摘  要：阐述了宽厚板轧制过程中金属的变形规律和厚板轧制工艺特点，针对鞍钢鲅鱼圈5500宽厚板生产线实际，提出应采用立辊轧制与 MAS轧制相结合的方法，同时引进先进的设备和检测仪器，优化工艺，有效提高宽厚板产品的成材率。

关键词：宽厚板；成材率；轧制方式

    O  前言

    宽厚板产品可广泛应用于船舶、桥梁、容器、锅炉、海洋结构件、建筑等国民经济的众多领域，其工艺技术及装备水平的高低直接影响到产品的成材率。在提高宽厚板产品成材率方面可以采用的轧制技术有：MAS轧制法、立辊侧压法、高精度平面形状控制技术、高精度厚度控制技术、平直度和凸度控制技术等。合理运用这些轧制方法，可极大地减少切头尾和切边量，并最终提高宽厚板产品的成材率。

    1  厚板轧制过程中金属变形规律

    厚板生产轧制工艺复杂，在生产过程中可采取多种轧制方法，不同的轧制方法对成材率的影响也各不相同。下面结合鞍钢鲅鱼圈5500厚板生产线实际，厚板轧制过程中金属的变形规律进行分析。

    1．1  纵向变形规律

    厚板轧制时的纵向变形包括纵轧时的纵向变形和横轧时的纵向变形，即轧件主要变形方向的变形，它主要受以下因素影响：

    (1)轧制方向

钢板在轧制过程中，由于大部分变形产生于后滑区，因此，轧件头尾的变形并不一致。实际生产中，由于采用可逆轧制，轧件头尾交替作为进钢端和抛钢端。因此，成品钢板头尾的厚向轧凹和宽向舌形相差不大。差异产生主要是由于轧件逐渐由高轧件向矮轧件过渡，故第一道次的双鼓和轧凹要比第二道次大。仔细分析，发现厚板两侧的双鼓折叠和头尾轧凹折叠不一样深。

    (2)纵向不均匀变形

    当轧件沿辊身长度方向相对压下量不均时，在宽度上将产生不均均延伸，此时成品板的宽向将出现舌形或鱼尾缺陷，头尾形状的不整齐使切头尾量增加。产生上述问题的主要原因是轧棍的原始辊形、轧制中轧辊的弯曲变形或来料厚度不均。为解决此问题，鞍钢鲅鱼圈5500厚板生产线将采用立辊挤边和液压弯辊方式，以避免辊子在钢板横向截面呈微凸形，从而减少成品板头尾鱼尾形的产生。

    (3)积累变形的影响

    钢板从坯料到成品要经过多道次的变形，因此前一道次产生的平面板形将对后道次的平面板形产生影响。当前面的若干道次采用纵轧时，轧件头尾呈扇形。此后，如果转钢90°横轧，就相当于轧前的头尾板形是凹形，能抵消一部分横轧时所产生的舌形。由此可见，采用不同轧制法其积累和抵消作用是不同的。

    (4)最小阻力法则

    由于最小阻力法则的作用，各金属质点沿钢板头尾宽向向纵向和横向流动的比例不同，从而造成头尾舌形。钢板愈宽，头尾舌形愈大；轧制道次愈多，舌形的积累也愈多。当全纵轧或全横轧时，舌形只影响成品钢板的切头尾，且全横轧的切头尾量比全纵轧大。当采用纵轧一横轧或横轧一纵轧时，这些舌形就会转到钢板边部，造成切边量增加。纵轧一横轧的切边量小于横轧一纵轧的切边量，而且在满足成品纵、横性能的条件下，横轧道次愈少，成材率愈高。

