新中國(guó)寬厚板工業(yè)經(jīng)歷了從無(wú)到有、從弱到強(qiáng)的發(fā)展過(guò)程。寬厚鋼板的板形控制是生產(chǎn)過(guò)程中十分重要的質(zhì)量控制環(huán)節(jié)。文章簡(jiǎn)要介紹了寬厚鋼板生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備：加熱爐、高壓水除鱗裝置、寬厚板軋機(jī)、矯直機(jī)、滾切式雙邊剪、熱處理設(shè)備、壓平機(jī)等的發(fā)展及關(guān)鍵工藝；綜述了寬厚板軋制成形金屬?gòu)椝苄宰冃卫碚?、軋制過(guò)程中的變形理論、軋后的矯直和壓平理論；針對(duì)寬厚板生產(chǎn)中出現(xiàn)的縱向彎曲、橫向彎曲(鐮刀彎)、邊浪、中間浪等板形問(wèn)題，分析了鋼坯加熱的不均勻、軋制過(guò)程中的冷卻不均勻、軋制過(guò)程中軋機(jī)的不穩(wěn)定性等影響因素并給出了生產(chǎn)實(shí)踐解決方案；提出大厚度熱矯直機(jī)、新型無(wú)氧化燒嘴、新材料無(wú)粘鐵皮爐底輥等新技術(shù)的應(yīng)用預(yù)測(cè)。
自1949年以來(lái)中國(guó)鋼鐵工業(yè)走過(guò)了一條不平凡的發(fā)展之路，中國(guó)寬厚鋼板作為鋼鐵工業(yè)的一個(gè)重要領(lǐng)域，也同樣經(jīng)歷了從無(wú)到有，從弱到強(qiáng)的艱辛歷程。從40多年前中國(guó)第一家寬厚板生產(chǎn)科研基地——舞鋼的誕生到數(shù)十家寬厚板生產(chǎn)線的成長(zhǎng)，凝聚了無(wú)數(shù)寬厚板科研及生產(chǎn)工作者的共同努力。
當(dāng)前，中國(guó)寬厚板生產(chǎn)面臨的問(wèn)題不再是產(chǎn)量的提高和低價(jià)的競(jìng)爭(zhēng)，而是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整和產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提升。內(nèi)在性能質(zhì)量和外在板形質(zhì)量這兩大方面，都需要向國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的更高標(biāo)準(zhǔn)看齊和邁進(jìn)。板形質(zhì)量在當(dāng)前日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中對(duì)于贏得客戶特別是高端客戶和高端市場(chǎng)尤為重要。對(duì)于一般的鋼板來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)外的質(zhì)量控制差距不大，但對(duì)于高強(qiáng)度大厚度的寬厚板來(lái)說(shuō)，板形控制我們還有差距，當(dāng)然也就有了提升和進(jìn)步的巨大技術(shù)和市場(chǎng)空間，因此，寬厚板的板形控制研究就顯得具有現(xiàn)實(shí)和長(zhǎng)遠(yuǎn)意義。本文針對(duì)寬厚鋼板的板形控制關(guān)鍵設(shè)備、工藝、理論和實(shí)踐進(jìn)行綜述，旨在為生產(chǎn)實(shí)踐提供借鑒和幫助。
寬厚板生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備
在寬厚板生產(chǎn)過(guò)程中設(shè)備是基礎(chǔ)，其中關(guān)鍵設(shè)備在整個(gè)流程中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。
加熱爐
加熱爐是通過(guò)將來(lái)料鋼坯加熱到一定溫度來(lái)滿足軋機(jī)壓力加工工藝的需求。寬厚板加熱爐分為以下幾個(gè)種類(lèi)：一是加熱鋼錠的均熱爐，采用加熱
