本文介绍了用轧制方法生产手撕钢和吹飘膜的最新进展,给出了各种薄带、极薄带、超薄带的厚度范围;探讨了在接近理论最小可轧厚度条件下,轧制手撕钢与吹飘膜的工艺特点;梳理并对比了Stone公式、考虑异速比的LTAR公式、基于 Fleck极薄带轧制理论建立的肖宏公式等最小可轧厚度计算公式;给出了同步和异步轧制条件下,工作辊径与最小可轧厚度近似估算公式,以及辊径、厚度、异速比对应关系曲线图。同时,分析了板带材适轧厚度、负辊缝轧制力学模型等相关理论问题,列举了手撕钢、吹飘膜在铜箔、铝箔、不锈钢箔以及在电子与半导体产业、新能源产业和精密结构件微制造等领域的典型应用案例,并对轧制吹飘膜和极薄带的发展方向进行了展望。

随着航空航天、新能源、电子信息等高端制造领域对极薄、高强度及难变形金属材料需求的日益增加,多辊轧机凭借其独特的优势,得到越来越多的关注。本文系统综述了多辊轧机的发展历程、基本原理及研究现状,重点分析了十八辊轧机和二十辊轧机两种主流机型在辊系结构、调控方式与工程应用方面的特点与差异。在此基础上,进一步总结了多辊轧机在高精度物理建模、板形与轧制失稳产生机理及控制方法、智能预测与控制模型等方面的最新研究进展。

高强度、极薄规格冷轧带钢的稳定生产对轧机性能提出了极高要求。针对十八辊精密轧机生产该类产品时板带翘曲缺陷频发且难以精准预测的难题,本文提出一种融合机理仿真与数据驱动的板带翘曲行为预测模型。首先,剖析了高强薄带在十八辊轧机特有的浮动式工作辊结构中,受复杂接触摩擦耦合作用诱发工作辊自发交叉与错位的运动学机理。其次,构建了包含辊系弹性变形、带钢弹塑性本构及非线性接触的辊系-带钢耦合有限元仿真模型,并通过对比工业现场实测的轧后板廓及厚度减薄量,验证了模型的可靠性。在此基础上,针对现场异常失稳工况样本匮乏的现状,结合高强薄带品种规格特性,采用拉丁超立方采样(LHS)方法对工作辊错位量、交叉角等关键扰动变量进行实验设计,构建了涵盖非自稳定工况的高保真翘曲行为数据库。随后,引入具有排序提升机制的CatBoost集成学习算法,建立了非线性翘曲预测模型。结果表明,该模型在测试集上的预测决定系数R²达到0.921,均方根误差RMSE仅为3.81×10^-5 mm,显著优于XGBoost及SVR等传统算法。最后,基于SHAP值的可解释性分析,定量识别了导致高强薄带翘曲的关键敏感特征。本文的研究为解决十八辊轧机辊系非自稳定状态下板带翘曲行为的控制提供了新思路。

十八辊轧机工作辊直径较小,且工作辊两侧的侧支撑辊系可显著提高轧机刚度,抑制轧辊弹性变形,是生产薄带钢的理想设备。为探究冷轧过程中轧辊和带钢的变形行为,实现板形高精度控制、提高带钢质量,本文以某厂1 250 mm十八辊轧机冷连轧生产线为研究对象,利用有限元仿真软件ANSYS/LS-DYNA 和 LS-PrePost 建立等比例高精度的三维有限元模型。基于所建立的有限元模型,系统研究了侧支撑辊位置对轧机刚度及各调节机构的板形影响规律。结果表明,辊系夹角、侧支撑辊水平位移和中间辊横移增大均会使辊系纵向刚度降低;相较于纵向刚度和轧向刚度,中间辊横移与中间辊弯辊对轧机横向刚度的影响更为显著;工作辊的轧向刚度受侧支撑辊水平位移影响最大;随着辊系夹角减小、中间辊横移量增大及中间辊弯辊力增大,带钢板凸度与边部减薄均减小,带钢沿宽度方向的厚度分布更均匀,其中辊系夹角与中间辊横移对带钢二次浪形的调控效果更明显。