    (5)外端的影响

    轧件的头尾(包括纵轧、横轧时的头尾)由于没有外端的均匀延伸和强迫拉齐作用，因此对前述的不均匀变形较为敏感。而轧件中部由于有前后外端的作用，变形相对均匀。如果在轧制中采用双倍尺或三倍尺轧制，头尾的影响会比单倍尺小一些，而且切头尾量相对也要成倍减少。由此可见，在用户及生产条件允许的情况下，应尽可能采用双倍尺或三倍尺轧制。相应地对坯料的选择也应另行考虑。

    1．2横向变形规律

    由于厚板变形主要属于平面变形，轧件宽度和横向阻力较大，因而宽展较小。在轧制前的若干道次，由于变形不充分，轧件侧边会出现双鼓。此时轧件有一定的宽展能力，且以鼓形宽展和翻平宽展的方式出现。因此连铸板坯的角部横裂可能翻平到钢板表面上去，使切边量增加。同时由于外端影响，轧件中部的宽展也比头、尾大，从而造成沿轧件长度方向的宽展不均，最终影响成品钢板的切边量。如果轧件一开始就横轧，最后以纵轧出成品，其头尾轧凹将转化为成品的切边量，其切边量必然大；而如果轧件一直纵轧到底或一直横轧到底，最终切边仍然是切去双鼓造成的折叠，其切边量相对较小。因此，在变形不充分阶段先采用纵轧、横轧、再纵轧的“纵一横一纵”轧制方法，其切边量必小于一开始横轧，然后再纵轧到底的切边量。由于成品钢板是一个长度大于宽度的矩形，所以在切头尾、切边尺寸相同时，切边损失相对比切头尾影响要大，倍尺数愈多这个作用就愈明显。因此，鞍钢鲅鱼圈5500厚板生产线应首选采用切边量最小的轧制方法。

    2  厚板轧制工艺特点

    2．1  展宽轧制与边部变形的关系

    厚板生产过程中，坯料的长度尺寸和宽度尺寸不能满足成品长度和宽度的要求，所以需要在长度或宽度方向上进行展宽轧制。实际生产中展宽轧制可分为以下两种：

    (1)横向展宽轧制

    应用在“横一纵”轧制法中。当板坯长度小于成品毛板宽度，而又需要将坯料宽向作为成品宽向时，除鳞后先将钢板转90°进行轧到长度超过成品毛板宽度并预留适当切边量之后，再转90°进行延伸轧制。

    当原料宽度较窄，生产单倍尺钢板时，边部桶形极为严重，进而造成切边量很大，严重影响成材率。所以使用这种轧制方式时，应尽量轧多倍尺钢板，并增大长度方向延伸，这样有助于提高成材率。

    (2)纵向展宽轧制

    应用在“纵一横”轧制法中。经常在坯料长度较小、成品长度和板坯宽度相比不太大的情况下用于生产单倍尺钢板。需要坯料纵向展宽道次较多，板形最终成桶形，切边量和切头尾量较大。但与直接轧制方式相比，切头尾量相对较小，对成材率有一定影响。

    当板坯相对较长，宽度方向上延伸较大或生产多倍尺薄钢板时，由于纵向展宽后转钢90°横轧到底，压下率较大，造成成品毛板头部呈外鼓形，而边部呈凹形。这样最终切边量较小而切头尾量相对较大，加上这种情况下多生产多倍尺钢板，虽然切头尾量相对较大，但占整个切损量比重相对较小，有助于提高成材率。

    综合“横一纵”轧制法，在坯料长度较短、宽度较宽，生产成品板厚、长度较短，倍尺数为1时，成材率将受到一定程度的影响。因此当需要保证综合性能时，应尽量使用长而宽的板坯，以减少边部切损。

    2．2  延伸轧制

    延伸轧制指沿轧件主要变形方向的轧制，包括横向延伸轧制和纵向延伸轧制。

    (1)横向延伸轧制

    横向延伸轧制体现在“全横”轧制法中。采用这种轧制法的钢板边部呈凹形，头部呈外鼓形，造成最终切头尾量较大，但边部切损较小。在生产多倍尺薄、窄板时，由于边部切损占整个切损的比例较大，故能保证成材率，但由于延伸只在单方向进行，因此无法保证钢板的纵横性

