超高强钢板冷轧和平整过程中表面形貌的转印机理与控制方法

表面形貌是冷轧钢板的主要质量指标之一，对其冲压性、基体与表面涂镀层结合力以及喷涂后表面鲜艳度等有重大影响。钢板表面形貌由冷轧/平整过程中轧辊表面形貌（初始形貌或被磨损退化形貌）通过有/无介质（润滑液）塑性变形转印到带钢上而形成，涉及轧制中微细观尺度下的弹塑性变形和弹-塑接触界面摩擦磨损润滑行为，与钢板及轧辊的材质、硬度等密切相关，而目前对该生成过程的转印机理、影响因素及其影响机制还缺乏足够的认知，没有形成科学的调控工艺方法和相应生产控制技术，汽车等工业因节能减排急需的超高强钢板的出现更加凸显了这一科学技术难题。本课题拟在过去对软质钢（DI镀锡板、IF钢板）表面形貌调控工艺和控制技术的应用研究基础上，从宏、细、微观研究钢板表面形貌转印生成过程和轧辊表面形貌磨损退化过程的科学规律，研究超高强钢板表面形貌调控工艺方法和生产控制技术，拓展板带轧制理论，创新表面形貌质量控制技术，指导生产，创造效益。

表面微观形貌对冷轧钢板的冲压成形性、表面涂镀层与基体结合力以及印铁和涂装后表面视觉美观性等有重大影响，是冷轧钢板新的表面质量控制目标。本课题采用解析、数值和实验方法研究高强度钢板表面微观形貌的表征与轧制转印和轧辊表面微观形貌磨损演变，对于钢板表面微观形貌的生成与控制获得新认知，发展了表面形貌控制理论与技术，丰富了钢板表面质量控制理论。主要成果包括：提出钢板与轧辊表面微观形貌各向异性表征方法和指标；定义了钢板微观表面质量概念，提出分类和研究思路；确定了印铁钢板表面视觉美观性描述指标，推导建立描述指标与表面微观形貌参数机理关系式，工业实验-数理统计方法同步建模和验证完善该关系式；运用分形维数表征微观形貌，研究分形维数与光泽度的关系，建立数学关系式；研制了便携式轧辊或钢板表面微观形貌连续直线轨迹测量装置，比较研究喷丸、激光和电火花毛化工作辊表面。采用弹塑性力学分析方法，建立了细观尺度粗糙表面轧制界面多种机理接触模型，包括单峰和多峰的压入、犁沟、挤压，揭示带钢表面微观形貌的轧制转印行为及其影响因素与机制；建立冷轧/平整过程的细-宏观轧制转印模型，分析了有/无润滑情况下冷轧/平整过程轧制转印规律；建立高强钢表面微观形貌轧制转印预测模型，对比研究高强度与普通强度带钢轧制转印行为；通过单峰压入塑性变形和动态润滑油膜厚度确定轧制转印率，建立冷轧轧制转印生成模型，获得真实轧辊表面轧制过程带钢表面微观形貌变化规律；工业实验研究钢板原始表面微观形貌对轧制转印过程的影响，获得钢板表面微观形貌的多道次轧制转印及演变规律；针对工业生产，实验研究带钢表面微观形貌轧制转印的纵向和横向的不均匀的现象、原因及对策。提出工作辊表面的细观磨损假设，建立基于离散元和元胞自动机方法的细观磨损机理模型；建立轧制区粗糙表面接触混合润滑模型，获得油膜及界面压力分布，通过Archard模型确定轧辊表面平均磨损量，引入随机磨粒磨损机制通过油膜和压力确定轧辊表面磨损分布，建立轧辊表面微观形貌动态磨损模型，获得轧制过程真实轧辊表面磨损退化规律；建立工作辊表面磨损的工业实验-数理统计模型和毛化及磨削轧辊表面粗糙度参数与工艺参数的关系模型；研制轧辊摩擦磨损和电火花毛化制备模拟实验装置。部分理论成果应用于宝钢、武钢冷轧钢板生产，形成多项轧制转印调控工艺和技术，开发出多种先进产品，创造巨大经济和社会效益。