分享：冷轧汽车板表面粗糙度影响因素分析

冷轧产品表面粗糙度对产品的冲压性能和涂装性能有着重要的影响。文章针对连退机组平整工艺的特点分析了平整过程中典型工艺参数对带钢表面粗糙度的变化趋势的影响，通过工艺分析简化和归并了带钢表面粗糙度的影响因素。对影响带钢表面粗糙度的重点工艺因素进行数据收集并开展数据回归分析，建立各钢种带钢表面粗糙度在生产期间的衰变模型，其预测结果与模型基本符合。通过分析及讨论明确了原料条件及工艺因素对带钢表面粗糙度的影响，为用户对带钢表面粗糙度的预先设计提供了理论支持。

近年来，随着我国汽车产业的快速发展，汽车生产厂家对冷轧带钢的性能、表面质量稳定性及表面粗糙度控制均匀性的要求越来越高。冷轧产品表面粗糙度对产品的冲压性能和涂装性能有着重要的影响。为保证冲压性能，一般要求汽车内板表面粗糙度为0.9~1.6μm；为保证汽车外板的表面显影性及涂漆质量，一般要求表面粗糙度为0.7~1.2μm[1]，而且由于不同汽车厂家涂装工艺的不同，表面粗糙度要求范围也有所差异。随着测量技术的发展，连续退火机组已逐步开始采用在线测量技术对表面粗糙度进行测量。为了能直接生产出用户所要求的表面粗糙度的产品，就要求能够实现对带钢表面粗糙度的预先控制。因此，有必要对带钢表面粗糙度的影响因素及其变化规律开展技术研究及模型建立工作。

带钢表面粗糙度的形成

带钢表面粗糙度及微观形貌是通过轧辊在轧制过程中转印到带钢表面的[2]，也就是说轧制力是将轧辊表面粗糙度传递到带钢上的动力，对带钢表面粗糙的形成起着至关重要的作用，转印过程参见图1。在同等条件下，轧制力越大，轧辊表面的“尖峰”越容易“拷贝”到带钢表面。而作为最后一道赋予带钢表面粗糙度的机组，平整机组的平整辊对最终产品的表面粗糙度起到至关重要的作用[3]。虽然表面粗糙度主要受轧制力及平整辊表面粗糙度的影响，但实际上也受到轧制钢种、厚度/宽度规格、不同钢种及厚度规格的带钢平整延伸率的工艺要求、轧制过程中的润滑条件、轧辊表面状态/辊径在平整辊生产过程中的衰减等因素的影响，这使得连续生产过程中稳定控制带钢表面粗糙度的难度增加。生产过程中必须结合现场条件对影响带钢表面粗糙度的关键因素进行分析，并且结合工艺要求简化分析过程，为产品的表面粗糙度模型的建立奠定基础。

影响带钢表面粗糙度的因素

CQ级别钢的平整延伸率与厚度基本上呈线性关系，即厚度越厚平整延伸率越高；IF钢的平整延伸率基本恒定，与厚度无关，见表1。从平整工艺分析来看，不同钢种的轧制力实际与该钢种的平整工艺直接相关。根据轧制理论可知：在其他工艺条件不变时，厚度一定的情况下，平整延伸率越大则轧制力越大；平整延伸率一定的情况下，厚度越厚则轧制力越低；当平整延伸率不变时，同一厚度材料单位轧制力恒定。从工艺分析上将原料影响条件以钢种类别、厚度进行归并。

平整工艺的润滑条件实际上是通过平整液浓度体现的，而润滑条件变化幅度较小。在平整液浓度工艺控制时，大多数厂家的平整液浓度(体积分数)控制在3%~5%，可以认为润滑条件基本一致。图2为平整机使用某厂家平整液浓度-摩擦因数曲线。因此，从工艺上认为轧辊直径及润滑条件对粗糙度衰变无影响。

汽车板生产厂家均已采用镀铬等工艺技术，增加了轧辊表面的耐磨性，减少了轧制过程中轧辊表面粗糙度的衰减，提高了轧辊表面形貌的抗磨损性[4]，保证了轧辊表面经过长时间轧制后表面形貌的均一性。在轧制力相同的条件下，轧辊表面粗糙度的衰减趋势必然体现在带钢表面。因此，在工艺分析中可将轧辊的磨损衰减直接用同一轧辊轧制带钢表面粗糙度的衰减进行表述，将以上工艺影响归结为轧制公里数(轧程)的影响。通过以上工艺条件对带钢表面粗糙度的影响分析，将带钢表面粗糙度的影响因素归并为轧辊初始粗糙度、钢种、厚度、轧制公里数(轧程)。