坑式的加熱方式；二是連續(xù)式加熱爐，分為推鋼式加熱爐和步進(jìn)式加熱爐兩種。從加熱使用的能源介質(zhì)來(lái)說(shuō)，包括：天然氣、高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣以及混合氣體等。從熱風(fēng)利用來(lái)說(shuō)，有換熱式和蓄熱式兩種。由于目前國(guó)際國(guó)內(nèi)大厚度連鑄坯的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，加上大厚度電渣鋼坯的應(yīng)用，鋼錠的使用量在減少，因此加熱坑式的加熱爐將逐漸減少，連續(xù)式加熱爐的應(yīng)用將逐漸增多。從大多數(shù)寬厚板廠家來(lái)看，基本上是采取一臺(tái)推鋼式加熱爐加上一到兩臺(tái)步進(jìn)式加熱爐以達(dá)到保證生產(chǎn)的模式，能源介質(zhì)基本上以高爐煤氣為主。目前，自動(dòng)加熱技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，加熱效率和節(jié)能效果都非常理想。
高壓水除鱗裝置
從加熱爐出來(lái)的高溫鋼坯，由于在爐內(nèi)表面產(chǎn)生氧化而存在有大量的氧化鐵皮附著在鋼坯表面，如果不能及時(shí)將氧化鐵皮清除徹底，在后續(xù)的軋機(jī)軋制過(guò)程中將會(huì)產(chǎn)生表面質(zhì)量問(wèn)題。因此，出爐后的第一道高壓水除鱗非常重要。除鱗效果的好壞主要取決于除鱗裝置的壓力以及噴頭的設(shè)計(jì)。早期舞鋼的除鱗水壓力僅有16 MPa，而現(xiàn)在一般在20 MPa以上，對(duì)于清除鋼坯表面的氧化鐵皮發(fā)揮了更好的作用。
寬厚板軋機(jī)
軋機(jī)是整個(gè)寬厚板生產(chǎn)的關(guān)鍵核心設(shè)備。從早期的三輥勞特式軋機(jī)，到現(xiàn)在的全自動(dòng)厚度控制軋機(jī)，寬厚板軋機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了上百年的歷史。隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的加快，各行各業(yè)對(duì)寬厚板的質(zhì)量要求日益提高，因而對(duì)軋機(jī)的軋制力、軋制精度等都有了新的要求，隨之帶來(lái)了軋機(jī)裝備水平及控制技術(shù)的不斷提升，如AGC技術(shù)、彎輥技術(shù)、竄輥技術(shù)等對(duì)于實(shí)現(xiàn)低速大壓力下改善鋼板內(nèi)在質(zhì)量具有十分重要的作用。目前，我國(guó)寬厚板軋機(jī)的最大軋制力都在近萬(wàn)噸，與早期舞鋼的4200 mm功勛軋機(jī)(圖1)的4200 t軋制力相比產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。另外，大直徑支承輥的應(yīng)用對(duì)板形控制有較好的提升作用；主傳動(dòng)軸采用十字包式的萬(wàn)向接軸替代傳統(tǒng)的滑塊式萬(wàn)向接軸，使得傳動(dòng)效率得到了極大提高；自動(dòng)控制二級(jí)模型極大地改變了人工操作帶來(lái)的不確定
坑式的加熱方式；二是連續(xù)式加熱爐，分為推鋼式加熱爐和步進(jìn)式加熱爐兩種。從加熱使用的能源介質(zhì)來(lái)說(shuō)，包括：天然氣、高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣以及混合氣體等。從熱風(fēng)利用來(lái)說(shuō)，有換熱式和蓄熱式兩種。由于目前國(guó)際國(guó)內(nèi)大厚度連鑄坯的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，加上大厚度電渣鋼坯的應(yīng)用，鋼錠的使用量在減少，因此加熱坑式的加熱爐將逐漸減少，連續(xù)式加熱爐的應(yīng)用將逐漸增多。從大多數(shù)寬厚板廠家來(lái)看，基本上是采取一臺(tái)推鋼式加熱爐加上一到兩臺(tái)步進(jìn)式加熱爐以達(dá)到保證生產(chǎn)的模式，能源介質(zhì)基本上以高爐煤氣為主。目前，自動(dòng)加熱技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，加熱效率和節(jié)能效果都非常理想。
高壓水除鱗裝置