边部减薄与平坦度作为衡量冷轧硅钢的重要指标,直接影响产品的尺寸精度和成材率。针对某钢厂森吉米尔轧机极薄带硅钢产品板形质量不能满足生产需求的问题,采用现场工艺参数并利用ANSYS/LS-DYNA软件,建立了全辊系-带钢一体化显式动力学三维有限元模型,采用现场实测数据验证了模型的准确性。以带钢边部减薄、平坦度作为板形评价指标,得到在稳定轧制条件下各轧制参数变化对带钢金属流动的影响规律。结果表明,带钢宽度的增加和压下量的减小都会减少边部减薄;张力变化对边部减薄的调节能力有限,轧辊速度的变化对边部减薄的影响不明显;增加张力,对平坦度的改善有显著效果,综合平坦度由27.09 IU降低至6.77 IU。研究结果为生产过程中薄带硅钢板形控制提供了工艺指导。

Inconel718合金带材是制造压水堆燃料组件格架弹簧的关键材料。受限于该材料的高加工硬化率和变形抗力,带材经二十辊轧机轧制常出现板形问题。为研究关键参数对Inconel718带材板形的影响规律,获得板形优化方案,本文利用ABAQUS有限元软件,建立了二十辊轧机辊系与Inconel718合金带材的轧制仿真模型,分析了摩擦因数、轧制张力及一中间辊轴向横移对板形的影响,明确了关键轧制参数的合理控制范围。结果表明,随着摩擦因数或轧制张力增大,带材横向厚度分布的方差减小,残余应力分布趋于均匀,而边降和板凸度无明显变化;当摩擦因数控制在0.14,带材横向厚度分布的方差降至0.000 9;轧制张力控制在200 kN,带材横向厚度分布的方差降至0.001 1;增加一中间辊窜辊量可有效减小带材的边降和板凸度,当窜辊量为65 mm,边降与板凸度分别降至约3.68 μm和14.37 μm。综合板形改善效果,推荐轧制参数控制范围为:摩擦因数0.14,轧制张力180~200 kN,一中间辊窜辊量40~65 mm。

带钢上下表面应力分布不均匀所导致的L翘曲问题是制约精密轧机在高强钢轧制中板形质量提升的重要因素。由于板带生产涉及诸多相互耦合因素,传统的数值模拟及现场实验难以有效分析L翘曲缺陷产生的原因及其作用规律,无法满足高精密轧机板形控制的需求。为增强针对板形L翘曲缺陷的调控能力,本文建立了十八辊轧机辊系-轧件一体化弹塑性耦合有限元模型,经分析带钢上下表面应力不均匀成因,选定工作辊偏置量、轧制前带钢厚度及压下率作为定量分析对象,针对这些因素对带钢L翘曲变形的作用效果及板带塑性变形规律进行了研究。多参量变化工况的分析结果表明,工作辊偏置量对轧后带钢翘曲量的影响最大,仅在±3.0 mm的偏置量变化区间内即可引发±11 mm的翘曲变形量;相同的工作辊偏置量下,异侧异辊偏置模式所造成的翘曲行为呈现出规律性差异;入口板坯厚度的增大将降低轧后带钢翘曲量,对翘曲行为有所改善;压下量增大时,轧后带钢翘曲量先增大后减小,最终趋于稳定。为此,本研究提出强化工作辊位置控制精度,提升其自保持性,同时合理配置轧制过程参数、规划设定参数工艺窗口的措施,削弱基料参数与工艺参数影响对带钢L翘曲变形的影响。

本文以二十辊森吉米尔轧机为研究对象,构建了辊系-轧件一体化有限元模型,通过多变量仿真研究了支撑辊辊形径向调整(As-U-Roll),一中间辊锥度、窜辊等平直度调整机构及轧制工艺参数对取向硅钢平直度的影响。结果表明,两端背衬轴承As-U-Roll调整对边降具有较好的抑制作用,其余背衬轴承调整可显著改善中部平直度,且越靠近支撑辊中心区域,As-U-Roll调整影响越大。一中间辊通过锥度、窜辊量协同调整,可有效解决带钢边部减薄问题。此外,轧件宽度、厚度,张力及轧制速度等工艺参数对带钢平直度影响呈非线性变化;对于取向硅钢,应综合考虑冷轧平直度控制和轧件材质,抑制边部裂纹萌生与扩展,实现稳定轧制。

