杨小龙，尹宝良，王 强，郑治秀，臧 淼，尹绍江

（河钢集团唐钢公司中厚板研究所，河北 唐山 063000）

河钢集团唐钢公司（简称唐钢）3 500 mm中厚板生产线在技术改造时，增加了超快速冷却设备，经过对品种钢成分和工艺的探索，产品不断向高端品种钢迈进，现在已经具备了高强建筑用钢、工程机械用钢和管线钢等高强钢的生产能力。钢板强度的增加为钢板板形控制带来了新的挑战，板形不良会降低钢板的合格率和成材率［1］，为大批量生产带来困难，钢板出现的浪板和瓢曲不仅会增加生产工序，延长生产时间和流程，还会增加钢板的生产成本，降低钢材的生产率和竞争优势。为了促进高强品种钢的开发和大批量生产，有必要对高强钢钢板的板形优化进行研究。

为了保证X70钢级管线钢钢板在轧制过程获得良好板形，现对轧制工艺进行优化，有针对性地制定相应方案，并对轧制过程中影响板形的因素进行分析，以期改善轧制板形，减少轧制后钢板边浪的出现，为后续生产提供理论依据。

1 生产工艺及轧制板形问题

X70钢级管线钢的典型成分、钢板生产工艺和力学性能见表1～3。其中，1号钢板采用常用轧制工艺生产，作为对比参照；2号钢板采用优化后的轧制工艺。两种钢板均在1 000℃左右粗轧，950℃以下开始精轧，精轧终轧温度小于830℃，终冷温度处于480～550℃；两种钢板的力学性能满足GB/T 9711—2017《石油天然气工业 管线输送系统用钢管》要求和客户的技术要求。

表1 X70管线钢的典型成分（质量分数） %

表2 X70管线钢钢板的典型生产工艺

表3 X70管线钢钢板的力学性能

1号钢板的板形是热轧精轧之后，再经过预热矫直机矫直，进超快冷设备之前的板形状态。1号钢板精轧之后板形不良，出现边浪，即使随后经过预热矫直后，仍然肉眼可观察到轻微浪板。2号钢板的板形是优化热轧精轧工艺后的板形状态，板形良好，没有边浪出现。1号钢板经过预热矫直后仍然存在轻微板形问题，而2号钢板进入预热矫直机之前板形良好，在热轧精轧阶段就能保证良好的板形状态。由此说明，轧制工艺经过优化的2号钢板的板形得到明显改善。

2 轧制工艺对板形的影响

2.1 轧制工艺与板形

影响钢板轧制板形的因素有很多，如工作辊的原始辊型，轧机工作辊的液压弯辊力，工作辊的热凸度及轧制工艺等。实际轧制过程中，因钢板温度、工作辊辊缝和轧制力等沿钢板横向存在差异，导致钢板横向各部位受力不同，使钢板横向各部位纵向延伸不同，引起钢板内应力的产生［2］，最终轧制钢板容易出现浪板或瓢曲。考虑到轧制时钢板的对中，工作辊常采用凹辊，如果钢板在轧制时跑偏，在凹型辊缝的状态下，辊缝的形状会使钢板自动向中间运行而对中，而在凸型辊缝的状态下，钢板跑偏会变得严重，从而使板形恶化。为了有效控制轧制过程中钢板的板形，并降低轧辊消耗，常对工作辊的凸度进行设计，比如广西柳州钢铁（集团）公司采用凸辊辊型的工作辊，采用+0.05 mm和+0.06 mm两种正凸度工作辊分别轧制低合金和高合金钢种［3］。控制轧机工作辊的液压弯辊力是最常见的板形控制方法，通过弯辊缸对工作辊两端轴承座增加弯辊力，可以改变辊缝形状［4-5］，减少钢板边浪的发生，轧制时钢板的弹性变形较大，轧辊中间容易出现弹性弯曲，钢板易产生边浪，常增加弯辊力来消除边浪，使钢板趋于平直。合理的轧制工艺对板形影响很大，这涉及到道次压下分配、轧制力变化和轧制速度等，这里主要介绍轧制工艺对板形的影响。

在实际生产中，唐钢3 500 mm中厚板精轧机工作辊一般采用的是凹辊，弯辊设备暂时无法使用，工作辊的冷却方式为均匀冷却；因此，主要通过调整轧制工艺来改善板形。

X70钢级管线钢钢板的轧制工艺如图1所示，其中1～12道次是粗轧，15～23道次是精轧。1号钢板采用12道次粗轧，待温中间坯厚度为60 mm，9道次精轧；为了改善性能，2号钢板的待温中间坯厚度增加为73 mm，精轧压缩比增加，粗轧采用10道次轧制，粗轧末几道次的压下量和压下率增加以保证奥氏体再结晶，同样采用9道次精轧，为了改善性能和板形，对2号钢板的精轧工艺进行优化。

图1 X70钢级管线钢钢板的轧制工艺示意

在精轧阶段，钢板温度随着厚度减少而降低，钢板越薄，温降越快，同时钢板的强度和变形抗力变大，使轧机轧制力增大，不仅增大了轧机负荷，还增加了工作辊的挠度，导致边浪产生的几率增加；因此，一般精轧过程的压下率是逐渐减少的。1号钢板精轧道次的压下率小幅度逐渐降低，在压下率分配上比较平均；而2号钢板精轧采用前几道次压下率和压下量较大，末几道次压下率和压下量较小的轧制过程，分为两个阶段轧制，前4道次压下率明显比1号钢板的大，末2道次的压下率也小于1号钢板，中间3道次作为过渡。