從加熱爐出來(lái)的高溫鋼坯，由于在爐內(nèi)表面產(chǎn)生氧化而存在有大量的氧化鐵皮附著在鋼坯表面，如果不能及時(shí)將氧化鐵皮清除徹底，在后續(xù)的軋機(jī)軋制過(guò)程中將會(huì)產(chǎn)生表面質(zhì)量問(wèn)題。因此，出爐后的第一道高壓水除鱗非常重要。除鱗效果的好壞主要取決于除鱗裝置的壓力以及噴頭的設(shè)計(jì)。早期舞鋼的除鱗水壓力僅有16 MPa，而現(xiàn)在一般在20 MPa以上，對(duì)于清除鋼坯表面的氧化鐵皮發(fā)揮了更好的作用。
寬厚板軋機(jī)
軋機(jī)是整個(gè)寬厚板生產(chǎn)的關(guān)鍵核心設(shè)備。從早期的三輥勞特式軋機(jī)，到現(xiàn)在的全自動(dòng)厚度控制軋機(jī)，寬厚板軋機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了上百年的歷史。隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的加快，各行各業(yè)對(duì)寬厚板的質(zhì)量要求日益提高，因而對(duì)軋機(jī)的軋制力、軋制精度等都有了新的要求，隨之帶來(lái)了軋機(jī)裝備水平及控制技術(shù)的不斷提升，如AGC技術(shù)、彎輥技術(shù)、竄輥技術(shù)等對(duì)于實(shí)現(xiàn)低速大壓力下改善鋼板內(nèi)在質(zhì)量具有十分重要的作用。目前，我國(guó)寬厚板軋機(jī)的最大軋制力都在近萬(wàn)噸，與早期舞鋼的4200 mm功勛軋機(jī)(圖1)的4200 t軋制力相比產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。另外，大直徑支承輥的應(yīng)用對(duì)板形控制有較好的提升作用；主傳動(dòng)軸采用十字包式的萬(wàn)向接軸替代傳統(tǒng)的滑塊式萬(wàn)向接軸，使得傳動(dòng)效率得到了極大提高；自動(dòng)控制二級(jí)模型極大地改變了人工操作帶來(lái)的不確定性因素的影響，為實(shí)現(xiàn)軋機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致性提供了可靠的支撐。我國(guó)的寬厚板生產(chǎn)自2005年后進(jìn)入飛速發(fā)展的階段，為我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支撐。
矯直機(jī)
在寬厚板的整個(gè)軋制過(guò)程中，由于受到諸如坯料尺寸、加熱溫度、軋機(jī)穩(wěn)定性等因素的影響，寬厚鋼板板形極易出現(xiàn)問(wèn)題，而在冷態(tài)下僅通過(guò)軋機(jī)的軋制能力很難實(shí)現(xiàn)寬厚板的板形挽救從而生產(chǎn)出合格產(chǎn)品。因而，對(duì)于寬厚板生產(chǎn)來(lái)說(shuō)在軋機(jī)后面設(shè)立一道矯直矯平工序顯得十分必要。目前應(yīng)用較為普遍的是九輥和十一輥矯直機(jī)(圖2)。過(guò)去的矯直機(jī)基本上采用機(jī)械壓下裝置，而現(xiàn)在均采用全液壓系統(tǒng)方式，包括液壓壓下、液壓輥系傾斜等。現(xiàn)階段的矯直機(jī)同時(shí)實(shí)行L1、L2自動(dòng)模型控制，使得各種原始板形的矯直糾正都能得到很好的效果。另外，快速換輥系統(tǒng)的應(yīng)用為節(jié)省檢修時(shí)間提供了幫助。
滾切式雙邊剪
早期的寬厚板雙邊剪采用斜刃剪方式，這種剪子剪切效率低，剪切質(zhì)量差。之后在汲取國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，20世紀(jì)90年代國(guó)內(nèi)幾家制造廠陸續(xù)開(kāi)發(fā)出了一軸三偏心、二軸二偏心，到目前的三軸三偏心滾切式雙邊剪。三軸三偏心滾切式雙邊剪是利用兩根曲軸完成剪切動(dòng)作，另外一根曲軸完成碎邊剪切，由此鋼板的剪切質(zhì)量得到了很大提高。
熱處理設(shè)備
