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[摘 要]近年来随着用户对带钢力学性能、外形质量等方面要求的不断提高，平整工序的重要性日益凸显出来。因为在平整工序中既可通过控制平整延伸率来保证带钢的力学性能，又可通过控制板形来保证带钢的外形质量。在冷轧板带钢生产中，板形是审核冷轧板带材的主要指标之一，本文从带钢平整轧制板形控制，带钢平整轧制板形控制效应，为规范冷轧带钢工艺上生产提供建议。
[关键词]带钢工艺；平整轧制；板形控制；行为模式；效应分析
中图分类号：TG335.5，TG333.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）34-0036-02
前言
带钢经冷轧后产生冷塑性变形，存在明显的冷加工硬化现象和极高的内应力，为了消除冷加工硬化和内应力，稳定组织，改善钢的性能，要对冷轧后的带钢进行退火处理，通常为再结晶退火。钢材经退火处理后，既可以改善工艺性能，又可以提高使用性能，从而更好地发挥其性能潜力。冷轧带钢经过再结晶退火，消除出工硬化组织，但却使力学性能和加工性能变坏。这时带钢的应力应变曲线具有明显的上屈服极限，并且在下屈服极限出现屈服平台。而平整能使上屈服极限提高，屈服平台消失、强度提高。但是，随着延伸率的增加，带钢又会发生加工硬化，使屈服极限升高。平整道次压下量很小，只有微米级。用测厚仪几乎测不出轧机入口、出口侧的带钢厚度偏差，因此平整度通常是采用与压下率成比例的延伸率来表示的，平整生产过程中的工艺质量控制就是通过延伸率来进行管理的。平整工序要求对不同用途的带钢采用不同的平整延伸率，以達到调制性能的目的。
钢板的平整过程不同于拉矫机的拉伸过程，它是在张力和轧制力的联合作用下实现的，可以弥合钢板的初始缺陷，使钢板中的气孔弥合，分散缩孔压实，材料的致密度增加，改善钢板的力学性能；而拉矫机是在拉力的作用下实现其延伸，这样在延伸方向上钢板的各向异性会增强，不能很好地改善钢板的力学性能。另一方面，钢板在平整的过程中，钢板表面和平整机工作辊间产生较大的的摩擦力，这样就使钢板表面晶粒的剪切变形增大，导致晶粒细小，提高了钢板的力学性能。所以说在相同延伸率的情况下，平整机可以较好地提高材料的力学性能。
1.带钢平整轧制板形控制行为
1.1 平整轧制流程
带钢平整轧制本身属于较为复杂的一项轧制工艺，涉及非线性材料问题，在保证计算精度与计算效率的基础上，假设带钢平整轧制流程为：首先，需要保障轧制流程垂直、宽度方向的一致性。其次，在平整轧制过程中，为了更好的将在线状态模拟出来，需要将其划分为三部分，头部稳定段、尾部稳定段、平整轧制段，具体如下图1所示。最后，带钢材料是连续的固体介质，具备很强的弹塑性。在平整轧制过程中，由于辊缝中带钢质点沿轧制方向的流动难度较大，质点朝着出入口两个方向流动，因此，不将带钢边部宽度变形考虑在内。
1.2 建立轧制流程模型
本文主要讨论的是，在带钢平整轧制过程中，在板形的生产流程与控制机理，带钢宽度的纵向塑性衍生变差会演变为相应的规律，需要采取有效措施调控承载辊缝的形状，并干预带钢厚度的分布。等效承接辊缝形状，在设置中是借助刚性辊形曲线实现，其辊形总共有10种。由于模型中存在接触，线性缩减积分单元能够能够很好的承受扭曲变形，因此选择C3D8R线性缩减积分单元。
1.3 板形控制行为计算
带钢平整轧制流程中，板形的控制行为计算公式为：
非饱和状态： （1）
饱和状态： （2）
上述式子中带钢宽度的最大纵向塑性延伸，也是最大板形平坦度缺陷，代表的是钢宽最大压下量，代表的是带钢最小压下量，代表的是入口带钢的厚度，代表的是带钢的屈服强度，代表的是带钢的弹性模量。
