冷軋帶鋼平整時橫折印缺陷的產(chǎn)生機(jī)理及消除措施

目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"摘要 -2-弓I言 -2-\o"CurrentDocument"1橫折印缺陷的產(chǎn)生機(jī)理 -3-\o"CurrentDocument"1.1帶鋼經(jīng)過S強時的受力分析 -3-\o"CurrentDocument"1.2橫折印缺陷的產(chǎn)生機(jī)理 -5-\o"CurrentDocument"2橫折印缺陷的主要影響因素 -6-\o"CurrentDocument"2.1板形 -6-\o"CurrentDocument"2.2來料粘連 -6-\o"CurrentDocument"2.3來料溫度 -7-\o"CurrentDocument"2.4材料性能 -7-\o"CurrentDocument"3橫折印缺陷的解決措施 -8-\o"CurrentDocument"3.1調(diào)整張力 -8-\o"CurrentDocument"3.2調(diào)整伸長率 -9-\o"CurrentDocument"4結(jié)論 -9-摘要冷軋退火后的帶鋼在平整過程中產(chǎn)生橫折印缺陷，嚴(yán)重影響平整后帶鋼的表面質(zhì)量及其力學(xué)性能。通過分析帶鋼經(jīng)過張力輻（S輻）時的受力過程，研究橫折印缺陷的產(chǎn)生機(jī)理和影響因素，認(rèn)為退火后的屈服平臺和平機(jī)入口前的帶鋼表面拉應(yīng)力過大是帶鋼表面產(chǎn)生橫折印缺陷的根本原因。制定合理的伸長率和張力制度，嚴(yán)格來料質(zhì)量要求，可以避免橫折印缺陷的產(chǎn)生，提高平整帶鋼的表面質(zhì)量。關(guān)鍵詞：冷軋帶鋼；平整；橫折印缺陷；張力；伸長率引言本文對冷軋帶鋼在平整過程中出現(xiàn)的橫折印缺陷進(jìn)行了比較深入的研究，指出造成橫折印缺陷的根本原因是退火后帶鋼存在屈服平臺和帶鋼通過s輻時表面拉應(yīng)力過大。通過合理確定平整工藝數(shù)，并對來料質(zhì)量提出要求，有效地避免了橫折印缺陷的產(chǎn)生，大幅度地提高了平整帶鋼的成材率及表面質(zhì)量。1橫折印缺陷的產(chǎn)生機(jī)理冷軋退火帶鋼在平整過程中，其表面橫折印的紋理方向基本上與帶鋼運行方向成90。，出現(xiàn)的寬度范圍大小不一，有時橫折印貫穿整個帶寬，有時出現(xiàn)在一定范圍內(nèi)，如圖1所示。平整時帶鋼橫折印不但肉眼可見，甚至用手觸摸都可以感覺到這種帶鋼缺陷。圖1橫折印的表現(xiàn)形式圖1橫折印的表現(xiàn)形式1.1帶鋼經(jīng)過S輻時的受力分析針對帶鋼在通過S輻后出現(xiàn)橫折印的情況，對帶鋼通過S輻的過程進(jìn)行受力分析。帶鋼在通過s輻的過程中受到拉伸和彎曲兩種變形的綜合作用，其中拉伸是帶鋼受沿軋制方向的張力作用產(chǎn)生的變形，彎曲是帶鋼通過s輻過程中由直變彎的變形，如圖2所示，Tr,Tc分別為S輻入口和出口處張力。帶鋼通過S輻時因纏繞在S輻上而產(chǎn)生彎曲變形，彎曲時帶鋼外表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，內(nèi)表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，在帶鋼內(nèi)外表面處應(yīng)力達(dá)到最大，如圖3所示。圖2 帶鋼經(jīng)過S圖2 帶鋼經(jīng)過S輻時受力示意圖(T |,[h中性層二?外及向 y—/y內(nèi)表面圖3帶鋼彎曲應(yīng)力分布圖在純彎曲情況下中性層處于帶鋼厚度的中心。