实验分析

为分析带钢表面粗糙度的衰变，平整机工作辊采用辊面初始粗糙度为2.5/3.0 μm、横向粗糙度偏差为±0.2 μm的镀铬辊，对6套工作辊轧制CQ/IF钢轧辊周期的实际生产数据进行跟踪。在生产期间每轧制5km进行一次测量。带钢表面粗糙度及轧辊表面粗糙度均采用统一测量设备。粗糙度测量仪使用德国Hommel T500粗糙度测量仪。测量过程中仪表及检查方法按照GB 2523—90执行。将测量数据按照钢种进行分类。由于近似同等条件下轧辊的磨损随轧制公里数的增加大致呈对数函数趋势衰减。厚度直接决定轧制力大小，应该近似与粗糙度呈线性关系[6]。因此，针对现场收集数据，根据厚度、轧制公里数(轧程)对带钢表面粗糙度影响的趋势进行相关数据处理后，通过多变量回归分析原始轧辊表面粗糙度、轧制公里数(轧程)及厚度等参数对带钢表面粗糙度的影响，得出回归公式(1)和公式(2)：

IF钢：Ra=R×(0.719–0.0462×ln(1+L)–0.129×h)(2)式中，Ra为粗糙度，μm；L为平整机轧制公里数(轧程)，km；h为轧制厚度，mm；R为轧辊表面粗糙度，μm。从回归公式的回归因数来看，线性相关性较好。公式(1)：R2=85.0%；公式(2)：R2=86.4%。同时粗糙度回归数据残差呈正态分布，说明该回归公式基本接近实际变化趋势。图3为IF钢典型规格实际带钢表面粗糙度衰减曲线。预测结果与实际测量结果基本一致，证明粗糙度衰减模型可较好的满足复杂多变现场条件下的实际使用。

两个典型钢种带钢表面粗糙度衰减公式可显著地表述CQ级别钢、IF钢在生产期间由于平整工艺不同导致的粗糙度变化趋势。CQ级别钢与厚度相关的因数为正，IF钢为负，直接表明了CQ级别钢厚度越厚，平整延伸率越大；轧制力越大，带钢表面粗糙度越大。而IF钢厚度越厚轧制力越小，表面粗糙度也越小。两个钢种与轧程相关的因数，均与粗糙度呈负相关，说明在工艺条件不变的情况下，轧辊的表面粗糙度是随着轧程的增加而呈对数曲线下降。CQ级别钢与轧程相关的因数大于IF钢级别，说明CQ级别钢轧制力大，尽管表面粗糙度随着轧程的增加表面粗糙度逐步降低，但轧制力的影响仍发挥主要作用。公式中常数项及与厚度相关的项目，构成了轧辊表面粗糙度向带钢转移的转印率。通过粗糙度衰变模型的建立揭示了带钢表面粗糙度的衰变规律。在质量设计阶段即可采用该模型实现对不同用户粗糙度要求的配辊设计；在生产阶段可依据不同粗糙度要求的产品安排合理的轧程范围，可在一个轧辊周期内先生产IF钢，后生产CQ级别钢或高强钢，实现轧辊周期的最大化利用；通过衰变模型提前优化计划的编排模式，实现不同用户、钢种及厚度规格产品粗糙度的预先控制。

结束语

(1)从现场工艺层面分析了产品表面粗糙度的影响因素，简化了带钢表面粗糙度影响因素的分析复杂程度，为其他类似机组的产品表面粗糙度的控制指明了方向。(2)建立带钢表面粗糙度衰变模型，针对轧程、初始辊粗糙度、不同钢种厚度对表面粗糙度的衰变影响程度进行了分析，揭示了在稳定轧制条件下影响表面粗糙度的主要因素及影响程度。(3)通过衰变模型可根据用户需求来合理设计轧辊的初始粗糙度及轧程，实现对产品表面粗糙度的预先设计。

文章来源——金属世界