二十輥森吉米爾軋機是目前軋輥數最多的軋制極薄帶材的軋機,適于軋制變形阻力大的合金帶材。二十輥森吉米爾軋機中,一對小直徑的工作輥由 18 個支承輥排列為三排依次支承,具有良好的各向剛性,可承受較大的軋制力和水平帶材張力,軋制能耗低、成品精度高、厚度薄,具有如下優點 :(1)工作輥直徑小,最小可軋厚度減小,且軋制壓力較低。二十輥森吉米爾軋機中,工作輥與支撐輥的直徑比可達 1∶10,而四輥冷軋機一般為 1∶3~1∶4,因此可大大縮小變形區長度,在給定的軋制力下單位壓力增加,可以采用大壓下量進行軋制。(2)輥系的排列形式及結構特點可保證小直徑工作輥沿其輥身長度方向在垂直和水平面上具有很高的剛度。(3)由于工作輥直徑小,工作輥彈性壓扁很小,不經中間退火即可用較少道次軋制難變形金屬和合金,并可獲得很薄的帶材。(4)由于裝有軋輥輥型控制裝置和帶鋼邊緣板形控制裝置,可以在軋制過程中控制支撐輥和工作輥的輥型。美國軋制硅鋼寬度 120mm 時,最薄可達 0.002mm;日本軋制不銹鋼寬度 200mm 時,最薄可達 0.01mm,且可保證軋出的鋼帶具有很高的厚度精度、平面度和表面質量。(5)采用多支點梁的背襯軸承支撐輥和整體機架,保證了工作機座具有很大剛性,從而使鋼帶在寬度和長度方向上達到很窄的厚度公差范圍。(6)裝有計算機控制系統,軋制過程控制自動化程度很高、控制精度高、響應速度快,適于軋制高強度金屬及合金等材料。(1)摩擦系數(軋制潤滑劑):不銹鋼冷軋也必須使用軋制潤滑劑,其目的是減少軋輥和鋼板接觸面上的摩擦,減小軋制壓力和所需的動力,改善表面狀態并提高軋輥的冷卻效果。冷軋使用的潤滑劑有礦物油、棕櫚油和乳化液等,質量應符合標準規定,使用前要過濾,重要的是在以后退火中不能在板面上留下殘跡。 軋輥和鋼板間的摩擦系數因潤滑油的種類和潤滑方法而不同,和軋輥、鋼板的表面狀態以及軋制時的條件(溫度、速度、壓下率)也有關,通常在 0.04～0.15 之間。(2)前后張力:冷軋時的張力對軋制壓力有很大影響,也是影響板形和板厚的重要因素。不銹鋼冷軋需要較大的軋制張力。可逆式冷機的張力來自于軋機前后的卷取機。不同的軋機、不同的鋼種和不同的厚度,設定不同的張力(當然應在屈服點以下)。森吉米爾軋機的軋制張力(單位張力)為:Ni 系鋼 390～490MPa;Cr系鋼為 295～390MPa。一般前張力比后張力稍大,但在生產 0.5mm 厚以下帶材時,可選用后張力等于或略大于前張力。(3)軋制速度:在軋制硬而薄的材料時,軋制速度也影響軋制壓力和鋼板厚度。多輥軋機是在高速下軋制,例如 8 輥軋機的的通板速度最大可達 300m/min;而 20 輥森吉米爾的軋制速度甚至可達 800m/min。(4)軋輥:冷軋機使用的軋輥必須有高的硬度、強度和高耐磨性,同時還必須有一定的韌性。多輥冷軋機使用的軋輥材質為高鉻鋼和高速鋼。不同部位的輥子應選擇不同成分的鋼。為保證冷軋產品的表面質量,對工作輥的表面有嚴格要求,不僅要有一定的光潔度,而且不得有任何肉眼可見的缺陷(裂紋、壓坑、壓痕、研磨紋、螺旋紋等)。軋輥使用前都要經過細致的研磨和檢查。在軋制過程中還要帶鋼表面勤作檢查,發現問題立即換輥。所以軋制不銹鋼時工作輥更換很頻繁,一般每軋一卷至少要換兩次有時甚至要數次換輥。