熱處理設(shè)備主要包括：正火爐、回火爐、淬火爐和淬火機(jī)等。隨著時(shí)代的發(fā)展，制造業(yè)對(duì)鋼板質(zhì)量的要求越來(lái)越高，一是高強(qiáng)度需求，二是減量化需求，三是特殊條件下的應(yīng)用需求。因此，現(xiàn)在的寬厚板生產(chǎn)中相當(dāng)一部分需要進(jìn)行不同的熱處理加工以滿足不同規(guī)格的鋼板性能需求，例如薄規(guī)格和厚規(guī)格的淬火鋼板對(duì)淬火爐和淬火機(jī)的要求就有所不同。為了配合熱處理工藝實(shí)現(xiàn)滿足鋼板最終質(zhì)量和性能的要求，熱處理區(qū)域一般需要配備矯直機(jī)和拋丸機(jī)等。
壓平機(jī)
壓平機(jī)作為寬厚板企業(yè)保證出廠前鋼板的板形質(zhì)量的關(guān)鍵設(shè)備，一般需要配備一臺(tái)或幾臺(tái)。壓平機(jī)用于實(shí)現(xiàn)大厚度鋼板的板形控制，或者對(duì)矯直機(jī)沒(méi)能實(shí)現(xiàn)板形矯正的問(wèn)題鋼板進(jìn)行質(zhì)量挽救。壓平機(jī)的軋制力從20 MN到50 MN不等，通常能夠壓制的鋼板(σs≤800 MPa)厚度最大可以達(dá)到250 mm，特殊情況下采取帶溫壓平技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)更大厚度鋼板的板形矯正。
寬厚板生產(chǎn)關(guān)鍵工藝
加熱工藝
鋼坯在軋制前，需要對(duì)其進(jìn)行加熱以達(dá)到壓力加工所需的溫度，從而可以提高鋼坯的塑性，減小軋制過(guò)程中的變形抗力；使鋼坯內(nèi)外的溫度均勻，消除內(nèi)在應(yīng)力，避免斷裂現(xiàn)象出現(xiàn)；通過(guò)高溫加熱，促使鋼坯內(nèi)部的不均勻組織和一些夾雜物得到擴(kuò)散，改變鋼坯內(nèi)部結(jié)晶組織，對(duì)于特殊品種鋼尤為重要。加熱工藝包括加熱溫度、加熱速度、加熱時(shí)間、爐內(nèi)氣氛和加熱爐的燃燒介質(zhì)等。其中需要考慮不同加熱能源介質(zhì)的熱值情況，因而燃燒介質(zhì)從早期的重油到現(xiàn)在的天然氣或者轉(zhuǎn)爐、高爐煤氣對(duì)于加熱工藝來(lái)說(shuō)都具有一定的影響。同時(shí)，也需要考慮不同加熱爐熱效率的影響，例如由于換熱式爐和蓄熱式爐熱效率的不同，加熱工藝就有所不同。為了更好的做到節(jié)能降耗，目前各個(gè)企業(yè)都在大力推動(dòng)熱裝熱送工藝。因而鋼坯加熱是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定高效軋制的前提，良好的加熱質(zhì)量，對(duì)于實(shí)現(xiàn)鋼板板形控制非常重要。
軋制工藝
經(jīng)過(guò)高溫加熱的鋼坯，經(jīng)過(guò)高壓水除鱗后進(jìn)入軋機(jī)軋制。寬厚板軋制工藝分為展寬軋制和延伸軋制兩個(gè)工序。展寬軋制包括橫向展寬和縱向展寬兩種，其目的是通過(guò)展寬來(lái)達(dá)到成品板所需的寬度。展寬軋制后，就需要進(jìn)行延伸軋制達(dá)到板形控制、厚度控制、性能控制以及表面質(zhì)量控制的目的。延伸軋制通常在主傳動(dòng)能力允許的條件下，盡量采取低速大壓力下的軋制策略，這樣既減少了軋制道次，提高了軋制效率，又有利于改善內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，保證內(nèi)在質(zhì)量，提高探傷合格率。在整個(gè)軋制過(guò)程中，通過(guò)科學(xué)合理的二級(jí)規(guī)程的設(shè)計(jì)，包括一級(jí)自動(dòng)化的監(jiān)控，來(lái)實(shí)現(xiàn)軋制過(guò)程的安全穩(wěn)定運(yùn)行。另外，對(duì)于不同的鋼種，又有不同的軋制工藝，例如一些特殊的高強(qiáng)鋼，對(duì)開(kāi)軋溫度和控軋溫度以及終軋溫度等都有嚴(yán)格的工藝限制要求，這也是寬厚板生產(chǎn)中的技術(shù)難點(diǎn)。
熱矯直工藝