对板形起决定性影响作用的道次主要是精轧末3～4道次，前面的道次钢板厚度较厚，对钢板横向厚度差变化不敏感，并且凸度遗传效应较小，所以轧制过程不必所有道次都考虑板形控制。为了使钢板获得更好的低温冲击韧性，需要精轧时采用较低温度、大压下量，以增加位错、相变形核位置、有利织构取向并细化晶粒，但采用较低温度、大压下量工艺不仅使轧机负荷较大，同时也有很大的边浪风险。为了兼顾钢板性能和板形，在精轧前几道次采用较大压下率，快速增加累积应变量，保证钢板的低温冲击性能，第一阶段的精轧以保证性能为主，实际上2号钢板的低温冲击韧性更为优秀；第二阶段的精轧以板形控制为主，末2道次精轧压下率减少以降低轧机负荷，同时采用减速轧制的方法，以降低变形抗力，促进钢板在轧制过程中更加均匀的变形和延伸，减少边浪的产生［6］。1号钢板精轧阶段采用轧制力均匀分配的方法，最终得到的道次累积应变量较小，钢板强度和低温冲击韧性相对2号钢板较差，同时轧制板形也很差，使用预热矫直后仍然存在浪板现象。

X70钢级管线钢钢板的精轧参数如图2所示。与1号钢板相比，2号钢板的精轧道次温度更低，较厚的中间坯和较低的精轧温度使2号钢板的道次轧制力整体更高，轧机负荷更大；但2号钢板的轧制板形却更好，2号钢板精轧规程调整后，较大的轧制力集中在前几道次，末2道次的轧制力较小，同时采用更低的轧制速率，这样在道次轧制力普遍偏大的情况下，保证仍然能获得良好的轧制板形。

图2 X70钢级管线钢钢板的精轧参数

2.2 钢板凸度与板形

钢板凸度是衡量板形的常用指标，为钢板横截面中心处厚度与两侧边部代表点平均厚度之差［7-8］，其表达式为：

式中Ch——钢板凸度，mm；

B——钢板的宽度，mm；

b——钢板横截面两侧边部代表点位置，mm，一般为25 mm或40 mm；

h0——钢板横截面中心处的钢板厚度，mm；

hB/2-b，hb-B/2——钢板横截面两侧边部代表点处的钢板厚度，mm。

实际应用中，考虑到钢板厚度，常引入比例凸度［4，9］的概念，比例凸度是钢板凸度与轧件平均厚度之比，计算式为：

式中Cp——比例凸度；

h——轧件平均厚度，mm。

轧制钢板时，比例凸度增大或减小都容易引发钢板边浪或中浪，比例凸度在特定范围内保持恒定时，板形才能保持良好［10-11］。

在轧制过程中板凸度的绝对值虽然会不断减小，但是比例凸度可以基本保持恒定，而恒定的比例凸度与板形有着密切的关系。同样，对钢板凸度起决定性影响作用的道次主要是精轧末3～4道次，精轧末几道次的钢板凸度控制好能够显著改善板形。实际生产中，钢板凸度不易测量，不采用弯辊力和辊型控制等手段时，钢板凸度变化与轧制力变化密切相关，常用轧制力与出口厚度之间的关系来评价，当轧制力与出口厚度为线性关系，比例凸度恒定，可以认为板形良好，如图3所示。轧制力与出口厚度之间的关系趋近于一条直线时，可以认为钢板凸度变化很小，从而保证钢板有良好的板形，精轧末几道次凸度变化过大将影响板形，凸度过大将引起终轧板形边浪，凸度过小会造成中浪。

图3 轧制力与钢板出口厚度关系曲线

精轧末4道次轧制力与钢板出口厚度之间的关系如图4所示。2号钢板的4个道次基本保持直线关系，凸度变化很小，板形良好；相比之下，1号钢板4道次难以维持线性关系，凸度变化较大，终轧板形不良。轧制工艺对轧制板形影响较大，合理的轧制工艺不仅能改善性能，还能得到良好的轧制板形［12］。

图4 精轧末4道次轧制力与钢板出口厚度的关系

3 结 论

研究X70钢级管线钢钢板轧制工艺对板形的影响，优化后的轧制工艺（2号钢板的轧制工艺）能够获得良好的终轧钢板板形，结论如下：

（1）降低精轧温度易带来较差的轧制板形，需要预热矫直才能改善板形状态。通过合理分配精轧轧制工艺，不仅能保证钢板性能良好，还能保证较低温度精轧时获得良好的轧制板形。精轧道次轧制力保持均匀分配时，不仅难以获得充足的累积应变量，得到钢板的强度较低，低温冲击韧性较差，而且精轧时常出现浪板，影响后续工艺实施；合理分配精轧末3～4道次轧制压下率，可以显著降低分配的轧制力，使轧制力与出口厚度基本保持线性关系，有利于减少钢板凸度波动，使凸度基本保持稳定，以便获得良好的板形；

（2）适当降低轧制速度，可以降低变形抗力，促使钢板在轧制过程中均匀地变形和延伸，减少浪板的产生。