到汽车、集装箱等制造行业的青睐。某CSP产线实现了薄规格高强钢批量生产，产品屈服强度达500-700MPa，厚度1.1-4.0mm，宽度1125-1600mm。该产线以铸坯薄、加热温度高为特征，在生产薄规格高强钢产品方面具有明显的优势，可实现部分产品“以热代冷”，但受限于单坯轧制，薄规格高强钢轧制板形控制难度较大，常出现带钢头尾及全长单边浪、带钢全长双边浪等问题，造成精整效率低下以及综合成材率偏低。据统计，高强钢精整生产速度仅为150m/min，且需反复平整，返工率高达90％，精整效率低下，综合成材率只有92％。

本文分析了某CSP高强钢浪形产生的原因，结合工艺设备特点，提出了改进措施，从工艺、设备、控制等方面进行了改进，使薄规格高强钢产品板形质量大幅提升。

1　浪形的产生原因

本文从带钢头尾及全长单边浪、带钢全长双边浪等方面分析浪形的表现形式及产生原因。

1.1带钢头部单边浪

厚度1.5mm、宽度1250mm的600MPa级高强钢热轧过程中，带钢头部90m以内存在明显的单边浪，当卷取机咬钢带钢被拉直后才明显减轻，浪形严重的这部分在精整过程中切除处理。 

轧机刚度是表示该轧机抵抗轧制压力引起弹性变形的能力，又称轧机模数。轧制时，在轧制力的作用下，轧件产生塑性变形，其厚度尺寸和断面形状发生变化。同时，轧件的反作用力使工作机座中轧辊、轧辊轴承、轴承座、垫板、压下油缸及牌坊等一系列零部件相应产生弹性变形。通常将这一系列受力零件产生的弹性变形总和称为轧机的弹跳值，弹跳值大小反映了轧机刚度的大小。轧机由两片牌坊组成（通常称之为操作侧和传动侧），两侧刚度的不一致，对轧制的稳定性有着较大影响，当某侧机架纵向刚度由于外在条件的变化而变化时，在相同轧制力的作用下，两侧机架的弹性变形会存在差异，笔者对轧机各机架刚度跟踪及分析发现，当单机架刚度双侧刚度差＞5%时，实际的轧件出口厚度也会存在差异，直接影响到该机架的浪形甚至会带入后机架，Z终在带钢成品上表现出单边浪。某次检测的各机架双侧刚度差值中，F6机架的刚度差达到7.36%，咬钢过程中F6有明显的浪形带入下游机架。

1.2带钢全长单边浪

厚度2.0mm、宽度1500mm的600MPa级高强钢热轧过程中，带钢单边存在明显的浪形。为判断温度对板形的影响，采用NEC热成像仪对WYS600钢（规格：厚度2.0mm、宽度1500mm）宽度温度均匀性进行检测，结果表明，带钢在精轧F7出口宽度温度分布OS侧与DS侧温度基本一致，但经层流冷却后存在温度不均匀性，轧钢OS（也称WS）侧比轧钢DS侧温度低30-40℃。

为了确定宽度方向温度的不均匀分布对带钢板形缺陷的影响，对代表试验钢卷在平整前后取样，利用美国Proto公司iXRD型X射线残余应力测试仪检测残余应力，对样板的残余应力分布进行检测。残余应力测量点如图1所示（其中0°方向为轧制方向，90°方向为垂直于轧制方向）。 

根据检测结果（压应力为负值，拉应力为正值），未平整试样的平整DS/轧钢OS侧（1-2#测量点）、宽度中部（4-5#测量点）、平整OS/轧钢DS侧（7-8#测量点）沿轧制方向（0°方向）残余应力均为压应力，两侧沿轧向应力均值比中部大；且1#测量点有压应力极值-128MPa；经平整试样的1-3#测量点（平整DS/轧钢OS侧）仍为压应力，而4-6#测量点（宽度中部），及7-9#测量点（平整OS，轧钢DS侧）轧向应力有压应力也有拉应力；经平整试样的轧向应力均值分别为-24MPa（轧钢OS侧）、10.7MP（宽度中部）、-4MPa（轧钢DS侧），说明未平整试验钢轧钢OS侧的压应力要比宽度中部及另一侧大，这与宽度方向温度分布测量结果相符。