經(jīng)過(guò)軋制的鋼板，溫度通常為600~800℃，必須進(jìn)行熱矯直以實(shí)現(xiàn)鋼板的平直度。軋制后的寬厚鋼板由于內(nèi)部殘余應(yīng)力的存在，在自然冷卻過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致鋼板的各種瓢曲變形例如邊浪、中間浪等問(wèn)題出現(xiàn)。因此在軋制工序完成之后，需要對(duì)鋼板進(jìn)行一個(gè)或者多個(gè)道次的矯直來(lái)消除軋制過(guò)程中的殘余應(yīng)力和軋制后的不均勻變形，為保證鋼板板形質(zhì)量提供保證。熱矯直機(jī)一般具有動(dòng)態(tài)輥縫調(diào)整、矯直輥橫向彎曲補(bǔ)償、整體傾動(dòng)、入出輥帶鋼調(diào)整等功能，可以最大限度地消除可能出現(xiàn)的各種板形缺陷。
鋼板剪切工藝
寬厚鋼板經(jīng)過(guò)軋制、矯直之后，在冷床上冷卻到室溫，然后再進(jìn)行切頭切尾和切雙邊工作。一般來(lái)說(shuō)，從目前剪切機(jī)的能力來(lái)看，使用剪機(jī)剪切的鋼板厚度均在50 mm以下，50 mm以上的厚鋼板需要進(jìn)行人工或數(shù)控火切。剪切過(guò)程中關(guān)鍵的是剪切的尺寸質(zhì)量和剪切的切邊質(zhì)量。通常切邊余量在50~100 mm之間，無(wú)論是剪機(jī)還是火切，都需要考慮剪切后鋼板的矩形，即剪切后需要對(duì)鋼板的對(duì)角線進(jìn)行校核以滿足客戶的要求。另外對(duì)一些特殊的鋼種來(lái)說(shuō)，還需要實(shí)行溫切，即需要鋼板在較高溫度下進(jìn)行切割，否則容易導(dǎo)致鋼板剪切后的邊部裂紋，從而造成廢品，如14Cr1MoR、12Cr2Mo1VR等特殊鋼種都需要帶溫切割。
熱處理工藝
現(xiàn)階段熱處理工藝作為寬厚板領(lǐng)域的關(guān)鍵工序，使得眾多的特殊鋼寬厚板都需要進(jìn)行熱處理。如：鍋爐汽包板、各種壓力容器板、石化、煤化、核電等特殊品種的鋼板，都需要進(jìn)行不同狀態(tài)的熱處理以滿足不同使用狀態(tài)下的鋼板性能要求，如大厚度抗撕裂要求、耐候耐腐蝕要求、低溫要求等。因而為了實(shí)現(xiàn)不同用途鋼板的需求對(duì)應(yīng)有不同的熱處理工藝，包括：純正火態(tài)交貨、正火加回火交貨、調(diào)質(zhì)狀態(tài)交貨等。目前的熱處理工藝都依賴于良好的設(shè)備狀況和監(jiān)測(cè)儀表以及各種控制元件的良好運(yùn)行和配合。例如：淬火機(jī)水系統(tǒng)的完好是實(shí)現(xiàn)良好鋼板淬火的關(guān)鍵技術(shù)條件之一。
壓平工藝
壓平工藝作為挽救工藝的一種，是通過(guò)對(duì)前面許多工序矯正后板形依然不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求而再次進(jìn)行壓平操作。目前壓平機(jī)的壓力可達(dá)50 MN，能夠壓平的鋼板最大厚度與屈服強(qiáng)度有關(guān)，如：250 mm(σs≤800 MPa)等。
板形控制理論基礎(chǔ)
板形是衡量寬厚板產(chǎn)品合格的要素之一。板形合格是由整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中的板形控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于寬厚板軋制來(lái)說(shuō)，軋制成形理論的基礎(chǔ)是金屬的彈塑性變形理論，主要包括軋制過(guò)程中的變形理論、軋后的矯直和壓平理論。彈塑性變形和軋制成形理論
金屬在受到外力產(chǎn)生變形時(shí)，應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系：ε=σ/E，式中ε為應(yīng)變，σ為應(yīng)力，E為彈性模量。在軋制過(guò)程中，金屬變形遵循的是體積不變?cè)砗妥钚∽枇Χ?。在鋼板進(jìn)入軋輥輥縫前，軋輥的空載輥縫為S0；當(dāng)軋輥進(jìn)入軋輥輥縫后，在軋制力P的作用下，軋輥輥身中部產(chǎn)生一定的變形f，f=h–S0，式中h為軋制后的鋼板厚度。由于在軋制力的作用下，不同的軋機(jī)會(huì)有不同的彈性變形，因此對(duì)整個(gè)軋制過(guò)程會(huì)產(chǎn)生不同的影響。為了解決這個(gè)問(wèn)題，引入軋機(jī)剛度C的概念，即：使軋機(jī)產(chǎn)生1 mm變形所需的軋制力。有了這個(gè)基礎(chǔ)，就有了軋機(jī)的彈跳方程：h=S0+P/C。
