嘉峪关热轧中厚板厂家（极限宽规格中厚板生产技术开发与集成研究）

姚震 张坤等《世界金属导报》

极限宽规格中厚板由于其宽度优势，广泛应用于船舶、海工、桥梁、建筑等领域。但是超宽结构钢板生产难点主要有三个方面：一是钢板宽度极大，钢板矩形化难以控制，对保证钢板尺寸有较大限制；二是钢板板形控制难度大，粗轧阶段钢板易产生“翘头”，精轧阶段钢板易产生“浪形”；三是钢板性能均匀化不易控制，这些因素成为制约超宽结构钢板大批量生产的瓶颈，也是此类钢板价格较高的原因。因此，极限宽规格中厚板的开发，不仅是企业和用户的迫切需要，更是对深化轧制工艺过程的认识，深入探索设备极限能力，推动钢板轧制技术的发展，具有重要的工程应用价值。

1 研究方法

针对超宽结构钢板生产难点，综合考虑轧件三维塑性变形、轧辊弹性变形、轧辊磨损、轧辊热变形、轧制工艺和控制模型等因素，通过力学分析、数学建模、计算机仿真分析和工业试验等方法，掌握极限宽规格中厚板的轧制工艺，优化轧制钢板板形。同时，通过大量的工业试验，掌握超宽结构钢板的矫直方法和技术，稳定钢板板形。

2 技术路线

基于上述研究方法，制定出以下极限宽规格钢板生产技术路线。

1）工业调研和测量。在鲅鱼圈5500mm宽厚板生产线上，调查、测量和掌握高强薄材的残余应力、轧制工艺和控制模型情况，分析不均匀轧制变形、热应力等对高强薄材残余应力的影响，研究高强薄材轧制稳定性差的主要影响因素等，为理论建模、仿真分析、控制方案研究，提供客观依据。

2）确定最佳的轧制策略。在工业调研测量的基础上，通过理论分析与数据验证，制定最佳的轧制策略。

3）在线钢板凸度模型重新构建。根据钢板轧制时钢板凸度原理与5500mm宽厚板生产线控制模型特点，优化钢板在线凸度模型，保证钢板轧制板形。

4）超宽钢板性能均匀性的研究。通过控制钢板轧制温度，优化钢板组织晶粒，提高钢板整体性能均匀性。

5）超宽钢板矫直技术的研究。通过对矫直原理的分析、矫直机系统的改进与矫直机设备的开发，摸索出合理的矫直工艺。

3 技术方案

3.1极限宽规格中厚板轧制策略的制定

因为中厚板的产品宽度范围和厚度范围很大，而钢板坯料规格是有限的，所以超宽钢板轧制过程需要进行成形轧制和展宽轧制来适应终轧产品的尺寸要求。不同的产品可能需要的轧制阶段不一样，为此需要根据实际情况制定超宽钢板的轧制策略，而轧制策略的好坏直接影响最终产品的平面形状和成材率，同时它还影响到轧制节奏。一般来说，中厚板的轧制策略有5种：1）纵-横-纵轧制策略，表示坯料先进行成形轧制，然后进行展宽轧制，最后进行伸长轧制；2）横-纵轧制策略，表示坯料先进行横向展宽轧制，然后进行伸长轧制；3）纵-横轧制策略，表示坯料先进行纵向展宽轧制，然后进行伸长轧制；4）全纵轧制策略表示坯料直接进行伸长轧制；5）全横轧制策略表示坯料旋转90度后进行伸长轧制。

成形轧制的作用是消除板坯表面不平或由于剪断引起的端部压扁的影响，使得展宽轧制前获得准确的坯料厚度，减少横轧时的桶形，为提高展宽轧制阶段的板厚精度和展宽精度打下良好的基础，而且成形阶段道次不宜过多，一般为1-4个道次。但是成形阶段还有一个重要作用没有得到重视，就是它可以改善最终产品的平面形状。实践证明，展宽比越大时，要想获得良好的板形和平面形状，必须增加展宽前轧件的长度。总体来说，成形阶段轧件温度比较高，轧件厚度值也较大，板形不是制约轧制规程的因素，所以在设备能力范围内尽量采用大压下量。

展宽阶段的作用很明显就是为了满足成品宽度的要求，将成形后的轧件在宽度或长度方向上得到展宽，直至获得成品钢板的毛边宽度为止。目前国内的超宽钢板生产过程主要采用横向展宽或纵向展宽法进行展宽轧制（对应轧制策略中的横－纵轧和纵－横轧）。展宽轧制使得轧件在纵、横两个方向上都得到变形，有助于改善钢板的各向异性。但是如果纵向变形和横向变形的分配比不合适，会造成轧件成材率降低。

展宽轧制时钢板展宽量的变化受板坯形状、展宽比和成形轧制的影响，从展宽变化量与展宽比（展宽轧制后的板宽与坯料板宽的比值）之间的关系可知：展宽比在1.4左右时展宽变化量最小，小于1.4时，成品板呈凹形，大于1.4时，成品板呈桶形。因此如果展宽比远离1.4，钢板且边损失增大。此外，展宽轧制时板坯越厚，道次压下量越小，展宽轧制后板坯的侧边折叠量越大。总体来说，展宽阶段轧件温度比较高，轧件厚度值也较大，板形已不是制约轧制规程的因素，所以在设备能力范围内尽量采用大压下量。

