冷軋帶鋼平整時(shí)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(guò)S強(qiáng)時(shí)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(lái)料粘連 -6-\o"CurrentDocument"2.3來(lái)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(zhǎng)率 -9-\o"CurrentDocument"4結(jié)論 -9-摘要冷軋退火后的帶鋼在平整過(guò)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(guò)分析帶鋼經(jīng)過(guò)張力輻（S輻）時(shí)的受力過(guò)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(tái)和平機(jī)入口前的帶鋼表面拉應(yīng)力過(guò)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(zhǎng)率和張力制度，嚴(yán)格來(lái)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(zhǎng)率引言本文對(duì)冷軋帶鋼在平整過(guò)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(tái)和帶鋼通過(guò)s輻時(shí)表面拉應(yīng)力過(guò)大。通過(guò)合理確定平整工藝數(shù)，并對(duì)來(lái)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(guò)程中，其表面橫折印的紋理方向基本上與帶鋼運(yùn)行方向成90。，出現(xiàn)的寬度范圍大小不一，有時(shí)橫折印貫穿整個(gè)帶寬，有時(shí)出現(xiàn)在一定范圍內(nèi)，如圖1所示。平整時(shí)帶鋼橫折印不但肉眼可見(jiàn)，甚至用手觸摸都可以感覺(jué)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(guò)S輻時(shí)的受力分析針對(duì)帶鋼在通過(guò)S輻后出現(xiàn)橫折印的情況，對(duì)帶鋼通過(guò)S輻的過(guò)程進(jìn)行受力分析。帶鋼在通過(guò)s輻的過(guò)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(guò)s輻過(guò)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(guò)S輻時(shí)因纏繞在S輻上而產(chǎn)生彎曲變形，彎曲時(shí)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(guò)S圖2 帶鋼經(jīng)過(guò)S輻時(shí)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(guò)S輻時(shí)，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(guò)S輻時(shí)，除了產(chǎn)生彎曲變形外，還會(huì)因?yàn)閺埩ψ饔枚a(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(duì)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(yùn)行時(shí)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(duì)整個(gè)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(kāi)入口S輻后的張力；0為帶鋼在S輻輻面上的實(shí)際包角。由式(5)可知，帶鋼在通過(guò)入口S輻的過(guò)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(shí)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(xiǎn)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(shí)b=CTw+bTo中性層下移，帶鋼上表面拉應(yīng)力。達(dá)到最大,此時(shí)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(guò)大，使帶鋼表面應(yīng)力。達(dá)到材料的屈服強(qiáng)度bs,即有式(6)成立時(shí)，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(tái)，并存在明顯的上，下屈服點(diǎn)。出現(xiàn)上，下屈服點(diǎn)的原因主要是柯氏氣團(tuán)阻止了位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。變形時(shí)必須將應(yīng)力增大到某一定值后，才能使位錯(cuò)擺脫氣團(tuán),開(kāi)始滑移運(yùn)動(dòng)，此時(shí)在拉伸曲線上出現(xiàn)明顯的上屈服點(diǎn)。當(dāng)位錯(cuò)一旦擺脫氣團(tuán)的束縛，應(yīng)力不增加也能繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，因而在曲線上存在下屈服點(diǎn)。在這種情況下，滑移啟動(dòng)的抗力較大(上屈服點(diǎn))，而滑移進(jìn)行的抗力則較小(下屈服點(diǎn))。因此，一旦滑移開(kāi)動(dòng)起來(lái)，它就可以在較低應(yīng)力下進(jìn)行。這時(shí)，變形一旦在某一局部區(qū)域開(kāi)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(shuō)，由于屈服平臺(tái)的存在，帶鋼的塑性變形會(huì)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(tái)，在入口s輻上若外表面拉應(yīng)力超過(guò)屈服強(qiáng)度，則會(huì)產(chǎn)生橫折印。若平整時(shí)的伸長(zhǎng)率較小，不能完全消除屈服平臺(tái)，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(shí)的伸長(zhǎng)率較小，對(duì)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(lái)。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(huì)因?yàn)閹т搩?