攀鋼熱軋典型鋼種中溫區(qū)變形抗力研究

1、第30卷 第2期2008年4月四川冶金S i chuan M e tall urgy V o.l 30 N o .2A pr i,l 2008攀鋼熱軋典型鋼種中溫區(qū)變形抗力研究熊鈺梅(攀鋼熱軋板廠,四川攀枝花 617000摘 要 利用G leeb l e-1500熱模擬試驗(yàn)機(jī)對攀鋼各系列典型鋼種進(jìn)行了卷取溫度區(qū)間(400800!變形抗力的試驗(yàn)研究,得到變形抗力試驗(yàn)曲線及圖表,并分析了變形溫度、變形速率、變形程度對變形抗力的影響,為攀鋼熱軋三期改造中卷取機(jī)力能參數(shù)的確定及卷取工藝制度的優(yōu)化提供依據(jù)。關(guān)鍵詞 熱軋 變形抗力 變形速度指數(shù) 強(qiáng)化強(qiáng)度STUDY OF RESISTANCE TO DEF

2、OR MATI ON IN M I DDLE TE M PERATURE RANGE OF TYPI CALHOT ROLLED STEELS IN PZH STEELX iong Yu m ei(H ot SteelM ill of Panzh i hu a S teel Group C o m pany ,Panzh i hua 617000,S ichu an ,Ch i n aA bstract By G leeble-1500t h er m a l si m ulation testi n g m achine ,the resistance to defor m ation i

3、n co ili n g te mperature range (400800!o f series typ ica l stee ls i n PZ H S tee l have been stud ied ,the test curve and graph of resi s tance to defor m ation are ga i n ed ,and it has been ana l y zed that the i n fluence to re sistance o f defor m ati o n fro m de for m ati o n te m perature

4、,defor m a ti o n speed rate ,and defor m ation leve,l the resu lt can o ffer so m e data to defi n i n g the co iler m echan ica l para m eter and opti m izing the coili n g techno l o gy i n the th ird hot r o lled m odificati o n i n PZ H Stee.l Key w ords hot rolled ,resistance to defor m ati o

5、n ,defor m ati o n velocity index ,harden i n g strength1 前言金屬的變形抗力是熱軋過程中計(jì)算各種壓力過程變形力的重要參數(shù)。精軋機(jī)組各機(jī)架的軋制壓力計(jì)算、彈跳量的設(shè)定、輥縫的設(shè)定以及卷取機(jī)張力等參數(shù)的設(shè)定均離不開變形抗力的確定。變形抗力的大小不僅與鋼種的化學(xué)成分有關(guān),而且還取決于金屬的變形溫度、變形速度和變形程度,這已被國內(nèi)外學(xué)者大量的實(shí)驗(yàn)研究所證實(shí)。攀鋼熱軋三期改造新增了兩臺(tái)地下卷取機(jī),涉及到卷取張力、力矩等參數(shù)范圍的設(shè)定,這就需要正確地確定金屬在卷取溫度下的變形抗力。國內(nèi)外研究多是針對鋼種高溫下的變形抗力而言,而在帶鋼卷取溫度(800

6、!以下區(qū)間的中溫區(qū)變形抗力的研究資料較少;并且由于冶煉方式、化學(xué)成分的差異,以及試驗(yàn)方法和試驗(yàn)設(shè)備不統(tǒng)一,往往導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果有較大的差異。所以,針對企業(yè)自身生產(chǎn)工藝、設(shè)備和資源開展的變形抗力研究是必要的。為此利用國內(nèi)較精密的G leeble-1500熱模擬試驗(yàn)機(jī)對攀鋼各系列典型鋼種I F 、St w 22、Q235、J55、P510L 、09CuPT i R E 等進(jìn)行卷取溫度區(qū)間(400800!變形抗力的試驗(yàn)研究,得到變形抗力試驗(yàn)曲線及圖表,分析各鋼種變形抗力影響因素,為攀鋼熱軋三期改造中卷取機(jī)參數(shù)確定及卷取工藝制度的優(yōu)化提供依據(jù)。2 試驗(yàn)內(nèi)容2.1 試樣情況由于不同鋼種的卷取工藝制度不同,根