彈塑性變形和鋼板矯直理論
鋼板經(jīng)過(guò)矯直機(jī)的過(guò)程是一個(gè)彈塑性彎曲變形的過(guò)程。鋼板在外負(fù)荷彎曲力矩的作用下產(chǎn)生彎曲變形，此時(shí)中性層以上的縱向纖維受到拉伸變形，中性層以下的縱向纖維受到壓縮變形。根據(jù)外負(fù)荷力矩的大小，鋼板彎曲變形分為三種情況：一是純彈性彎曲變形，鋼板處于彈性變形狀態(tài)，外負(fù)荷去除后變形能夠全部恢復(fù)；二是彈塑性變形，隨著外負(fù)荷增大，鋼板各層纖維繼續(xù)發(fā)生變形，當(dāng)負(fù)荷達(dá)到一定值后，鋼板外層縱向纖維應(yīng)力超過(guò)了材料的屈服極限，纖維產(chǎn)生塑性變形，當(dāng)外負(fù)荷去除后，變形無(wú)法完全恢復(fù)；三是純塑性變形，隨著外負(fù)荷的繼續(xù)加大，整個(gè)鋼板斷面的縱向纖維應(yīng)力都超過(guò)了屈服極限，則所有縱向纖維都處于塑性變形狀態(tài)。通常在寬厚鋼板矯直過(guò)程中，整個(gè)鋼板是處于彈塑性變形狀態(tài)的。
鋼板在彎曲變形過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)幾種曲率：(1)原始曲率1/r0，鋼板在矯直前具有的曲率；(2)反彎曲率1/ρ，鋼板在彎曲力矩作用下的曲率；(3)殘余曲率1/r，鋼板在去除外負(fù)荷后，經(jīng)過(guò)彈復(fù)后的剩余曲率；(4)彈復(fù)曲率1/ρy，在彈性恢復(fù)階段，鋼板彈性恢復(fù)的曲率。如果所取的反彎曲率在數(shù)值上等于彈復(fù)曲率，則彈復(fù)后的鋼板得到矯直，即：1/ρ=1/ρy。
彈塑性變形和鋼板壓平理論
通常矯直機(jī)是有能力限制的，對(duì)于強(qiáng)度級(jí)別較高或者鋼板厚度較大的情況下將無(wú)法實(shí)現(xiàn)鋼板的矯直。如果寬厚鋼板在矯直工序后仍出現(xiàn)板形問(wèn)題，就需要到壓平機(jī)上進(jìn)行壓平。壓平機(jī)能夠壓平的鋼板最大厚度與屈服強(qiáng)度有關(guān)。如果壓平機(jī)采用50 MN的壓力，一般可以完成的規(guī)格是：最大厚度：410 mm(σs≤400 MPa)；最大厚度：300 mm(σs≤600 MPa)；最大厚度：250 mm(σs≤800 MPa)；最大厚度：180 mm(σs≤1200 MPa)。在鋼板壓平的過(guò)程中，操作人員要對(duì)鋼板的變形情況做出準(zhǔn)確判斷，然后采取加載墊鐵的方式設(shè)立彎曲支點(diǎn)，最后在壓頭的作用下使得彎曲變形部位得到彈塑性變形。由于通常的變形都是不同的，因此每次設(shè)定墊鐵部位和壓平機(jī)的壓力等都需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)計(jì)算。如果計(jì)算出現(xiàn)偏頗則極易造成鋼板表面的壓傷，因而相對(duì)于矯直機(jī)而言，壓平機(jī)的操作更需要實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
板形問(wèn)題解決方案
在寬厚板生產(chǎn)中，板形問(wèn)題主要表現(xiàn)為：縱向彎曲、橫向彎曲(鐮刀彎)、邊浪、中間浪等。產(chǎn)生以上板形問(wèn)題的主要因素包括：鋼坯加熱的不均勻、軋制過(guò)程中的冷卻不均勻、軋制過(guò)程中軋機(jī)的不穩(wěn)定性等。針對(duì)以上問(wèn)題和因素，在生產(chǎn)實(shí)踐中采取如下解決方案。
加熱環(huán)節(jié)
鋼坯要在加熱爐里進(jìn)行充分均勻加熱就要嚴(yán)格執(zhí)行加熱工藝，加熱溫度參考表1。
軋制環(huán)節(jié)