能。

    (2)纵向延伸轧制

    纵向延伸轧制体现在“纵一横一纵”轧制法中。纵轧过程中的边部凹陷在横轧过程中得以展平，头尾部外弧则被拉伸变直。在最后的纵轧过程中，能够较好地保持轧件的矩形外形，轧件最终切边量和切头尾量处于其它轧制法的中间值，无论是生产单倍尺还是多倍尺钢板都能较好地保证成材率。

    3  提高成材率的方法

    3．1  平面形状控制

    板坯在成形轧制中的展宽轧制及精轧轧制过程中，由于端部重复发生不均匀变形，使得轧后钢板的平面形状无法保持矩形形状。由于展宽比(钢板宽度／板坯宽度)及延伸比(钢板长度／板坯长度)的不同，导致最终钢板的形状呈现出多样化。

    轧后钢板在切成成品子板时，母板头尾及两边的非规则区域需切除，这部分切损对成材率的影响程度达6%以上。为了提高成材率，国外数家宽厚板厂开发了多种钢板平面形状控制方法，最典型的是立辊侧压法及日本川崎水岛厚板厂开发的MAS轧制法。

    (1)立辊侧压法

    液压压下(AWC、短行程)与电动压下配合使用，立辊垂直升降。孔型辊在成形道次使用，以改善边部形状。平辊在展宽、精轧道次使用，实现边部矩形化。

    板坯完成成形轧制，旋转90°进入展宽轧制之前，先经立辊侧压，以改善钢板头尾形状；板坯完成展宽轧制后再旋转90°进入精轧轧制之前，先经立辊侧压，以改善钢板的横向形状；在精轧前段道次中，还将采用AWE控制，以提高宽度精度。

    要达到立辊侧压法的最佳效果，需要有高精度的水平轧制时的平面形状变化预测模型及立辊侧压后的平面形状变化预测模型。以钢板平面不均匀部分面积最小为目标，根据板坯尺寸、展宽比和延伸比来确定最佳的侧压量。采用立辊侧压法后，预计由平面形状不良造成的切损可减少20％～30％。

    (2)MAS轧制法

    MAS轧制法(包括成形MAS轧制法和展宽MAS轧制法)是日本川崎水岛厚板厂20世纪70年代末开发成功的。采用MAS法后可大大改善钢板的平面形状，提高成材率2％以上。此项轧制技术已被世界各地很多厚板生产厂所采用。

    MAS轧制法是通过绝对AGC，在成形轧制及展宽轧制的最后一个道次，改变板坯头尾端的压下量，在以后道次轧制过程中，由于两端头的压下量与正常部位不一样，使端部延伸与正常部位不一致，从而达到改善钢板平面形状的目的。

    成形MAS轧制法可通过解决钢板头尾两端宽度不足或宽度过大来改善板形；展宽MAS轧制法能够改善钢板头尾形状，减少头尾切损。

    采用MAS轧制法时需要有控制模型对轧后头尾形状进行定量化预测，包括钢板轧后头尾形状预测、钢板轧后宽度形状预测，目的是实现平面控制矩形化。

    (3)MAS轧制法和立辊侧压法组合

    采用MAS轧制法可使钢板平面形状得到很大改善，但离矩形化要求仍有差距。因此拟在粗轧机后设置1台立辊轧机，以进一步改善钢板平面形状，提高宽度绝对控制精度，配合剪切线剪切。如果质量控制得好，还可以考虑上1台铣边机，以生产不需要进行双边剪剪切的免切边钢板。其主要特点：