7、據(jù)目前熱軋板廠產(chǎn)品結(jié)構(gòu),按沖壓系列、普碳系列、低合金高強(qiáng)度鋼系列來確定試驗(yàn)鋼種,如表1所示,各鋼種化學(xué)成分見表2。試樣取自熱軋板廠中間坯,按要求機(jī)加工成 812mm的壓縮試樣,試樣上下端面帶凹槽,見圖1所示。表1試驗(yàn)鋼種系列沖壓系列普碳系列低合金高強(qiáng)度鋼鋼種IF、S t w22Q235J55、P510L、09CuP T i RE表2試樣化學(xué)成分(% 圖1 壓縮試樣2.2 試驗(yàn)方案在G leeb le-1500熱模擬試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行不同變形溫度、變形速度和變形程度的壓縮試驗(yàn),試驗(yàn)方案見表3。其中變形溫度主要參照目前相應(yīng)鋼種的卷取溫度,并在目標(biāo)卷取溫度基礎(chǔ)上適當(dāng)擴(kuò)大范圍即可?？紤]到一些新的工藝,比如超

8、細(xì)晶粒鋼的研制就要求較低的卷取溫度,所以,溫度范圍可以適當(dāng)放寬,有利于新工藝和新技術(shù)的應(yīng)用。表3試驗(yàn)方案表鋼種變形速度變形程度變形溫度(!IF3 S t w22Q235J55P510L 09C uPT i RE按1、5、10、15、20s-1控制連續(xù)壓縮至20%800、750、700、650、600、550、500700、650、600、550、500800、750、700、650、600、550、500、450、400700、650、600、550、500750、700、650、600、550、500750、700、650、600、550、5002.3 試驗(yàn)方法試樣在G leeb le-15

9、00熱模擬試驗(yàn)機(jī)的真空實(shí)驗(yàn)室里以10!/s高頻加熱到900!,保溫5m in,然后以10!/s的速度冷卻到變形溫度,在工作室里直接壓縮,保證試樣的變形溫度。在試驗(yàn)過程中,凹槽里充滿玻璃粉潤滑劑,以消除端面磨擦對變形抗力的影響,保證得到單向壓應(yīng)力。計(jì)算機(jī)采集變形過程中的壓力、位移和時(shí)間信號并保存。3 試驗(yàn)結(jié)果及分析3.1 變形溫度對變形抗力的影響變形溫度是影響變形抗力諸因素中最為直觀又最為強(qiáng)烈的因素。圖2a-f為變形程度e=0 2時(shí)各鋼種實(shí)測變形抗力與變形溫度的關(guān)系。由圖2可知:(1變形抗力隨著變形溫度的升高而下降,這是因?yàn)殡S著變形溫度的升高,金屬原子熱振動(dòng)加劇,變形抗力減小1。(2在高溫下,因

10、為涉及到相變過程,鐵素體的體積分量等因素會(huì)非常明顯的影響變形抗力值,所以變形抗力與變形溫度的關(guān)系較為復(fù)雜,并非簡單地隨變形溫度上升而下降,往往會(huì)在相變點(diǎn)附近出現(xiàn)波動(dòng)。而在各鋼種卷取溫度區(qū)域,奧氏體向鐵素體的轉(zhuǎn)變已完成,相變作用對變形抗力的影響已消失,因而變形抗力與溫度的關(guān)系較高溫下簡單明了,變形抗力隨變形溫度的升高而單調(diào)下降。3.2 變形速度對變形抗力的影響圖3a-f表明了在變形程度e=0.2時(shí)變形速度與變形抗力的關(guān)系。隨著變形速度的升高,變形抗力增大,在中溫區(qū)不同的變形溫度下,變形抗力與變形速度呈線性關(guān)系,在圖中反映成一系列直線,這與高溫下變形抗力與變形速度的關(guān)系相似。這是因?yàn)?金屬在塑性變