帶鋼經(jīng)過S輻時，認(rèn)為僅發(fā)生了彈性變形，因此帶鋼表面產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力OW為：EhbW=旅⑴式中，E為帶鋼彈性模量；h為帶鋼厚度；R為S輻半徑。帶鋼經(jīng)過S輻時，除了產(chǎn)生彎曲變形外，還會因為張力作用而產(chǎn)生拉伸變形，則拉伸應(yīng)力或張應(yīng)力Ot可表示為：TQT— (2)1Bh式中，T為張力；B為帶寬。假設(shè)帶鋼與S輻輻而連續(xù)接觸，在包繞入口張力輻的帶鋼上任意取一包角為d。的微段進(jìn)行分析，如圖4所示。這一微段帶鋼對S輻粗面的正壓力為dN,則摩擦力為fdN,其中f為S輻舞面與帶鋼之間的靜摩擦因數(shù)。忽略帶鋼運行時所受的離心力，根據(jù)圖4所示，可得這一微段帶鋼的力平衡關(guān)系：fdN+Tcos(de/2)-(T+dT)cos(de/2)=0dN+Tsin(d°/2)-(T+dT)sin(de/2)=0 (3)式中，T為微段帶鋼的張力。圖4微段帶鋼的受力分析由以上方程可得：d-r/f=Tde (4)將上式對整個包繞弧段積分后可得:

(5)T1/T0=efe(5)式中，To,Ti分別為帶鋼的初始張力與離開入口S輻后的張力；0為帶鋼在S輻輻面上的實際包角。由式(5)可知，帶鋼在通過入口S輻的過程中張力是隨著包角的增大而增加的，張力在S舞出口處達(dá)到最大，同時帶鋼在此處產(chǎn)生彎曲變形，帶鋼在拉伸和彎曲的共同作用下產(chǎn)生變形，此處為帶鋼的危險截面。帶鋼在S舞出口處的應(yīng)力狀態(tài)如圖5所示。彎曲應(yīng)力和張應(yīng)力疊加，將致使中性層下移，帶鋼上表面拉應(yīng)力。達(dá)到最大,此時b=CTw+bTo中性層下移，帶鋼上表面拉應(yīng)力。達(dá)到最大,此時b=CTw+bTo圖5彎曲應(yīng)力和張應(yīng)力疊加原理圖1.2橫折印缺陷的產(chǎn)生機(jī)理根據(jù)式(5)和圖5可知，在入口S輻出口處，帶鋼表面拉應(yīng)力達(dá)到最大。當(dāng)平整機(jī)入口前張力過大，使帶鋼表面應(yīng)力。達(dá)到材料的屈服強度bs,即有式(6)成立時，帶鋼表面屈服，發(fā)生塑性變形。bW+bT=。S (6)晶體的塑性變形是晶體內(nèi)相鄰部分滑移的綜合表現(xiàn)。退火帶鋼存在明顯的屈服平臺，并存在明顯的上，下屈服點。出現(xiàn)上，下屈服點的原因主要是柯氏氣團(tuán)阻止了位錯的運動。變形時必須將應(yīng)力增大到某一定值后，才能使位錯擺脫氣團(tuán),開始滑移運動，此時在拉伸曲線上出現(xiàn)明顯的上屈服點。當(dāng)位錯一旦擺脫氣團(tuán)的束縛，應(yīng)力不增加也能繼續(xù)運動，因而在曲線上存在下屈服點。在這種情況下，滑移啟動的抗力較大(上屈服點)，而滑移進(jìn)行的抗力則較小(下屈服點)。因此，一旦滑移開動起來，它就可以在較低應(yīng)力下進(jìn)行。這時，變形一旦在某一局部區(qū)域開始發(fā)生，這里就表現(xiàn)出軟化的效果，變形就因而在這里集中并可以進(jìn)行到一定程度。也就是說，由于屈服平臺的存在，帶鋼的塑性變形會集中在某一區(qū)域進(jìn)行，從而形成條帶狀的形變區(qū)，這就是橫折印的產(chǎn)生機(jī)理。退火后帶鋼存在屈服平臺，在入口s輻上若外表面拉應(yīng)力超過屈服強度，則會產(chǎn)生橫折印。若平整時的伸長率較小，不能完全消除屈服平臺，則平整后的帶鋼在出口S粗上也可能再產(chǎn)生橫折印。平整時的伸長率較小，對消除入口前形成的橫折印也是不利的，使橫折印在一定程度上保留下來。