某钢厂S6-high型十八辊轧机在生产宽幅超薄带钢时,频繁出现板形不良问题,板形合格率仅为73.3%,导致产品合格率显著下降,严重制约了产品质量和生产效率。经分析,该问题与辊系关键参数的设定密切相关。本文采用鲸鱼优化算法,并基于实用场景进行了针对性优化,在多维参数空间内搜索,同时兼顾设备和工艺约束条件,找到最小化板形偏差的最优辊系关键参数组合,然后将优化得到的最佳辊系参数应用于实际生产线进行工业验证。现场验证结果表明,优化后的参数显著改善了带钢板形。以板形目标值5 IU为判定标准,优化后带钢全长的板形偏差均严格稳定在目标区间内,生产过程中未再检出超标缺陷,有效解决了宽幅超薄带钢板形合格率低的问题。

针对十八辊单机架轧机在轧制宽幅超高强钢时易出现难以控制的肋浪缺陷及高阶板形缺陷问题,本文通过建立十八辊单机架轧机与CVC冷轧机的有限元模型,系统对比了二者板形调控特性。研究发现,十八辊单机架轧机承载辊缝横向刚度小于CVC冷轧机,但其弯辊调控能力与窜辊调控功效更强。基于此,文章提出了3项核心优化措施:一是设计基于250 mm窜移行程的分段适配锥形中间辊,实现多宽度带钢边部压力精准控制;二是优化锥形段的大圆角过渡区域并采用正弦曲线磨削工艺,有效缓解应力集中,提升板形质量;三是创新提出“弯辊主导-窜辊补偿”的主次协同控制策略,将对称二次板形偏差76%由响应更快的弯辊调控,仅24%由窜辊补偿,从根源上抑制了因窜辊过量引发的肋浪缺陷。本文研究为解决十八辊单机架轧机生产超高强钢的“卡脖子”板形难题提供了有效的理论依据与工程解决方案。

针对轧机在薄带轧制过程中液压伺服辊缝控制存在的强非线性、参数时变及传统方法自适应能力不足等问题,本文提出了一种融合贝叶斯估计与深度强化学习的智能控制方法。建立了面向控制的多辊轧机液压伺服系统机理模型,采用贝叶斯估计辨识系统关键参数,辨识均方误差达1.788×10^-7 mm²。在此基础上,设计了基于多头注意力机制与TD3算法的深度强化学习控制器,通过增量式动作定义及融合历史偏差与工艺参数的状态空间设计,将辊缝控制问题建模为马尔可夫决策过程。仿真结果表明,该方法收敛速度优于标准DDPG算法,跟踪误差波动范围收窄至-3.4×10^-3~1.2×10^-3 mm,控制精度显著提升,可为多辊轧机薄带高精度轧制提供智能控制技术支撑。

某钢厂二十辊轧机因上下辊系冷却系统的配置差异带来明显的工作辊热辊形差异,造成板形质量较差。为了解决该问题,本文首先建立考虑二十辊轧机上下辊系非对称热辊形的板形预报模型,系统分析了工作辊、一中间辊的原始辊形对板形的影响。在此基础上,构建了以带钢实际板形与目标板形吻合度为核心目标,同时兼顾辊间压力的应力集中与边部减薄抑制的多目标控制函数,形成二十辊轧机工作辊原始凸度、一中间辊辊端锥度的优化设计方法。将该方法应用于现场生产实践后,提高了轧机的板形控制能力、改善了因上下辊系热辊形非对称带来的板形问题,经过现场应用,成品带钢板形均值由原来的15.3 IU降低到了8.5 IU,板形改善效果明显。

由于尺寸效应的影响,不锈钢极薄带的力学性能与常规带材存在显著差异,对其拉伸弯曲矫直设备与工艺也具有独特要求。然而,国内在该领域的理论研究基础较为薄弱,相关设备与工艺模型主要依赖进口,严重制约了新品种及高品质极薄带的生产效率与质量。本文通过对极薄带试样的金相组织、力学性能及包申格效应等进行系统分析,将拉伸弯曲理论与工程实际应用相结合,开发出可模拟小弯曲半径反复加载变形的剪折实验装置,研制出可矫直最小厚度0.01 mm、宽200 mm,伸长率最大屈服强度1 000 MPa、最大伸长率3%的极薄带拉弯矫直试验样机,并建立了相应的拉伸弯曲矫直模型。相关研究方法与成果可为自主研发极薄带拉伸弯曲矫直装备提供重要理论与技术参考。