11、形過程中,在晶體內(nèi)部產(chǎn)生強(qiáng)化和強(qiáng)化消除,在一定的變形程度下(即強(qiáng)化程度一定,變形速度越高,強(qiáng)化消除的時(shí)間就越短,這樣強(qiáng)化消除的總量也就越少,因而變形抗力也就越大2。變形抗力與變形速度間的直線關(guān)系的斜率m 稱為變形速度指數(shù),它表征變形速度對變形抗力影響程度,m大小與變形溫度有關(guān),一般來說,變形溫度越高,變形速度指數(shù)m越大,圖3中各直線的斜#31#第2期 S i chuan M eta llurgy率m基本體現(xiàn)了這一規(guī)律,總體上隨著變形溫度的升高而略有增加,但增加幅度不明顯,甚至一些直線幾乎平行。這表明,在中溫區(qū)范圍內(nèi),溫度對變形速度指數(shù)m 影響不大。圖2 變形溫度對變形抗力的影響3.3 變形程度

12、對變形抗力的影響當(dāng)變形溫度為600!時(shí),各鋼種不同變形速度下的變形抗力與變形程度的關(guān)系見圖4a-f。一般來說,將變形抗力隨變形程度增加的速度用強(qiáng)化強(qiáng)度來度量。強(qiáng)化強(qiáng)度可用強(qiáng)化曲線(應(yīng)力-應(yīng)變曲線在相應(yīng)點(diǎn)上切線的斜率來表示。從圖中可看出:(1在低溫塑性變形過程中,金屬存在著強(qiáng)化(加工硬化,因此變形抗力隨變形程度的增加而明顯增大。(2在變形速度為20s-1、15s-1時(shí),其斜率逐漸減小,即強(qiáng)化強(qiáng)度隨著變形程度的增加而明顯降低;而在較小的變形速度1s-1、5s-1下,近似于一直線,說明強(qiáng)化強(qiáng)度在低變形速度下幾乎不隨變形程度發(fā)生改變(變形程度在00.25范圍內(nèi)。4 應(yīng)用由于計(jì)算機(jī)采集的數(shù)據(jù)并不能直接應(yīng)

13、用,將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后,各典型鋼種變形抗力按不同變形溫度、變形程度、變形速度繪制成曲線和表格,可直接查找使用,為熱軋廠中低溫下鋼種變形抗力模型的建立與優(yōu)化提供了依據(jù),對熱軋新卷取機(jī)各項(xiàng)力能參數(shù)極限值的合理確定起到了非常重要的作用,目前新卷取機(jī)已順利投入了正常工業(yè)生產(chǎn)。另外,熱軋板廠利用變形抗力曲線和圖表,可對卷取工藝進(jìn)行優(yōu)化。在熱軋板卷生產(chǎn)過程中,某些鋼種為了保證性能,一般都采用相對低的卷取溫度,這就常常造成卷不緊甚至不能正常卷取的現(xiàn)象。為了解決這一問題,我們首先利用公式(1和公式(2計(jì)算出卷取機(jī)電機(jī)軸上總力矩M和卷筒傳動(dòng)功率N3Mw帶鋼彎曲力矩,Mw=0.987Bh2/4;M j卷筒加