上述计算式（1）、计算式（2）能够很好的解释，与普通的强度相比，本文这类属于软质带钢。在高强度、高强的带钢轧制中，板形的偏袒度缺陷会更加明显。
通过实验证明，在同一辊形内的工作辊，在平整轧制之后，不同屈服强度的带钢，在塑性变形上有很大的区别，宽度方向的纵向塑性延伸差分布也各不相同，导致这一现象产生的原因是工作辊辊形、带钢屈服强度、金属的塑性流动规律能够将三者的效果综合，在带钢产品中，其强化效果与板形控制问题变得更加的明显，问题因素也逐渐复杂。
就带钢前后工艺张应力的影响研究，通过增加张应力（前后均包含在内），能够明显影响带钢的宽度与带钢的塑性延伸变差。通过不增加前张应力，只增加带钢的后张应力时，会导致带钢边部的塑性延伸降低。若是后张应力不变，只增加前张应力，带钢边部的纵向塑性延伸变差也会逐渐降低。由此可见，在辊形压下量的不均匀度超过规定范围，且带钢塑性变形处于饱和状态，通过增加前（后）工艺张应力，能够促使带钢边部的纵向塑性延伸应变差降低。
2.带钢平整轧制板形控制效应
在平整压制过程中，带钢的极限纵向塑性延伸变差这一问题是客观存在，同时偏差与屈服强度呈正比关系，其数值基本上与近似。简单而言，就是带钢屈服强度越高，不均匀塑性的变形也会越大，若是极限纵向出现塑性延伸，则产生的变差会影响板形的平坦性，导致板形存在着较大的缺陷。这也就说明了在高强、超强度的带钢轧制中，很容易出现板形缺陷，其中轧制后的带钢板形缺陷尤为严重，导致缺陷存在的原因也极其复杂。
在平整轧制过程中带钢塑性变形状态也会因为压下量，呈现不均匀分布的情况，且存在两种现象，第一，板形调控有效状态，第二，板形调控饱和状态，这两种情况均是板带轧制过程中客观存在的问题，能够有效反应板形屈服强度与控制手段与控制行为的影响，同时能够证明板形效应，针对高强、超强度的带钢轧制流程难控制这里也给予了解释。
在平整轧制过程中，不考虑大纲边部的宽度变形，工作辊弹性变形的情况，需要将带钢宽度的压下量不均匀分布控制在一定范围内。在此过程中压下量的分布直接与带钢的宽度方向呈因果关系，这也是板形调控的有效状态之一。若是压下量的分布在一定范围内，压下量的分布不能在改变带钢宽向、纵向的分布变差，则板形的调控就处于饱和状态。在带钢宽度的压下量分布不断加剧时，带钢宽的纵向度也会不断增加。针对这类情况的板形调控，需要提升带钢屈服度，以此降低弱化现象的存在。 在平整轧制过程中，不将带钢边部的宽度变形、工作辊的变形考虑在内，若是带钢的塑性变形处于可调控的状态，带钢受到的名义压下量、工艺张应力对出口钢的宽度影响、塑性延伸变差影响较小。若是带钢的塑性变形处于调控饱和状态，带钢的名义压下量，工艺张应力对出口带钢的纵向塑性、延伸变差有一定的影响，会使得带钢边部的纵向塑性延伸变差得到控制，相比之间有相对的减少，能够很好的改善板形。
3.干平整与湿平整
干平整是一种传统的平整方法，带钢在平整时不加润滑剂。
湿平整工艺是在60年代偶然提出来的。其基本原理就是在平整过程中，从平整机入口向带钢上下两面的辊缝处喷洒平整剂，湿润带钢及轧辊表面。在平整机出口又设有喷射压缩空气的喷嘴用以吹除带钢表面的平整剂，使带钢表面保持干燥，并有排雾系统将挥发出来的废气吸除。通常将水溶性或油溶性防锈剂作为平整液使用，可以达到以下目的：在单机架平整机中确保延伸率；和干平整相比，不容易由于杂质压入、粘着而造成辊痕等缺陷；使平整后的带钢容易进行防锈处理；改善带钢的板形。图1.3给出了单机架平整不同板厚带材时的平整力。表1.1对干平整和混平整效果进行了比较。为了改善平整液的使用性能，世界各国进行了大量的研究。德国Quaker公司研制了单机架平整机用Qwer1N82-06，N272以及N506等系列产品。国内第一代平整液PTA-N2也已投入使用，基本满足了对带钢清洗、防锈的要求。使用平整液时应有适当的喷射角，以兼顾对工作辊辊面和带钢表面的清洗作用，同时也可以减少或控制由支撑辊带到出口侧的平整液量。在平整机上设置了流量自动调节功能，可对平整液的流量进行自动调节和控制。可根据平整度来决定平整液流量的大小，操作人员可根据带钢表面状况进行人工干预。
