张勃洋等：非光滑带钢在粗糙轧辊平整轧制过程中表面微观形貌的转印行为与演变规律 ·1363· 规律的影响 于轧辊表面粗糙度时，随着单位板宽轧制力的增 如图12所示，当工作辊与带钢表面形貌接近 大，带钢表面粗糙度逐渐减小到趋于稳定，对应的 时，随着轧制力的逐渐增大，带钢表面粗糙度值会 负转印最大点和转印饱和点重合 经历先下降、再上升、最后趋于稳定的过程，同时 (3)采用前述定义的两种极限轧制转印状态 存在负转印最大点和转印饱和点.随着带钢屈服 描述指标，分析带钢屈服强度、带钢表面粗糙度以 强度的增大，负转印最大点和转印饱和点对应的 及轧辊表面粗糙度对负转印最大点和转印饱和点 临界板宽轧制力明显变大，原因在于随着带钢屈 对应的临界单位板宽轧制力的影响规律，发现随 服强度的增大，带钢表面发生塑性变形需更大的 着带钢屈服强度的增加，负转印最大点和转印饱 轧制力.同时对比发现，当带钢表面粗糙度与工作 和点对应的临界单位板宽轧制力逐渐增大：随着 辊表面粗糙度接近时，无论带钢屈服强度如何变 轧辊表面粗糙度增加，负转印最大点和转印饱和 化，其负转印最大点对应轧后带钢表面最小粗糙 点对应的临界单位板宽轧制力也逐渐增大：随着 度值基本一致 带钢表面粗糙度增加，负转印最大点对应的临界 1.05 板宽轧制力增大，而转印饱和点对应的临界板宽 h 轧制力减小 1.00 Yield strength of strip50 MPa Yield strength of strip 700 MPa Yield strength of strip 900 MPa 参考文献 0.95 [1]Zhang Q D.Zhang B Y,Li R,et al.Advances in theory and technology for microscopic surface quality control of steel strip.J 0.90 Mech Eng,2016,52(10):32 0.85 (张清东，张勃洋，李瑞，等.钢板微观表面质量控制理论与技术 吧 研究进展.机械工程学报，2016,52(10)：32) 0.80 2 [2]Zhang Q D,Zhang B Y,Li R,et al.Control of surface glossiness 3 4 5 6. Rolling force per unit plate width/(kN-mm) during temper rolling aimed at improving visual aesthetics of 图12工作辊R=带钢R时不同轧制力下带钢表面微观形貌的遗 tinplate.J Mech Eng,2016,52(14):48 传和演变规律 (张清东，张勃洋，李瑞，等镀锡钢板表面光泽度轧制转印控制. Fig.12 Inheritance and evolution of strip surface morphology under 机械工程学报，2016,52(14)：48) different rolling forces when work roll Ra=strip Ra [3] Xu D.Li H B.Zhang J,et al.Surface topography multi-parameter analysis of textured rolls in cold temper mill.JCent Souh Univ 4结论 Sci Technol,2014,45(3):734 (徐冬，李洪波，张杰，等.冷轧平整机毛化辊表面形貌特征多参 (1)基于大量现场实测.获得了不同粗糙度工 数对比分析.中南大学学报（自然科学版），2014,45(3)：734) 作辊与带钢表面的真实二维轮廓，建立了工作辊 [4] Wang Q Y,Zhu Y,Guo S,et al.Research on mixed lubrication 与带钢真实粗糙表面接触的表面微观形貌轧制转 characteristics of strip mill based on surface roughness features of 印生成模型.依托工业现场展开试验，实测得到带 rolling interface.Cent South Univ Sci Technol,2019,50(1):83 钢表面的R、R2、R和P。值，并与模型计算结果 (王桥医，朱媛，过山，等.基于轧制界面表面粗糙度特征的板带 轧机混合润滑特性研究.中南大学学报（自然科学版），2019， 进行对比，计算值与实测值最大相对误差在10% 50(1):83) 以内，验证了仿真模型的准确性 [5] Sun R S,Wang J,Liu Y M,et al.The control measure of the (2)利用模型分析带钢表面粗糙度小于、等于 surface topography on the cold rolling strip//Proceedingsof 和大于轧辊表面粗糙度三种情况下，带钢表面微 China Iron Steel Anmual Meeting.Beijing,2017:1 观形貌的轧制转印行为与遗传演变规律，提出负 (孙荣生，王静，刘英明，等.冷连轧机组轧后钢板表面形貌的控 转印和转印饱和的概念，定义了两种极限轧制转 制/第十一届中国钢铁年会论文集.北京，2017：1) 印状态的描述指标一负转印最大和转印饱和来 [6] You Y,Li H B,Xia C Y,et al.Experimental and mathematical 表征带钢表面微观形貌的遗传和演变.通过计算 model study of attenuation process of the surface roughness of textured work rolls during cold rolling./Mech Eng,2018,54(12): 发现，当带钢表面粗糙度小于或等于轧辊表面粗 173 糙度时，随着单位板宽轧制力的增大，带钢表面粗 (尤媛，李洪波，夏春雨，等.冷轧毛化工作辊表面粗糙度衰减过 糙度都存在先减小再增加的趋势，对应存在负转 程的试验与数学模型研究.机械工程学报，2018,54(12)：173) 印最大点和转印饱和点：而当带钢表面粗糙度大 [7]Li R,Zhang Q D,Zhang X F,et al.Control method for steel strip规律的影响. 如图 12 所示，当工作辊与带钢表面形貌接近 时，随着轧制力的逐渐增大，带钢表面粗糙度值会 经历先下降、再上升、最后趋于稳定的过程，同时 存在负转印最大点和转印饱和点. 随着带钢屈服 强度的增大，负转印最大点和转印饱和点对应的 临界板宽轧制力明显变大，原因在于随着带钢屈 服强度的增大，带钢表面发生塑性变形需更大的 轧制力. 