本文以CoCrNi中熵合金为研究对象,针对其极薄带制备与性能调控难题,采用累积叠轧工艺突破传统轧制极限,成功制备出厚度为0.10~0.27 mm的极薄带。研究表明,随着厚度减薄,晶粒沿轧制方向显著拉长,位错密度及亚结构比例同步增加,致使材料强度升高、塑性下降;其中0.10 mm厚极薄带的抗拉强度达1 295 MPa,伸长率仅为2.5%。为优化其综合性能,进一步开展750 ℃退火处理实验。结果表明,短时退火(5~15 min)以再结晶为主导机制,可获得抗拉强度约为950 MPa、伸长率约为35%的平衡性能;延长保温时间至30 min后,材料内部回复作用增强,亚晶与变形晶占比升至48.6%,虽因晶粒粗化使强度略增至1 001 MPa,但伸长率显著下降至22.2%。研究结果揭示了CoCrNi中熵合金极薄带微观结构演变与力学性能的关联规律,为其作为高性能微纳器件用超薄金属材料的应用提供了重要的理论依据与技术支撑。

4J36因瓦合金极薄带作为精细金属掩模板(FMM)的关键材料,其微孔结构质量直接决定有源矩阵驱动型(OLED)显示屏的像素精度与显示性能。本文系统研究了不同处理工艺对4J36因瓦合金极薄带基板、实板与孔板的表面形貌、微观组织及力学性能的影响规律。研究结果表明,退火处理会改变4J36因瓦合金极薄带表面的轧制纹理与表面粗糙度,这些特征在后续腐蚀减薄过程中会被继承并凸显,对最终成孔起决定性作用。与高温退火相比,低温去应力退火能有效降低基板粗糙度,获得最佳表面质量,因此低温去应力退火是实现均匀成孔的理想工艺。微观上,提高回复组织占比,增强(111)和(220)晶面择优取向,以及提升A织构组分含量均有利于促进孔结构的均匀成形。退火处理在维持4J36因瓦合金抗拉强度基本不变的同时,显著降低了屈服强度并提高了伸长率,尤其低温退火在提升材料塑性方面表现更优。本文从表面特性与微观组织角度,揭示了FMM成孔质量的影响机制,为从工艺源头调控材料性能、抑制蚀刻异常、提升FMM产品合格率提供了理论依据与工艺优化路径。

碳基薄膜因其优异的耐腐蚀性和化学稳定性,被广泛应用于燃料电池双极板。本文采用磁控溅射工艺在SS316L不锈钢极薄带材表面制备非晶碳(a-C)薄膜,以提升质子交换膜燃料电池(PEMFC)双极板的耐腐蚀性能。基于田口正交设计,系统分析了工作气压、溅射功率、偏压和沉积时间对碳膜性能的影响,并结合SEM与电化学测试进行表征。采用TOPSIS多属性决策方法对工艺参数进行综合优化,获得最优参数组合为:工作气压1.5 Pa、溅射功率150 W、偏压-250 V、沉积时间60 min。在该条件下,腐蚀电流密度降低至1.61×10^-6A/cm²,对应腐蚀速率为0.018 mm/a。结果表明,优化的磁控溅射工艺可显著提升不锈钢极薄带双极板的耐腐蚀性能。