要做好板形控制，首先要優(yōu)化二級(jí)模型，充分發(fā)揮控制系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)功能。對(duì)于不同規(guī)格、不同品種的鋼板要有最優(yōu)的二級(jí)模型支撐，只有軋制規(guī)程得到優(yōu)化，才能有理想的軋制效果。在軋制過(guò)程中，每一道次的壓下量、每一道次的軋制溫度都將直接或間接影響到板形的好壞，如如何設(shè)計(jì)平整道次、如何設(shè)計(jì)最終道次，都是在理論和實(shí)踐相結(jié)合的基礎(chǔ)上才能很好完成板形控制。然而這些都依賴于設(shè)備的穩(wěn)定性保證，即厚度自動(dòng)控制(AGC)系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)軋制力、輥縫、軋機(jī)彈跳等的綜合計(jì)算，AGC油缸的伺服閥實(shí)時(shí)跟蹤調(diào)節(jié)，消除了軋輥膨脹、油膜軸承厚度變化等因素的影響達(dá)到軋機(jī)輥縫的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定，從而保證板形良好。為了實(shí)現(xiàn)厚度的自動(dòng)控制，通常在軋機(jī)后面都有一臺(tái)測(cè)厚儀用于實(shí)時(shí)測(cè)量每一道次的鋼板厚度，然后反饋給自動(dòng)控制系統(tǒng)，結(jié)合AGC實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，也叫自適應(yīng)功能。在軋制過(guò)程中，采用凸度軋輥和彎輥以及竄輥技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)良好的板形控制。例如，西馬克通常采用CVC輥型技術(shù)，奧鋼聯(lián)通常采用SmartCrown輥型技術(shù)。通過(guò)采用不同的輥型技術(shù)，加上實(shí)時(shí)的竄輥技術(shù)，可以很好地實(shí)現(xiàn)板形的控制。除此之外，在軋制過(guò)程中，軋輥冷卻水的均勻性、高壓除鱗水的均勻性、前后推床的對(duì)中問(wèn)題等都會(huì)間接的影響板形效果。在實(shí)踐中探索不同情況下的軋制方案，形成一套完整的軋制模型，配以完好的設(shè)備狀況，就能很好地解決軋制環(huán)節(jié)的板形控制問(wèn)題。
ACC快速冷卻環(huán)節(jié)
無(wú)論是采取DQ工藝還是TMCP工藝，鋼板在快冷裝置中的冷卻過(guò)程容易造成板形問(wèn)題，這主要受兩方面因素影響，一是軋制板形的不均勻性，需要在軋制過(guò)程中控制；二是快速冷卻裝置在噴水時(shí)水的分布均勻性，需要定期或不定期對(duì)快冷裝置進(jìn)行水量標(biāo)定，以保證水量的穩(wěn)定、均勻。當(dāng)前，解決軋制板形的不均勻性的辦法是在快冷前加裝預(yù)矯直機(jī)，即在鋼板經(jīng)過(guò)軋機(jī)軋制后進(jìn)入快冷裝置之前，將鋼板進(jìn)行一次矯平，并且確保鋼板入水均勻，避免造成鋼板局部水的積壓而引起過(guò)冷。水的分布均勻性關(guān)鍵在于快冷設(shè)備的維護(hù)、點(diǎn)檢、檢修，對(duì)于快冷裝置的各種閥門(mén)以及過(guò)濾器等，要采取及時(shí)標(biāo)定、及時(shí)處理，確保設(shè)備完好和完整。
熱矯直環(huán)節(jié)
鋼板經(jīng)過(guò)快冷(有的鋼種不需要快冷)之后，進(jìn)入熱矯直機(jī)。此道工序是將有一定溫度的鋼板再次進(jìn)行矯平。矯直工藝目前都具有二級(jí)模型計(jì)算，可以根據(jù)不同的鋼板信息進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，如是否需要輥系傾斜、引料輥的開(kāi)口度設(shè)置、壓下量的設(shè)定等，從而實(shí)現(xiàn)鋼板的熱矯平。
熱處理環(huán)節(jié)
為了保證鋼板經(jīng)過(guò)熱處理后的板形，需要做好鋼板的拋丸工作，由于在前期加熱、軋制、冷卻過(guò)程中，鋼板表面會(huì)有一層氧化鐵皮存在，如果不進(jìn)行很好的拋丸處理，氧化鐵皮得不到徹底清除，在熱處理爐里就會(huì)出現(xiàn)受熱不均現(xiàn)象，造成鋼板出爐后再次冷卻過(guò)程中由于內(nèi)應(yīng)力不均勻而再次瓢曲。因此，現(xiàn)在更多的寬厚板生產(chǎn)廠家在回火爐后面增加了溫矯直機(jī)以解決此問(wèn)題。
壓平環(huán)節(jié)