故要專門設置一個研磨間。研磨工作輥的車床必須有高精度,研磨精度要求達到 5μm(0.005mm)。目前不銹鋼的鋼種類別主要有四大類,即鐵素體型不銹鋼、馬氏體型不銹鋼、奧氏體型不銹鋼和雙相不銹鋼。固態金屬及合金都是晶體,即在其內部原子是按一定規律排列的,排列的方式一般有三種即:體心立方晶格結構、面心立方晶格結構和密排六方晶格結構。金屬是由多晶體組成的,它的多晶體結構是在金屬結晶過程中形成的。組成鐵碳合金的鐵具有兩種晶格結構: 910℃ 以下為具有體心立方晶格結構的α—鐵,910℃以上為具有面心立方晶格結構的γ—鐵。如果碳原子擠到鐵的晶格中去,而又不破壞鐵所具有的晶格結構,這樣的物質稱為固溶體。碳溶解到α—鐵中形成的固溶體稱鐵素體,它的溶碳能力極低,最大溶解度不超過 0.02%。而碳溶解到γ—鐵中形成的固溶體則稱奧氏體,它的溶碳能力較高,最高可達 2% 。奧氏體是鐵碳合金的高溫相。鋼在高溫時所形成的奧氏體,過冷到 727 ℃ 以下時變成不穩定的過冷奧氏體。如以極大的冷卻速度過冷到 230 ℃ 以下,這時奧氏體中的碳原子已無擴散的可能,奧氏體將直接轉變成一種含碳過飽和的α固溶體,稱為馬氏體。由于含碳量過飽和,引起馬氏體強度和硬度提高、塑性降低,脆性增大 。軋制產品應達到客戶訂單所要求的冷軋帶鋼目標厚度,并確保在訂單的有效公差范圍內;通過一定的壓縮比,改善金屬的金相組織;產品要求達到一定的表面要求(比如:BA 光亮表面,Super8K 鏡面表面,2B表面,2BB 光亮表面,No.3/No.4/HL 等修磨表面,毛化表面,花紋表面等)。4 二十輥軋機冷軋工序的主要缺陷類別及其預防控制措施表面缺陷的形成有兩方面原因:一是原料帶來的,在冷軋過程中暴露,并繼續保持或殘留下來的缺陷;二是在冷軋過程中產生的缺陷。不銹鋼含有較高的合金元素,有較發達的柱狀晶和在高溫下存在第二相組織,造成熱塑性較低。若熱加工出現表面裂紋,即使修磨消除也往往由于殘留缺陷而保留在成品表面。不銹鋼鑄坯表面缺陷如清理不徹底,會對成品表面質量造成影響。熱軋過程中,由于軋輥的硬度、冷卻強度及其均勻性不足,造成熱軋鋼帶表面輥印、網格等缺陷。這些缺陷在冷軋工序是不能去除的,而且在整個鋼帶表面周期性分布,對成材率影響極大。熱軋鋼帶在冷軋前進行表面修磨是對冷軋前工序鋼帶表面質量控制的最終手段。冷軋工序機組很多,每個機組和單體設備均可能造成表面缺陷,而且往往是連續性的或周期性的。下面重點闡述冷軋工序中二十輥軋機生產線比較容易產生的幾類冷軋主要缺陷類別及其有效預防控制措施。(1)冷軋劃痕:該類缺陷主要來自于每卷帶鋼頭尾部,軋制中受卷筒軸卷取張力的影響而產生,特別是 BA 光亮表面 1.2mm 以上的厚料此類缺陷尤其明顯。針對此類缺陷在軋制時注意加強帶鋼頭尾卷取張力的監控,對厚料軋制時必須確保卷取軸建張或消張時張力控制的穩定性。(2)冷軋凹坑或印痕:在大軋制力的運行條件下,工作輥輥面表層出現疲勞掉肉或者有異物小顆粒黏附在工作輥表面即會產生此類缺陷。首先必須注意確保所采購的工作輥其輥面硬度滿足工藝要求的前提下,日常生產運營過程中輥磨床間(RGS)須控制好工作輥輥面疲勞層的磨削量,而同時二十輥冷軋機生產線(CRM)則須嚴格控制軋制中使用一對新工作輥的總軋制道次數。