冷軋產品表面粗糙度對產品的沖壓性能和涂裝性能有著重要的影響。文章針對連退機組平整工藝的特點分析了平整過程中典型工藝參數對帶鋼表面粗糙度的變化趨勢的影響，通過工藝分析簡化和歸并了帶鋼表面粗糙度的影響因素。對影響帶鋼表面粗糙度的重點工藝因素進行數據收集并開展數據回歸分析，建立各鋼種帶鋼表面粗糙度在生產期間的衰變模型，其預測結果與模型基本符合。通過分析及討論明確了原料條件及工藝因素對帶鋼表面粗糙度的影響，為用戶對帶鋼表面粗糙度的預先設計提供了理論支持。
近年來，隨著我國汽車產業的快速發展，汽車生產廠家對冷軋帶鋼的性能、表面質量穩定性及表面粗糙度控制均勻性的要求越來越高。冷軋產品表面粗糙度對產品的沖壓性能和涂裝性能有著重要的影響。為保證沖壓性能，一般要求汽車內板表面粗糙度為0.9~1.6μm；為保證汽車外板的表面顯影性及涂漆質量，一般要求表面粗糙度為0.7~1.2μm[1]，而且由于不同汽車廠家涂裝工藝的不同，表面粗糙度要求范圍也有所差異。隨著測量技術的發展，連續退火機組已逐步開始采用在線測量技術對表面粗糙度進行測量。為了能直接生產出用戶所要求的表面粗糙度的產品，就要求能夠實現對帶鋼表面粗糙度的預先控制。因此，有必要對帶鋼表面粗糙度的影響因素及其變化規律開展技術研究及模型建立工作。
帶鋼表面粗糙度的形成
帶鋼表面粗糙度及微觀形貌是通過軋輥在軋制過程中轉印到帶鋼表面的[2]，也就是說軋制力是將軋輥表面粗糙度傳遞到帶鋼上的動力，對帶鋼表面粗糙的形成起著至關重要的作用，轉印過程參見圖1。在同等條件下，軋制力越大，軋輥表面的“尖峰”越容易“拷貝”到帶鋼表面。而作為最后一道賦予帶鋼表面粗糙度的機組，平整機組的平整輥對最終產品的表面粗糙度起到至關重要的作用[3]。雖然表面粗糙度主要受軋制力及平整輥表面粗糙度的影響，但實際上也受到軋制鋼種、厚度/寬度規格、不同鋼種及厚度規格的帶鋼平整延伸率的工藝要求、軋制過程中的潤滑條件、軋輥表面狀態/輥徑在平整輥生產過程中的衰減等因素的影響，這使得連續生產過程中穩定控制帶鋼表面粗糙度的難度增加。生產過程中必須結合現場條件對影響帶鋼表面粗糙度的關鍵因素進行分析，并且結合工藝要求簡化分析過程，為產品的表面粗糙度模型的建立奠定基礎。
影響帶鋼表面粗糙度的因素
CQ級別鋼的平整延伸率與厚度基本上呈線性關系，即厚度越厚平整延伸率越高；IF鋼的平整延伸率基本恒定，與厚度無關，見表1。從平整工藝分析來看，不同鋼種的軋制力實際與該鋼種的平整工藝直接相關。根據軋制理論可知：在其他工藝條件不變時，厚度一定的情況下，平整延伸率越大則軋制力越大；平整延伸率一定的情況下，厚度越厚則軋制力越低；當平整延伸率不變時，同一厚度材料單位軋制力恒定。從工藝分析上將原料影響條件以鋼種類別、厚度進行歸并。
平整工藝的潤滑條件實際上是通過平整液濃度體現的，而潤滑條件變化幅度較小。在平整液濃度工藝控制時，大多數廠家的平整液濃度(體積分數)控制在3%~5%，可以認為潤滑條件基本一致。圖2為平整機使用某廠家平整液濃度-摩擦因數曲線。因此，從工藝上認為軋輥直徑及潤滑條件對粗糙度衰變無影響。
汽車板生產廠家均已采用鍍鉻等工藝技術，增加了軋輥表面的耐磨性，減少了軋制過程中軋輥表面粗糙度的衰減，提高了軋輥表面形貌的抗磨損性[4]，保證了軋輥表面經過長時間軋制后表面形貌的均一性。在軋制力相同的條件下，軋輥表面粗糙度的衰減趨勢必然體現在帶鋼表面。因此，在工藝分析中可將軋輥的磨損衰減直接用同一軋輥軋制帶鋼表面粗糙度的衰減進行表述，將以上工藝影響歸結為軋制公里數(軋程)的影響。通過以上工藝條件對帶鋼表面粗糙度的影響分析，將帶鋼表面粗糙度的影響因素歸并為軋輥初始粗糙度、鋼種、厚度、軋制公里數(軋程)。