同时对比发现，当带钢表面粗糙度与工作 辊表面粗糙度接近时，无论带钢屈服强度如何变 化，其负转印最大点对应轧后带钢表面最小粗糙 度值基本一致. Rolling force per unit plate width/(kN·mm−1) Yield strength of strip 100 MPa Yield strength of strip 300 MPa Yield strength of strip 500 MPa Yield strength of strip 700 MPa Yield strength of strip 900 MPa Surface roughness of export strip/μm 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 1.05 图 12    工作辊 Ra = 带钢 Ra 时不同轧制力下带钢表面微观形貌的遗 传和演变规律 Fig.12     Inheritance  and  evolution  of  strip  surface  morphology  under different rolling forces when work roll Ra = strip Ra 4    结论 （1）基于大量现场实测，获得了不同粗糙度工 作辊与带钢表面的真实二维轮廓，建立了工作辊 与带钢真实粗糙表面接触的表面微观形貌轧制转 印生成模型. 依托工业现场展开试验，实测得到带 钢表面的 Ra、Rz、Ry 和 Pc 值，并与模型计算结果 进行对比，计算值与实测值最大相对误差在 10% 以内，验证了仿真模型的准确性. （2）利用模型分析带钢表面粗糙度小于、等于 和大于轧辊表面粗糙度三种情况下，带钢表面微 观形貌的轧制转印行为与遗传演变规律，提出负 转印和转印饱和的概念，定义了两种极限轧制转 印状态的描述指标——负转印最大和转印饱和来 表征带钢表面微观形貌的遗传和演变. 通过计算 发现，当带钢表面粗糙度小于或等于轧辊表面粗 糙度时，随着单位板宽轧制力的增大，带钢表面粗 糙度都存在先减小再增加的趋势，对应存在负转 印最大点和转印饱和点；而当带钢表面粗糙度大 于轧辊表面粗糙度时，随着单位板宽轧制力的增 大，带钢表面粗糙度逐渐减小到趋于稳定，对应的 负转印最大点和转印饱和点重合. （3）采用前述定义的两种极限轧制转印状态 描述指标，分析带钢屈服强度、带钢表面粗糙度以 及轧辊表面粗糙度对负转印最大点和转印饱和点 对应的临界单位板宽轧制力的影响规律，发现随 着带钢屈服强度的增加，负转印最大点和转印饱 和点对应的临界单位板宽轧制力逐渐增大；随着 轧辊表面粗糙度增加，负转印最大点和转印饱和 点对应的临界单位板宽轧制力也逐渐增大；随着 带钢表面粗糙度增加，负转印最大点对应的临界 板宽轧制力增大，而转印饱和点对应的临界板宽 轧制力减小. 参    考    文    献 Zhang  Q  D,  Zhang  B  Y,  Li  R,  et  al.  Advances  in  theory  and technology for microscopic surface quality control of steel strip. J Mech Eng, 2016, 52（10）: 32 （张清东, 张勃洋, 李瑞, 等. 钢板微观表面质量控制理论与技术 研究进展. 机械工程学报, 2016, 52（10）：32） [1] Zhang Q D, Zhang B Y, Li R, et al. Control of surface glossiness during  temper  rolling  aimed  at  improving  visual  aesthetics  of tinplate. J Mech Eng, 2016, 52（14）: 48 （张清东, 张勃洋, 李瑞, 等. 镀锡钢板表面光泽度轧制转印控制. 机械工程学报, 2016, 52（14）：48） [2] Xu D, Li H B, Zhang J, et al. Surface topography multi-parameter analysis  of  textured  rolls  in  cold  temper  mill. J Cent South Univ Sci Technol, 2014, 45（3）: 734 （徐冬, 李洪波, 张杰, 等. 冷轧平整机毛化辊表面形貌特征多参 数对比分析. 中南大学学报(自然科学版), 2014, 45（3）：734） [3] Wang  Q  Y,  Zhu  Y,  Guo  S,  et  al.  Research  on  mixed  lubrication characteristics of strip mill based on surface roughness features of rolling interface. J Cent South Univ Sci Technol, 2019, 50（1）: 83 （王桥医, 朱媛, 过山, 等. 基于轧制界面表面粗糙度特征的板带 轧机混合润滑特性研究. 中南大学学报 (自然科学版), 2019, 50（1）：83） [4] Sun  R  S,  Wang  J,  Liu  Y  M,  et  al.  The  control  measure  of  the surface  topography  on  the  cold  rolling  strip//Proceedings of 11th China Iron & Steel Annual Meeting. Beijing, 2017: 1 （ 孙荣生, 王静, 刘英明, 等. 冷连轧机组轧后钢板表面形貌的控 制//第十一届中国钢铁年会论文集. 北京, 2017: 1） [5] You  Y,  Li  H  B,  Xia  C  Y,  et  al.  Experimental  and  mathematical model  study  of  attenuation  process  of  the  surface  roughness  of textured work rolls during cold rolling. J Mech Eng, 2018, 54（12）: 173 （尤媛, 李洪波, 夏春雨, 等. 冷轧毛化工作辊表面粗糙度衰减过 程的试验与数学模型研究. 机械工程学报, 2018, 54（12）：173） [6] [7] Li R, Zhang Q D, Zhang X F, et al. Control method for steel strip 张勃洋等： 非光滑带钢在粗糙轧辊平整轧制过程中表面微观形貌的转印行为与演变规律 · 1363 ·