展宽轧制后，板坯需要旋转90度进行伸长轧制，直至满足成品钢板的厚度、板形和性能要求。伸长轧制直接涉及产品最终的厚度精度、板形精度和综合性能，所以该阶段轧制规程的分配至关重要。

综合考虑中厚板坯料尺寸、成品尺寸以及成材率的要求，给出中厚板轧制策略的制定方法。纵－横－纵的轧制策略是优先考虑的轧制策略，同时还要兼顾展宽比接近1.4时展宽量最小的条件。

采用的钢坯宽度在1800-2300mm之间，长度在3800-5000mm之间，结合上述判定办法，钢板采用纵-横-纵的轧制策略。但是，在钢板轧制过程中，由于轧件较厚，在轧件的横向也会发生变形，且在轧件头尾由于缺少外端牵引作用，整个区域金属的流动更不规则，最终形成头部凸形和边部凹形的不规则形状。

为了解决头部凸形和边部凹形的问题，厚板部采用MAS轧制法（狗骨轧制法）轧制钢板。MAS轧制法的基本原理是通过对轧制结束时平面形状的定量预报，根据体积不变原理，提前给出板厚超常分布量来改善轧件最终的矩形度。在控制过程中，必须保证轧件两头的形状完全对称，否则，转钢后继续轧制将出现侧弯现象。

由于鲅鱼圈钢铁分公司厚板部5500mm宽厚板生产线整体装备水平达到国际领先，因此根据自身装备技术优势，对MAS轧制法进行实践并加以改进。

3.2极限宽规格中厚板轧制参数优化

3.2.1优化PVPC调整参数，改善钢板宽度和头尾矩形化

根据多次试验数据可以明确，PVPC中的深度值直接影响钢板两边金属量。因此加大PVPC深度值，增加边部的金属量，减小钢板头尾与中间的宽度偏差值，改善钢板矩形化。为此，将展宽PVPC最大深度值由之前的3.5mm调整为5mm。

通过工艺参数优化，解决了薄且宽钢板头尾燕尾问题，控制方法包括：轧制厚度≤8mm钢板，展宽比＞1.7时，展宽PVPC选择手动，同时 PVPC 深度设定值由-5～-3mm变为 0.5～ 1.5mm；轧制厚度＞9mm钢板，展宽比＞1.7时，PVPC 深度设定值由-3.5～ 3.5mm变为-5～ 5mm。

3.2.2优化HGC缸控制，改善钢板矩形化

相应地减小PVPC深度槽的坡度值，由K1减小至K2，即缩减inner length值，不仅能有效规避轧制速度为零的情况，同时对于实现PVPC控制是有益处的，能够降低对轧制速度和液压缸速度的要求。

通过工艺优化，制定了展宽阶段PVPC中inner length参数值的使用规范，能够有效规避轧制速度降为零的风险，具体为：inner length值设定为15%-30%，outer length值设定为80%-100%，并根据实际调整inner length和outer length值的设定比例。

3.2.3 CVC轧辊对钢板凸度的影响研究

CVC轧辊通过连续可变凸度来控制预期的轧制孔型，以得到需要的钢板凸度，这对宽度在4000mm以上钢板的凸度和板形控制有着重要影响。

1）试验方案的确定

CVC轧辊最明显的优点是：中末期辊轧制过程仍然可以获得令人满意的钢板凸度。所以，评价CVC应用效果好坏的最直接指标就是评价中末期辊轧制钢板的凸度水平。因此，设计了两个试验方案如下：1）末期辊轧制宽度>3000mm的钢板进行对比试验 ；2）中期辊轧制宽度>3000mm的钢板进行对比试验 。

2） 试验内容及结论

试验用辊号为0922、Y0005，轧制吨数介于6000-6500t之间，分别选取3400mm、3700mm、3930mm三个宽度的钢板进行试验，试验方法及凸度结果见表1。从表1可知，CVC的投入对改善钢板轧制凸度的作用明显。

3.3极限宽规格中厚板矫直模型的建立

当钢板进入矫直机时，矫直辊给予钢板一定的压力，上排辊的压力和下排辊的压力方向相反，因而使钢板产生反复的弯曲，然后逐渐平直。钢板出矫直机后，即取消了压力，被矫直的钢板由弯曲变为平直。所以整个矫直过程就是弹、塑性变形的过程。

如果轧件只有单向弯曲并且原始曲率严格不变，那么轧件只要用三辊矫直机就能矫直，但实际上轧件的各个断面弯曲情况都不同，有上凸也有下凹，并且原始曲率数值也不可能严格为一常数，因此轧件不可能只在3个矫直辊间得到矫直。为了保证矫直质量，必须增加矫直辊数量。辊式矫直机一般至少要5个工作辊。

钢板矫直采用自动方式，但是根据实际情况可采用手动干预，即采用半自动方式或手动方式。

4 实施效果

通过本项目的开发与应用，解决了极限宽规格钢板轧制时的板形与矩形化技术难点，实现了超宽结构钢板无挑剔接单，提高了超宽结构钢板产量。经检验，超宽结构钢板性能稳定，矩形化良好，平直度控制在2mm/m，提高250%，轧制成功率>99.7%，提高了29.4%，极限宽规格钢板实物达到国际同行业先进水平。（姚震 张坤 韩千鹏 罗军 李新玲 于金洲 王若钢）