  ①成形轧制时，利用可上下升降式立辊的V形段进行侧压，防止钢板两侧双层叠边。

    ②通过成形MAS轧制及展宽侧压的最佳化组合，进一步改善钢板展宽轧制后的宽度形状。

    ③通过展宽MAS轧制和立辊侧压，进一步改善钢板头尾形状。

  ④精轧阶段采用前馈AWC控制功能，以提高宽度的控制精度。

    3．2  厚度控制

    道次计划设定和模型计算精度及模型的自学习功能决定了钢板头部厚度精度，而AGC控制精度决定了钢板本体的厚度精度。

    3．2．1  道次计划设定模型

    鞍钢鲅鱼圈5500厚板生产线道次压下量及速度制度将由过程计算机计划设定模型进行自动计算及设定，其特点是可提高厚度控制精度。设定模型包括钢板温度预测模型、轧制压力预测模型(含变形抗力预测模型)和轧机辊缝设定模型(即弹跳方程式)。

    3．2．2  AGC系统

    以高响应液压AGC取代电动AGC，采用绝对AGC技术，使厚度控制精度得到显著提高。

    (1)绝对AGC

    绝对AGC是以道次计划设定模型预测的轧制压力为目标值，根据实测轧制压力与目标值的偏差，对辊缝进行动态调整，使钢板全长达到所期待的目标厚度，因此也称为厚度计式AGC。

    (2)反馈AGC

    将近置式测厚仪设置在轧机出口处，在正向道次轧制时，可根据实测厚度值与预测厚度值的偏差，调节压下辊缝，使厚度偏差为零。

    (3)前馈AGC

    进行逆向道次轧制时，可根据入口厚度波动值预测轧制压力波动值，然后通过调节压下辊缝值，使钢板全长厚度均匀。

    采用高精度厚度控制技术后，由于厚度波动范围缩小，使厚度超差比例下降，同时采用更高效的负公差轧制，可使成材率提高0．5％一1．0％。

    3．3  平直度和板凸度控制

    宽厚板厂传统的平直度控制方法是在平直度控制道次(最终5～6道次)的压下量分配时，通过遵循凸度比例(凸度／出口厚度)恒定原则来实现的。由设定模型根据成品钢板的目标凸度和厚度，推算最终各道次的压下量。为了提高轧制效率，国外许多宽厚板厂在平直度控制道次都通过提高凸度比率和采用微小边浪轧制，来提高单道次压下量，减少轧制道次，但必须保证轧后钢板的平直度和凸度。为了提高钢板平直度控制水平，鞍钢鲅鱼圈5500厚板生产线将配备工作辊弯辊装置、平直度测量仪和三点式γ射线测厚仪(凸度仪)。根据上道次板厚、板凸度和平直度实测值，由控制模型计算合适的弯辊力，实现平直度最佳化控制。

    3．4镰刀弯控制

    轧后钢板如果存在镰刀弯缺陷，将降低剪切线的生产效率，并影响成材率。镰刀弯控制技术是钢板形状矩形化控制技术的重要组成部分。要实现此技术，首先必须设置钢板镰刀弯测量装置。国外宽厚板厂通常是在轧机出口侧设置三处宽度及镰刀弯测量仪，用来实测钢板宽度中心线跑偏量，由控制模型根据测量数据计算出镰刀弯曲线，然后计算曲率半径，决定消除镰刀弯所需两侧模形调整量，再根据凸度仪实测到的钢板楔形值，最终确定下道次机架两侧压下辊缝偏差值。

    4  结语

    综上所述，国内外宽厚板厂为提高成材率所采取的措施很多，取得的效果也不尽相同，其中尤以提高设备装置水平、增加控制和检测仪器效果最为显著，但更重要的还是优化宽厚板的轧制工艺。鞍钢鲅鱼圈5500厚板生产线将采用先进的设备装置和检侧仪器，同时配以立辊(AWC，短行程)+AMS轧制相结合的方法，最大限度地优化宽厚板轧制工艺，进而提高成材率，为企业增加经济效益打下坚实的基础。(刘刚节选自《鞍钢技术》2007年第2期)