针对豪华汽车装饰用SUS430 J1L超纯铁素体不锈钢在精轧后出现条带状灰白色色差缺陷的问题,通过实验测量,明确了有色差缺陷区域带钢表面粗糙度大于正常区域是导致色差出现的主要原因;观察发现,有色差缺陷区域带钢存在较多划痕。通过对比轧辊表面着色与带钢色差分布位置,结合轧辊表面着色的产生机理分析,明确了带钢表面粗糙度差异的产生与冷轧过程轧制区的润滑状态密切相关,而轧制区的润滑状态差异又取决于光亮退火后带钢表面不同致密度的Cr氧化膜分布。为有效解决该类色差缺陷,通过严格控制退火工艺露点温度(小于-60 ℃)与冷却速率(不小于35 ℃/s)提高Cr氧化膜分布均匀性,同时降低轧制速度、增大轧制力、选用低黏度且极压剂充足的轧制油,保证了油膜均匀性,最终有效改善了超纯铁素体不锈钢表面的色差缺陷,提高了不锈钢表面质量。

针对冷轧硅钢生产过程中普遍存在的板形不良、横向厚差较大、同板偏差超标及由此引发的断带问题,本文以河南钢铁集团某森吉米尔二十辊轧机为研究对象,系统分析了原料、工艺、设备及控制等因素对板形控制的影响。通过建立原料检查与预热机制、优化轧制工艺参数(道次压下率、张力、速度)、提升轧辊管理与磨削精度、强化中间辊窜辊与背衬辊凸度的协同控制策略,显著改善了带钢板形质量,有效降低了断带风险。工业实践表明,优化后机组成材率、一级品率和设备作业率显著提升,验证了所提出的板形控制技术的工程有效性与实用性。

极薄不锈钢精密带材是柔性显示、柔性光伏、高端电子元器件、航空航天等领域的关键基础材料,长期以来,该材料工业化制备普遍存在厚度控制不稳定、板形质量不良、表面易起筋以及轧制油残留引发的滑带等问题。本文基于宁波宝新精密二十辊轧机的工业化生产实践,针对上述核心工艺难点,系统开展了轧制规程优化、厚度控制策略改进、辊系配置开发、板形目标曲线设计、表面残油控制等研究,形成了一套集成高精度厚度控制、板形调控、起筋抑制与滑带防控于一体的综合技术方案,成功实现0.03～0.05 mm宽幅极薄带材的稳定量产,并将可轧厚度下限拓展至0.02 mm。本研究成果突破了宽幅极薄不锈钢带的生产技术瓶颈,为同类产线的工艺优化与产品升级提供了实践参考。

本文介绍了国内极薄带主要生产企业及冷轧装备,梳理了相关技术特点与关键性能指标。重点阐述了首钢集团薄带、极薄带生产技术,包括高精度板形控制、表面质量控制、张力与穿带控制及设备精度保障等。首钢薄带、极薄带冷轧生产技术已形成“基础研究-工艺开发-装备集成-产业化应用”的全链条较完整创新体系,产品矩阵差异化优势显著,未来其将沿着“极薄化、高端化、差异化、绿色化、高附加值”战略方向,向极限规格、智能制造、绿色低碳、新赛道应用和国际布局等方向持续突破。

极薄硅钢是高效电机、变压器的核心软磁材料,亦是衡量国家钢铁工业水平的重要标志。本文介绍了国内外极薄硅钢产业现状,以及首钢智新自粘结涂层产线,探讨了极薄硅钢涂层产品的特点、关键工艺及设备、稳定生产和产品质量控制措施。作为全球最大的硅钢生产与消费国,我国高端产品仍依赖进口,精密轧制、表面涂层等核心制造技术面临 “卡脖子” 困境。本文聚焦极薄硅钢产业现状,剖析其技术瓶颈与市场挑战,探讨技术突破路径、产业升级方向,以期为极薄硅钢自主化与高端化发展提供参考。

针对森吉米尔轧机现有辊鞍座采用铜条限位存在运转灵活性差、易磨损、维修成本高等问题,提出一种基于滚子组件的结构优化方案。优化后的辊鞍座通过在偏心碟侧壁设置均匀分布的柱孔,内置由销轴、深沟球轴承及弹簧组成的滚子组件,实现了偏心碟与支撑环间的滚动摩擦,替代了传统滑动摩擦。通过结构设计、参数优化及性能测试表明,优化后的辊鞍座偏心碟回转摩擦力矩降低60%以上,轴向定位精度提升至0.01 mm级,维修周期延长3倍,且加工合格率从原有75%提升至98%。该优化方案有效解决了传统结构的核心缺陷,为高精度轧机辊系支撑部件的设计升级提供了可行路径。