湿平整的优点：
（1）能延长工作辊和支撑辊使用寿命，减少更换工作辊次数，进而可以提高机组的作业率；
（2）对于相同的品种、规格的带钢采用相同的平整度，可降低轧制压力，减少能耗；
（3）由于轧制力降低，摩擦力减少，轧辊磨损小且挠度小，因而可使用小凸度的辊型；
（4）清洗轧辊及带钢表面使成品带钢表面光洁；
（5）改善带钢的板形和机械性能；
（6）消除屈服平台，传递一定的粗糙度；
（7）增强带钢的防锈性能。
湿平整的缺点：
（1）轧辊表面的粗糙度不能直接压到带鋼表面；
（2）用湿平整加工的带钢涂漆性能较差；
（3）平整液的润滑作用使延伸率加大，因而不适于平整延伸率小的带钢；
（4）带钢表面残留的湿平整液往往吹不干净，导致带钢产生锈蚀、黄墨等
4.结束语
通过本文上述的分析阐述能够得知，基于非线性软件的基础上，进行平整轧制流程模拟，通过借助刚性辊形的变化，模拟平整轧制带钢度的宽度方向，能够促使压下量呈现不同的分布，通过深入研究板形控制的行为与板形控制的效果，能够发现高强、超强度的带钢轧制流程中板形很难控制，存在着很多的缺陷，通过增加压下量、工艺张应力能够有效降低延伸量，在此基础上达到改善板形效果的目的。
参考文献
[1] 彭艳，牛山.板带轧机板形控制性能评价方法综述[J].机械工程学报，2017，13（26）：1016-1024.
[2] 何冬.1700mm热轧带钢生产线精轧机组弯辊液压系统改造[D].东北大学，2012，10（02）：177-178.
[3] 晏宏山.板带轧机液压弯辊系统的建模与仿真[D].燕山大学，2010，53（06）：1126-1134.
[4] 单修迎，贾春玉，刘宏民.板带轧机板形控制倾辊弯辊神经模糊PID模型[J].机械工程学报，2009，45（09）：255-260.
[5] 张清东，黄纶伟，周晓敏.宽带钢轧机板形控制技术比较研究[J].北京科技大学学报，2000（02）：177-181.
[关键词]带钢工艺；平整轧制；板形控制；行为模式；效应分析
中图分类号：TG335.5，TG333.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）34-0036-02
前言
带钢经冷轧后产生冷塑性变形，存在明显的冷加工硬化现象和极高的内应力，为了消除冷加工硬化和内应力，稳定组织，改善钢的性能，要对冷轧后的带钢进行退火处理，通常为再结晶退火。钢材经退火处理后，既可以改善工艺性能，又可以提高使用性能，从而更好地发挥其性能潜力。冷轧带钢经过再结晶退火，消除出工硬化组织，但却使力学性能和加工性能变坏。这时带钢的应力应变曲线具有明显的上屈服极限，并且在下屈服极限出现屈服平台。而平整能使上屈服极限提高，屈服平台消失、强度提高。但是，随着延伸率的增加，带钢又会发生加工硬化，使屈服极限升高。平整道次压下量很小，只有微米级。用测厚仪几乎测不出轧机入口、出口侧的带钢厚度偏差，因此平整度通常是采用与压下率成比例的延伸率来表示的，平整生产过程中的工艺质量控制就是通过延伸率来进行管理的。平整工序要求对不同用途的带钢采用不同的平整延伸率，以達到调制性能的目的。
钢板的平整过程不同于拉矫机的拉伸过程，它是在张力和轧制力的联合作用下实现的，可以弥合钢板的初始缺陷，使钢板中的气孔弥合，分散缩孔压实，材料的致密度增加，改善钢板的力学性能；而拉矫机是在拉力的作用下实现其延伸，这样在延伸方向上钢板的各向异性会增强，不能很好地改善钢板的力学性能。另一方面，钢板在平整的过程中，钢板表面和平整机工作辊间产生较大的的摩擦力，这样就使钢板表面晶粒的剪切变形增大，导致晶粒细小，提高了钢板的力学性能。所以说在相同延伸率的情况下，平整机可以较好地提高材料的力学性能。