2橫折印缺陷的主要影響因素2.1板形以上分析是建立在板形良好的基礎(chǔ)之上的。如果帶鋼板形不好，則會因為帶鋼內(nèi)部殘余應(yīng)力的不均勻分布導(dǎo)致橫折印缺陷加劇。下面以典型的雙邊浪為例進(jìn)行說明，如圖6所示。由于有殘余應(yīng)力br的存在，導(dǎo)致帶鋼內(nèi)部張應(yīng)力（Tt沿橫向分布不均勻，中間張應(yīng)力大，兩邊張應(yīng)力小，在這種情況下中間較邊部更容易出現(xiàn)橫折印缺陷。同理，單邊浪或中浪等都會導(dǎo)致帶鋼在一定范圍內(nèi)出現(xiàn)橫折印缺陷。因此，為了降低或者消除橫折印缺陷，保持來料板形良好也是一個重要條件。圖6雙邊浪缺陷帶鋼內(nèi)部應(yīng)力橫向分布2.2來料粘連若退火工藝溫度制度不合理，易造成鋼卷粘連?，F(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，存在極其嚴(yán)重橫折印缺陷的帶鋼，往往來料都存在較嚴(yán)重的粘連問題。在帶鋼開卷過程中由于帶鋼之間的相互粘連，使帶鋼產(chǎn)生折彎，在帶鋼表面形成嚴(yán)重的橫折印缺陷,成為廢品。此種情況下橫折印只出現(xiàn)在粘連部位，大部分集中在邊部，粘連嚴(yán)重時還會有帶鋼撕裂的情況發(fā)生，因故障被迫停機(jī)，影響生產(chǎn)率。因此,首先需要改善退火工藝制度，保證來料沒有粘結(jié)現(xiàn)象，能夠正常開卷。這樣不但改善了帶鋼表面質(zhì)量，也能夠使平整機(jī)在高速狀態(tài)下平穩(wěn)運行，從而大大提高生產(chǎn)率。2.3來料溫度當(dāng)帶鋼來料溫度過高時，帶鋼內(nèi)部的金屬分子比較活躍，帶鋼受到拉力時很容易從彈性變形區(qū)跳躍到塑性變形區(qū)，在帶鋼表面產(chǎn)生滑移線，產(chǎn)生橫折缺陷。實踐表明，在平整前鋼卷溫度＞45°C時，帶鋼表面易產(chǎn)生少量的輕微橫折印缺陷。因此，應(yīng)嚴(yán)格控制平整來料鋼卷的溫度，控制45C以下為最好。當(dāng)來料鋼卷溫度較高時，可通過風(fēng)冷或空冷將鋼卷溫度降下來，再進(jìn)行開卷，以避免溫度較高引起橫折印缺陷。2.4材料性能材料性能對橫折印缺陷的影響主要是通過影響帶鋼屈服強度bs的變化來實現(xiàn)的。首先，從式（6）可看出，屈服強度的大小直接決定了帶鋼是否產(chǎn)生橫折印的極限條件。對于屈服強度較低的材料（如Q235,08A1等低碳鋼），由于塑性變形區(qū)范圍較大，殘余應(yīng)力變化導(dǎo)致的不均勻塑性變形更容易表現(xiàn)出來，從而更易產(chǎn)生橫折印缺陷。其次，退火后鋼卷在冷卻過程中，沿鋼板寬向冷卻是不均勻的。如果冷卻不均過于嚴(yán)重，引起帶鋼板寬方向上的材料屈服強度有較大差異,可對橫折印的形態(tài)和分布產(chǎn)生影響。因此，生產(chǎn)過程中，對于屈服強度較低的帶鋼進(jìn)行平整時，在不影響板形的前提下，可以略降低總張力值，避免由于屈服強度較低引起的橫折印缺陷。另外，還要要求平整來料材質(zhì)均勻，避免帶鋼各部位的屈服強度不一致。3橫折印缺陷的解決措施3.1調(diào)整張力在不影響板形和伸長率的前提下，適當(dāng)減小平整機(jī)入口處張力值，減小帶鋼表面的拉應(yīng)力，可以避免或減輕橫折印缺陷。因?qū)挾葘M折印缺陷的影響不明顯,因此可忽略，僅考慮厚度的影響。根據(jù)式(6)可得帶鋼產(chǎn)生橫折印時的極限張應(yīng)力與厚度的對應(yīng)關(guān)系，如圖7所示。圖7極限張應(yīng)力與厚度關(guān)系由圖7可見，當(dāng)帶鋼厚度為0.18mm左右時，極限張應(yīng)力約為230MPa。