(3)錐度輥壓痕(車胎花紋):該類缺陷主要是一中間輥輥面損傷所致。對輥磨床間(RGS)須控制好一中間輥/輥面疲勞層的磨削量;二十輥冷軋機生產線(CRM)則須根據機架輥系的差異性及不同的鋼種材料特性合理分配每道次壓下量和軋制張力匹配,從而有效預防軋制力過大而損傷軋輥輥面。(4)振動痕:輥磨床間(RGS)須嚴格控制磨削工藝,以免在工作輥、一中間輥、二中間輥及支撐輥的輥面上形成隱性振動痕,最終在帶鋼表面產生不同周期的振動痕;二十輥冷軋機生產線(CRM)須注意預防軋制中在前幾道次出現打滑現象,從而可能在帶鋼表面產生至最后道次都無法完全消除的連續性振動(5)擠油輥擦傷:由于二十輥軋機軋制中經常處于高速運行狀態,極易產生擦傷類缺陷。對于擠油輥系統,我們必須嚴格控制擠油輥擦拭器的定期更新保養;并且關注擠油輥的輥徑匹配性及輥面再修磨質量(如羊毛輥的輥面硬度和凸度要求)。(6)板面條紋或發白:主要控制好每卷前幾道次及最后三道次的壓下量,冷卻油量,軋制速度;采用合適成分的冷軋軋制油。(7)油斑類缺陷:加強控制擠油輥擦拭器的擠油效果,合理設置擦拭器的壓力;合理選用冷軋軋制油類別,特別需關注軋制油油品特性中的退火清凈性能。(8)心軸卷取折痕:特別針對目標厚度 1.0mm 以下規格,根據鋼卷的材料特性采用合適的軋制單位張力并合理選用鋼套筒。(9)紙印痕或紙斑:嚴格控制好最后道次的實際壓下量及軋制速度,以有效控制帶鋼的板面溫度;關注軋機末道次使用的中間墊紙之紙面粗糙度(墊紙品質特性)。(10)板形不良:板形直觀來說是指板帶材的翹曲度,其實質是板帶材內部殘余應力的分布。只要板帶材內部存在殘余應力,即為板形不良。如殘余應力不足以引起板帶翹曲,稱為“潛在” 的板形不良;如殘余應力引起板帶失穩,產生翹曲,則稱為“表觀”的板形不良。常見的板形缺陷有邊部波浪、中間波浪、單邊波浪、二肋波浪和復合波浪等多種形式,主要是由于軋制過程中帶材各部分延伸不均,產生了內部的應力所引起的。眾所周知,影響板形的主要因素有以下幾個方面: 軋制力的變化、來料板材凸度的變化、原始軋輥的凸度、板寬度、張力、軋輥接觸狀態、軋輥熱凸度的變化等等。為了得到高質量的軋制帶材,必須隨時調整軋輥的輥縫去適合來料的板凸度,并補償各種因素對輥縫的影響。對于不同寬度、厚度、合金的帶材只有一種最佳的凸度,軋輥才能產生理想的目標板形。因此,板形控制的實質就是對承載輥縫的控制,與厚度控制只需控制輥縫中點處的開口精度不同,板形控制必須對軋件寬度跨距內的全輥縫形狀進行控制。基于此,對于不同規格及不同材料特性的板材,必須考慮二十輥軋機整個輥系中不同軋輥系列的錐度或凸度的合理選用,以確保軋制中板形控制的精確性。由于二十輥軋機整個系統運行工況的復雜性以及不銹鋼鋼卷材料特性的多樣性和客戶定單產品表面要求的差異性,而且在不銹鋼板材的生產過程中較多的產品缺陷均來自二十輥軋機的冷軋工序段,對二十輥軋機的設備性能和工藝參數的如何合理匹配優化以有效地降低冷軋工序段主要缺陷的比例,一直是不銹鋼板材生產的主要追求目標。
本文來源冷軋基礎研究
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