1.带钢平整轧制板形控制行为
1.1 平整轧制流程
带钢平整轧制本身属于较为复杂的一项轧制工艺，涉及非线性材料问题，在保证计算精度与计算效率的基础上，假设带钢平整轧制流程为：首先，需要保障轧制流程垂直、宽度方向的一致性。其次，在平整轧制过程中，为了更好的将在线状态模拟出来，需要将其划分为三部分，头部稳定段、尾部稳定段、平整轧制段，具体如下图1所示。最后，带钢材料是连续的固体介质，具备很强的弹塑性。在平整轧制过程中，由于辊缝中带钢质点沿轧制方向的流动难度较大，质点朝着出入口两个方向流动，因此，不将带钢边部宽度变形考虑在内。
1.2 建立轧制流程模型
本文主要讨论的是，在带钢平整轧制过程中，在板形的生产流程与控制机理，带钢宽度的纵向塑性衍生变差会演变为相应的规律，需要采取有效措施调控承载辊缝的形状，并干预带钢厚度的分布。等效承接辊缝形状，在设置中是借助刚性辊形曲线实现，其辊形总共有10种。由于模型中存在接触，线性缩减积分单元能够能够很好的承受扭曲变形，因此选择C3D8R线性缩减积分单元。
1.3 板形控制行为计算
带钢平整轧制流程中，板形的控制行为计算公式为：
非饱和状态： （1）
饱和状态： （2）
上述式子中带钢宽度的最大纵向塑性延伸，也是最大板形平坦度缺陷，代表的是钢宽最大压下量，代表的是带钢最小压下量，代表的是入口带钢的厚度，代表的是带钢的屈服强度，代表的是带钢的弹性模量。
上述计算式（1）、计算式（2）能够很好的解释，与普通的强度相比，本文这类属于软质带钢。在高强度、高强的带钢轧制中，板形的偏袒度缺陷会更加明显。
通过实验证明，在同一辊形内的工作辊，在平整轧制之后，不同屈服强度的带钢，在塑性变形上有很大的区别，宽度方向的纵向塑性延伸差分布也各不相同，导致这一现象产生的原因是工作辊辊形、带钢屈服强度、金属的塑性流动规律能够将三者的效果综合，在带钢产品中，其强化效果与板形控制问题变得更加的明显，问题因素也逐渐复杂。
就带钢前后工艺张应力的影响研究，通过增加张应力（前后均包含在内），能够明显影响带钢的宽度与带钢的塑性延伸变差。通过不增加前张应力，只增加带钢的后张应力时，会导致带钢边部的塑性延伸降低。若是后张应力不变，只增加前张应力，带钢边部的纵向塑性延伸变差也会逐渐降低。由此可见，在辊形压下量的不均匀度超过规定范围，且带钢塑性变形处于饱和状态，通过增加前（后）工艺张应力，能够促使带钢边部的纵向塑性延伸应变差降低。
2.带钢平整轧制板形控制效应
在平整压制过程中，带钢的极限纵向塑性延伸变差这一问题是客观存在，同时偏差与屈服强度呈正比关系，其数值基本上与近似。简单而言，就是带钢屈服强度越高，不均匀塑性的变形也会越大，若是极限纵向出现塑性延伸，则产生的变差会影响板形的平坦性，导致板形存在着较大的缺陷。这也就说明了在高强、超强度的带钢轧制中，很容易出现板形缺陷，其中轧制后的带钢板形缺陷尤为严重，导致缺陷存在的原因也极其复杂。
在平整轧制过程中带钢塑性变形状态也会因为压下量，呈现不均匀分布的情况，且存在两种现象，第一，板形调控有效状态，第二，板形调控饱和状态，这两种情况均是板带轧制过程中客观存在的问题，能够有效反应板形屈服强度与控制手段与控制行为的影响，同时能够证明板形效应，针对高强、超强度的带钢轧制流程难控制这里也给予了解释。