作為最后一道處理鋼板板形問(wèn)題的工序，壓平機(jī)目前在寬厚板生產(chǎn)領(lǐng)域被普遍使用，特別是大厚度的鋼板。這種采用強(qiáng)制外力來(lái)矯平鋼板的方式，有其固有的限制，如壓平機(jī)的能力限制、壓力限制、尺寸限制等。對(duì)于短粗的大厚度鋼板就無(wú)法實(shí)現(xiàn)作業(yè)。為了解決此類(lèi)特殊難題，舞鋼在完成我國(guó)大飛機(jī)項(xiàng)目——世界最大的8萬(wàn)t模鍛壓機(jī)所需390 mm厚電渣鋼20MnNiMo的板形壓平時(shí)，采取的是先加熱到一定溫度再實(shí)施壓平的方案，有效解決了該項(xiàng)難題，很好地完成了國(guó)家重點(diǎn)項(xiàng)目用鋼的生產(chǎn)。
冷矯直機(jī)環(huán)節(jié)
作為冷處理的設(shè)備，目前所能矯平的鋼板在20 mm以下，厚度太大、強(qiáng)度太高的鋼板不能實(shí)現(xiàn)冷矯直。因此，對(duì)于大多數(shù)寬厚板生產(chǎn)廠家而言，板形控制基本上集中在前幾道工序，如軋制、熱矯直等，對(duì)于在冷床上冷卻過(guò)程中再次出現(xiàn)瓢曲的薄規(guī)格鋼板，最后才使用冷矯直機(jī)進(jìn)行矯平。
結(jié)束語(yǔ)
隨著市場(chǎng)的發(fā)展，客戶對(duì)寬厚鋼板板形的質(zhì)量要求越來(lái)越高，企業(yè)如果不能滿足客戶的要求將無(wú)法適應(yīng)未來(lái)的發(fā)展。隨著新技術(shù)新工藝的發(fā)展和應(yīng)用，從各生產(chǎn)環(huán)節(jié)來(lái)看，都存在諸多可改進(jìn)的空間，例如，加熱技術(shù)中采取更加精確的自動(dòng)燒鋼技術(shù)、燒嘴自動(dòng)空燃比調(diào)節(jié)手段、優(yōu)化爐內(nèi)氧化氣氛、控制微正壓燒鋼等，對(duì)于鋼坯的穩(wěn)定均勻性和一次氧化鐵皮控制都將產(chǎn)生良好影響。此外，預(yù)矯直機(jī)和熱矯直機(jī)的配合使用，ACC裝置的科學(xué)應(yīng)用，及時(shí)消除鋼板軋制后的內(nèi)部應(yīng)力造成的鋼板不均勻變形，為熱處理板形控制提供基礎(chǔ)，也是很好的措施和手段。大厚度矯直機(jī)將是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，目前由于熱矯直機(jī)的能力所限，一些大厚度如超過(guò)100 mm，高強(qiáng)度如超過(guò)500 MPa的高強(qiáng)度鋼板，如果再經(jīng)過(guò)快速冷卻裝置，進(jìn)入矯直機(jī)的溫度將遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于熱矯直機(jī)所規(guī)定的溫度，強(qiáng)行矯平對(duì)設(shè)備本身會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。但如果不經(jīng)過(guò)熱矯直機(jī)的矯平，后續(xù)處理起來(lái)將會(huì)更加的困難?？梢灶A(yù)測(cè)，大厚度的熱矯直機(jī)將會(huì)很快推出。
熱處理過(guò)程的板形控制，其實(shí)是加熱爐本身的加熱控制和淬火機(jī)淬火水量、水溫等的控制能力。目前對(duì)于中間厚度的鋼板，淬火的板形控制較為容易，但對(duì)于10 mm以下及150 mm以上的淬火鋼板，板形控制還具有偶然性。因此，提高熱處理設(shè)備的控制精度，夯實(shí)設(shè)備基礎(chǔ)管理是未來(lái)熱處理工序控制板形的關(guān)鍵。一些新技術(shù)如新型無(wú)氧化燒嘴、新材料無(wú)粘鐵皮爐底輥等都將為解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題而得以應(yīng)用。
展望未來(lái)，盡管寬厚板板形控制技術(shù)還存在很多技術(shù)難題和管理工作難題，但相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，中國(guó)高質(zhì)量寬厚鋼板將走向世界，為世界的發(fā)展和建設(shè)提供堅(jiān)強(qiáng)的鋼鐵支撐。
文章來(lái)源——金屬世界