14、減速的動(dòng)力矩;Mm卷筒機(jī)械摩檫力矩;I卷筒軸與電機(jī)軸的速比;z卷取張應(yīng)力,MPa;B帶鋼寬度,m;h帶鋼厚度,m;V帶鋼線速度,m/s;傳動(dòng)總效率, =0.850.9;R鋼卷外徑,m;#32#四川冶金 第30卷 圖3 變形速度對變形抗力的影響圖4 變形程度對變形抗力的影響(T =600!#33#第2期 S i chuan M eta llurgy帶鋼變形抗力,MPa。要解決帶鋼卷廢的問題,必須滿足:M%M額,且N%N額(M額、N額分別為為卷取機(jī)電機(jī)額定力矩和額定功率。通過以上公式可知,我們可以從卷取機(jī)的能力M額、N額出發(fā),針對現(xiàn)場生產(chǎn)的不同規(guī)格的不同鋼種,計(jì)算該鋼種在一定變形速度和變形程度下,

15、受卷取電機(jī)能力限制所允許的最大變形抗力值,再通過試驗(yàn)的曲線可確定卷取溫度的下限值(見表4,這樣就保證了設(shè)備的安全性,這對現(xiàn)場根據(jù)不同鋼種和規(guī)格確定合理的目標(biāo)卷取溫度具有重要的指導(dǎo)意義。表4熱軋典型鋼種卷取溫度下限計(jì)算值鋼種IF S t w22Q235J55P510L09CuPT i R E 規(guī)格(寬度*厚度mm10503.510503.510503.510505.010505.010505.0卷取溫度下限(!4254454304504454655605805455655205405 結(jié)語(1在中溫區(qū)范圍內(nèi),因?yàn)椴簧婕暗綂W氏體向鐵素體的相變過程,變形溫度對變形抗力的影響較高溫區(qū)范圍內(nèi)的影響簡單明

16、了,變形抗力隨變形溫度的升高單調(diào)下降。(2隨著變形速度的升高,變形抗力增大,在中溫區(qū)不同的變形溫度下,變形抗力與變形速度呈線性關(guān)系,在圖中反映成一系列直線,這與高溫下變形抗力與變形速度的關(guān)系相似。變形速度指數(shù)m隨著變形溫度的升高而略有增加,但增加幅度不明顯,表明:在中溫區(qū)范圍內(nèi),溫度對變形速度指數(shù)m影響不大。(3在中溫區(qū),變形抗力隨變形程度的增加而增大。變形程度在00 25范圍內(nèi),在高變形速度下,強(qiáng)化強(qiáng)度隨著變形程度的增加而明顯降低,在低變形速度下,強(qiáng)化強(qiáng)度幾乎不隨變形程度發(fā)生改變。(4利用試驗(yàn)所得到的不同變形溫度、變形程度、變形速度下變形抗力曲線,為熱軋廠中低溫下鋼種變形抗力模型的建立與優(yōu)化

17、以及新卷取機(jī)力能參數(shù)確定提供了依據(jù),同時(shí)對新產(chǎn)品卷取工藝的制定,包括合理的目標(biāo)卷取溫度,卷取張力的確定都具有一定的指導(dǎo)意義。目前新卷取機(jī)已順利投入了正常工業(yè)生產(chǎn)。參考文獻(xiàn)1.李曼云,孫本榮.鋼的控制軋制和控制冷卻技術(shù)手冊M.北京:冶金工業(yè)出版社,19902.周紀(jì)華,管克智.金屬塑性變形阻力M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,19893.胡循鐸,蔡正.厚帶鋼卷取溫度下限的計(jì)算及應(yīng)用J.鋼鐵,1999,(6(上接第8頁萬元以上,平攤到15年高爐設(shè)計(jì)爐齡就可達(dá)到133 3萬元。新3號高爐采用干熱煤氣直送新3號高爐熱風(fēng)爐,減少新3號高爐熱風(fēng)爐的高爐煤氣使用量(按照4號高爐的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的1.5倍計(jì),年降低高爐運(yùn)行成本約236.34萬元,同時(shí)提高了高爐煤氣利用率。4 展望高爐煤氣在攀鋼的利用率逐年提高,尤其在利用高爐煤氣的物理能方面(干式TRT和干熱煤氣直送,走在各大鋼廠的前列。公司在未來的能源利