在平整轧制过程中，不考虑大纲边部的宽度变形，工作辊弹性变形的情况，需要将带钢宽度的压下量不均匀分布控制在一定范围内。在此过程中压下量的分布直接与带钢的宽度方向呈因果关系，这也是板形调控的有效状态之一。若是压下量的分布在一定范围内，压下量的分布不能在改变带钢宽向、纵向的分布变差，则板形的调控就处于饱和状态。在带钢宽度的压下量分布不断加剧时，带钢宽的纵向度也会不断增加。针对这类情况的板形调控，需要提升带钢屈服度，以此降低弱化现象的存在。 在平整轧制过程中，不将带钢边部的宽度变形、工作辊的变形考虑在内，若是带钢的塑性变形处于可调控的状态，带钢受到的名义压下量、工艺张应力对出口钢的宽度影响、塑性延伸变差影响较小。若是带钢的塑性变形处于调控饱和状态，带钢的名义压下量，工艺张应力对出口带钢的纵向塑性、延伸变差有一定的影响，会使得带钢边部的纵向塑性延伸变差得到控制，相比之间有相对的减少，能够很好的改善板形。
3.干平整与湿平整
干平整是一种传统的平整方法，带钢在平整时不加润滑剂。
湿平整工艺是在60年代偶然提出来的。其基本原理就是在平整过程中，从平整机入口向带钢上下两面的辊缝处喷洒平整剂，湿润带钢及轧辊表面。在平整机出口又设有喷射压缩空气的喷嘴用以吹除带钢表面的平整剂，使带钢表面保持干燥，并有排雾系统将挥发出来的废气吸除。通常将水溶性或油溶性防锈剂作为平整液使用，可以达到以下目的：在单机架平整机中确保延伸率；和干平整相比，不容易由于杂质压入、粘着而造成辊痕等缺陷；使平整后的带钢容易进行防锈处理；改善带钢的板形。图1.3给出了单机架平整不同板厚带材时的平整力。表1.1对干平整和混平整效果进行了比较。为了改善平整液的使用性能，世界各国进行了大量的研究。德国Quaker公司研制了单机架平整机用Qwer1N82-06，N272以及N506等系列产品。国内第一代平整液PTA-N2也已投入使用，基本满足了对带钢清洗、防锈的要求。使用平整液时应有适当的喷射角，以兼顾对工作辊辊面和带钢表面的清洗作用，同时也可以减少或控制由支撑辊带到出口侧的平整液量。在平整机上设置了流量自动调节功能，可对平整液的流量进行自动调节和控制。可根据平整度来决定平整液流量的大小，操作人员可根据带钢表面状况进行人工干预。
湿平整的优点：
（1）能延长工作辊和支撑辊使用寿命，减少更换工作辊次数，进而可以提高机组的作业率；
（2）对于相同的品种、规格的带钢采用相同的平整度，可降低轧制压力，减少能耗；
（3）由于轧制力降低，摩擦力减少，轧辊磨损小且挠度小，因而可使用小凸度的辊型；
（4）清洗轧辊及带钢表面使成品带钢表面光洁；
（5）改善带钢的板形和机械性能；
（6）消除屈服平台，传递一定的粗糙度；
（7）增强带钢的防锈性能。
湿平整的缺点：
（1）轧辊表面的粗糙度不能直接压到带鋼表面；
（2）用湿平整加工的带钢涂漆性能较差；
（3）平整液的润滑作用使延伸率加大，因而不适于平整延伸率小的带钢；
（4）带钢表面残留的湿平整液往往吹不干净，导致带钢产生锈蚀、黄墨等
4.结束语
通过本文上述的分析阐述能够得知，基于非线性软件的基础上，进行平整轧制流程模拟，通过借助刚性辊形的变化，模拟平整轧制带钢度的宽度方向，能够促使压下量呈现不同的分布，通过深入研究板形控制的行为与板形控制的效果，能够发现高强、超强度的带钢轧制流程中板形很难控制，存在着很多的缺陷，通过增加压下量、工艺张应力能够有效降低延伸量，在此基础上达到改善板形效果的目的。
参考文献
[1] 彭艳，牛山.板带轧机板形控制性能评价方法综述[J].机械工程学报，2017，13（26）：1016-1024.
[2] 何冬.1700mm热轧带钢生产线精轧机组弯辊液压系统改造[D].东北大学，2012，10（02）：177-178.
[3] 晏宏山.板带轧机液压弯辊系统的建模与仿真[D].燕山大学，2010，53（06）：1126-1134.
[4] 单修迎，贾春玉，刘宏民.板带轧机板形控制倾辊弯辊神经模糊PID模型[J].机械工程学报，2009，45（09）：255-260.
[5] 张清东，黄纶伟，周晓敏.宽带钢轧机板形控制技术比较研究[J].北京科技大学学报，2000（02）：177-181.