當(dāng)帶鋼厚度小于0.3mm時,極限張應(yīng)力在200MPa以上。當(dāng)帶鋼厚度達(dá)到0.88mm時，帶鋼在張應(yīng)力0的情況下即出現(xiàn)橫折印缺陷，但實際情況并非如此，因為在零張力的情況下帶鋼不會在S輻上彎曲，也就形不成橫折印缺陷。以上計算為平整機(jī)入口側(cè)的張力設(shè)定提供了參考，以此為基礎(chǔ)，并考慮軋制過程的穩(wěn)定性,保證正常生產(chǎn)，制定平整張應(yīng)力設(shè)定值如表1。表1平整張力設(shè)定值厚度/mm開卷張成力/MPa入口張成力/MPa出口張成力/MPa卷取張應(yīng)力/MP&1.0?】.2202840300.8?】.022304232O.6?0.82532443504—0,6273648370.2—0.4304050403.2調(diào)整伸長率根據(jù)以上分析可知，產(chǎn)生橫折印缺陷主要是由于退火料存在屈服平臺和平整時沒有完全消除該屈服平臺。因此可以通過適當(dāng)增大伸長率，使帶鋼可動位錯密度增加，從而消除屈服平臺，抑制滑移線的形成。另外，增大伸長率可以消除輕微的橫折印缺陷，改善帶鋼表面光潔度。由于伸長率是平整機(jī)最重要的控制指標(biāo),因此對伸長率進(jìn)行了一定的調(diào)整和控制，做了如下的工業(yè)試驗。不同伸長率對橫折印缺陷改善情況的工業(yè)試驗為了更加形象地描述橫折印缺陷的嚴(yán)重程度，定義橫折缺陷級別如下：0級,肉眼不可見，無手感；1級，肉眼可見，無手感；2級，肉眼可見，有手感。針對在現(xiàn)有張力情況下厚帶仍然產(chǎn)生橫折印的情況，對不同伸長率對帶鋼表面產(chǎn)生橫折印的消除效果進(jìn)行了工業(yè)試驗。軋制速度為500m/min干平整。觀察厚度為0.18,0.2,0.3,0.4和0.5mm5種規(guī)格的帶鋼，來料溫度控制在45°C以下，保證板形良好，無粘結(jié)。通過改變軋制壓力來調(diào)整伸長率，觀察橫折印缺陷的消除情況。伸長率的設(shè)定伸長率設(shè)定正確與否關(guān)系到成品帶鋼的表面質(zhì)量和各項性能。理想的伸長率應(yīng)使帶鋼的屈服點達(dá)到最低值，并無明顯的屈服點。伸長率還取決于帶鋼所要求的表面粗糙度。確定伸長率要考慮的因素很多，一般只有定性分析而無定量計算,結(jié)合生產(chǎn)實際制定伸長率參考值如表2所示。經(jīng)過平整工藝參數(shù)的調(diào)整，帶鋼的橫折印缺陷由原來的15%以上降低到1%以下，提高了產(chǎn)品成材率。表2平整伸長率參數(shù)表(參考值)ag/mni0,2 0.」 0.4 Q.5 0.6 0.7 0.8 。.9 LO LI L2麻材％0.5 0」 。.5 0.6 0.7 M M 0.9 1.0 L05 1.14結(jié)論平整過程中橫折缺陷產(chǎn)生的原因是由于退火帶鋼存在明顯的屈服平臺，當(dāng)帶鋼拉應(yīng)力超過了帶鋼的屈服強度時，塑性變形會集中在某一區(qū)域進(jìn)行，從而形成橫折印。來料的板形缺陷，粘連缺陷，溫度和材料性能對橫折缺陷的產(chǎn)生有很大影響，嚴(yán)格來料質(zhì)量要求可在一定程度上避免橫折印的產(chǎn)生。增加伸長率和降低張應(yīng)力可消除或減輕橫折印缺陷，通過制定合理的伸長率和張力制度，可避免橫折印缺陷的產(chǎn)生。參考文獻(xiàn)朱濤，余廣夫，宋廷鋒，等.控制熱軋板形治理橫折缺陷[J].鋼鐵，劉瑩，陳大融，秦力.平整軋制表面形貌復(fù)映關(guān)系的主要影響因素研究[J].鋼鐵，2003,38(5