實驗分析
為分析帶鋼表面粗糙度的衰變，平整機工作輥采用輥面初始粗糙度為2.5/3.0 μm、橫向粗糙度偏差為±0.2 μm的鍍鉻輥，對6套工作輥軋制CQ/IF鋼軋輥周期的實際生產數據進行跟蹤。在生產期間每軋制5km進行一次測量。帶鋼表面粗糙度及軋輥表面粗糙度均采用統一測量設備。粗糙度測量儀使用德國Hommel T500粗糙度測量儀。測量過程中儀表及檢查方法按照GB 2523—90執行。將測量數據按照鋼種進行分類。由于近似同等條件下軋輥的磨損隨軋制公里數的增加大致呈對數函數趨勢衰減。厚度直接決定軋制力大小，應該近似與粗糙度呈線性關系[6]。因此，針對現場收集數據，根據厚度、軋制公里數(軋程)對帶鋼表面粗糙度影響的趨勢進行相關數據處理后，通過多變量回歸分析原始軋輥表面粗糙度、軋制公里數(軋程)及厚度等參數對帶鋼表面粗糙度的影響，得出回歸公式(1)和公式(2)：
IF鋼：Ra=R×(0.719–0.0462×ln(1+L)–0.129×h)(2)式中，Ra為粗糙度，μm；L為平整機軋制公里數(軋程)，km；h為軋制厚度，mm；R為軋輥表面粗糙度，μm。從回歸公式的回歸因數來看，線性相關性較好。公式(1)：R2=85.0%；公式(2)：R2=86.4%。同時粗糙度回歸數據殘差呈正態分布，說明該回歸公式基本接近實際變化趨勢。圖3為IF鋼典型規格實際帶鋼表面粗糙度衰減曲線。預測結果與實際測量結果基本一致，證明粗糙度衰減模型可較好的滿足復雜多變現場條件下的實際使用。
兩個典型鋼種帶鋼表面粗糙度衰減公式可顯著地表述CQ級別鋼、IF鋼在生產期間由于平整工藝不同導致的粗糙度變化趨勢。CQ級別鋼與厚度相關的因數為正，IF鋼為負，直接表明了CQ級別鋼厚度越厚，平整延伸率越大；軋制力越大，帶鋼表面粗糙度越大。而IF鋼厚度越厚軋制力越小，表面粗糙度也越小。兩個鋼種與軋程相關的因數，均與粗糙度呈負相關，說明在工藝條件不變的情況下，軋輥的表面粗糙度是隨著軋程的增加而呈對數曲線下降。CQ級別鋼與軋程相關的因數大于IF鋼級別，說明CQ級別鋼軋制力大，盡管表面粗糙度隨著軋程的增加表面粗糙度逐步降低，但軋制力的影響仍發揮主要作用。公式中常數項及與厚度相關的項目，構成了軋輥表面粗糙度向帶鋼轉移的轉印率。通過粗糙度衰變模型的建立揭示了帶鋼表面粗糙度的衰變規律。在質量設計階段即可采用該模型實現對不同用戶粗糙度要求的配輥設計；在生產階段可依據不同粗糙度要求的產品安排合理的軋程范圍，可在一個軋輥周期內先生產IF鋼，后生產CQ級別鋼或高強鋼，實現軋輥周期的最大化利用；通過衰變模型提前優化計劃的編排模式，實現不同用戶、鋼種及厚度規格產品粗糙度的預先控制。
結束語
(1)從現場工藝層面分析了產品表面粗糙度的影響因素，簡化了帶鋼表面粗糙度影響因素的分析復雜程度，為其他類似機組的產品表面粗糙度的控制指明了方向。(2)建立帶鋼表面粗糙度衰變模型，針對軋程、初始輥粗糙度、不同鋼種厚度對表面粗糙度的衰變影響程度進行了分析，揭示了在穩定軋制條件下影響表面粗糙度的主要因素及影響程度。(3)通過衰變模型可根據用戶需求來合理設計軋輥的初始粗糙度及軋程，實現對產品表面粗糙度的預先設計。
文章來源——金屬世界