1.3带钢全长双边浪

厚度1.5mm、宽度1500mm的600MPa级高强钢热轧过程中，带钢双边存在明显的浪形。

某CSP产线使用7机架四辊轧机，工作辊全部采用CVC辊型，通过对实际轧制数据分析?发现，使用这套辊型，在轧制供冷轧基料时F1和F2机架的轧辊窜辊位置很快到达Z大极限且?持不变，带钢实测凸度（如 70μm）往往超过目标凸度（45μm），由于轧辊长时间不窜动，轧辊表面局部磨损严重，带钢形成局部高点，且沿轧制中心线两侧不对称。

精轧F5-F7机架主要控制带钢的平直度。随着轧制吨位的增加，F5机架磨损斜率Z大，磨损较快，该机架容易出现双边浪，带至后段机架，Z终产生浪形缺陷。

2　浪形的改进措施

2.1降低轧机双侧刚度差值，解决穿带浪形

2.1.1轧辊横向精度保证

轧辊横向精度是影响轧机双侧刚度差的主要因素，因此，为保证支承辊与锁紧板的间隙精度，某CSP产线支承辊锁紧间隙按1.5-2.5mm控制。

2.1.2轧机垂直刚度保证

垂直方向的设备之间配合后刚度值是影响轧机双侧刚度差值的关键因素，如图2所示，下支承辊与下阶梯垫接触的弧形垫片容易被忽视，而此往往是关键所在，因此，保证弧形垫片弧面精度才能保证轧制力的垂直传递，如果弧面不佳或者表面硬度不够时，与阶梯垫接触时则会发生力的偏导，为此，需定期检查下机下支承辊的弧形垫片，采用电筒透光照射，观察两侧亮光是否可以均匀穿透，根据使用经验，下支承辊弧形垫与下阶梯垫的重叠宽度≤70%为宜。

2.2优化侧喷开启布置，解决层流不均匀冷却

某CSP产线13组层流侧喷的布置方向为OS→DS，针对带钢宽度方向温度不均匀引起的单边浪问题，开展侧喷优化试验，具体方案见表2。

经过试验数据收集、平整工序反馈的单边浪情况与试验前高强钢生产做对比，Z终确定Z优方案3。

2.3改进前段机架工作辊辊型，调整后段机架轧制负荷，解决带钢全长单边浪形

2.3.1 前段机架工作辊辊型改进

现阶段精轧F1、F2机架的窜辊轧制极薄材时，大概率窜至负极限位，这对轧辊的磨损控制是不利的，改变前段机架的工作辊辊型有利于轧辊的均匀磨损。F1和F2机架原辊型的凸度范围为（-0.7～0.9），新辊型的凸度范围为（-1.0～0.75）。

优化后的辊型更加平坦，运用到实际生产，F1-F7的实际窜辊行程分别为[50，-100]、[40，-100]、[55，-55]、[30，-85]、[-17，-100]、[-4，-81]、[-10，-100]，同样凸度变化量的情况下增加了窜动范围，促进了工作辊的均匀磨损。

2.3.2降低后段机架轧制负荷，增强各机架轧制润滑效果

对负荷分配做出调整，目的在于增加F1-F4的负荷，使后段机架的磨损减小，利于板形控制。在保证弯辊力调节能力及机架秒流量匹配的情况下，适当加大F2-F6机架的轧制油量，降低工作辊面的粗糙度，降低轧辊磨损，调整方案见表4。

3　结论

研发分析发现，精轧机组末段机架两侧刚度差偏大，机架咬钢过程中两侧辊缝弹跳不一致是造成高强钢头部浪形的主要原因。

根据性能检测结果发现，带钢边部比中部强度低，轧钢OS侧比轧钢DS侧强度低，带钢宽度方向性能存在不均匀性，轧钢OS侧比轧钢DS侧测量温度低30-40℃的结果，认为温度较低区域微合金析出少，导致强度降低，这种性能的不均匀会导致内部应力的产生，Z终形成板形缺陷。

后段F5-F7机架，辊径越小轧辊磨损越快，该机架容易出现两边浪，通过降低该机架轧制负荷及强化轧制润滑效果对减缓板形恶化是有效的。

通过采取系列措施，500-700MPa级高强钢（WYS、WS、WJX、WTX系列）综合成材率从92％提高到95.8％，平整返工率从90％降低到25％，平整生产速度从150m/min提高到288m/min，取得了良好的效果。

（来源：世界金属导报）