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(shuō)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(huì)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(lái)料板形良好也是一個(gè)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(lái)料粘連若退火工藝溫度制度不合理，易造成鋼卷粘連。現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，存在極其嚴(yán)重橫折印缺陷的帶鋼，往往來(lái)料都存在較嚴(yán)重的粘連問(wèn)題。在帶鋼開(kāi)卷過(guò)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(shí)還會(huì)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(lái)料沒(méi)有粘結(jié)現(xiàn)象，能夠正常開(kāi)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(yùn)行，從而大大提高生產(chǎn)率。2.3來(lái)料溫度當(dāng)帶鋼來(lái)料溫度過(guò)高時(shí)，帶鋼內(nèi)部的金屬分子比較活躍，帶鋼受到拉力時(shí)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(shí)踐表明，在平整前鋼卷溫度＞45°C時(shí)，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(lái)料鋼卷的溫度，控制45C以下為最好。當(dāng)來(lái)料鋼卷溫度較高時(shí)，可通過(guò)風(fēng)冷或空冷將鋼卷溫度降下來(lái)，再進(jìn)行開(kāi)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(duì)橫折印缺陷的影響主要是通過(guò)影響帶鋼屈服強(qiáng)度bs的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的。首先，從式（6）可看出，屈服強(qiáng)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(duì)于屈服強(qiáng)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(lái)，從而更易產(chǎn)生橫折印缺陷。其次，退火后鋼卷在冷卻過(guò)程中，沿鋼板寬向冷卻是不均勻的。如果冷卻不均過(guò)于嚴(yán)重，引起帶鋼板寬方向上的材料屈服強(qiáng)度有較大差異,可對(duì)橫折印的形態(tài)和分布產(chǎn)生影響。因此，生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)于屈服強(qiáng)度較低的帶鋼進(jìn)行平整時(shí)，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(qiáng)度較低引起的橫折印缺陷。另外，還要要求平整來(lái)料材質(zhì)均勻，避免帶鋼各部位的屈服強(qiáng)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(zhǎng)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?duì)橫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(shí)的極限張應(yīng)力與厚度的對(duì)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(jiàn)，當(dāng)帶鋼厚度為0.18mm左右時(shí)，極限張應(yīng)力約為230MPa。當(dāng)帶鋼厚度小于0.3mm時(shí),極限張應(yīng)力在200MPa以上。當(dāng)帶鋼厚度達(dá)到0.88mm時(shí)，帶鋼在張應(yīng)力0的情況下即出現(xiàn)橫折印缺陷，但實(shí)際情況并非如此，因?yàn)樵诹銖埩Φ那闆r下帶鋼不會(huì)在S輻上彎曲，也就形不成橫折印缺陷。以上計(jì)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(guò)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(kāi)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(zhǎng)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(tái)和平整時(shí)沒(méi)有完全消除該屈服平臺(tái)。因此可以通過(guò)適當(dāng)增大伸長(zhǎng)率，使帶鋼可動(dòng)位錯(cuò)密度增加，從而消除屈服平臺(tái)，抑制滑移線的形成。另外，增大伸長(zhǎng)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(zhǎng)率是平整機(jī)最重要的控制指標(biāo),因此對(duì)伸長(zhǎng)率進(jìn)行了一定的調(diào)整和控制，做了如下的工業(yè)試驗(yàn)。不同伸長(zhǎng)率對(duì)橫折印缺陷改善情況的工業(yè)試驗(yàn)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(jí)別如下：0級(jí),肉眼不可見(jiàn)，無(wú)手感；1級(jí)，肉眼可見(jiàn)，無(wú)手感；2級(jí)，肉眼可見(jiàn)，有手感。針對(duì)在現(xiàn)有張力情況下厚帶仍然產(chǎn)生橫折印的情況，對(duì)不同伸長(zhǎng)率對(duì)帶鋼表面產(chǎn)生橫折印的消除效果進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)。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(lái)料溫度控制在45°C以下，保證板形良好，無(wú)粘結(jié)。通過(guò)改變軋制壓力來(lái)調(diào)整伸長(zhǎng)率，觀察橫折印缺陷的消除情況。伸長(zhǎng)率的設(shè)定伸長(zhǎng)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(xiàng)性能。理想的伸長(zhǎng)率應(yīng)使帶鋼的屈服點(diǎn)達(dá)到最低值，并無(wú)明顯的屈服點(diǎn)。伸長(zhǎng)率還取決于帶鋼所要求的表面粗糙度。確定伸長(zhǎng)率要考慮的因素很多，一般只有定性分析而無(wú)定量計(jì)算,結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際制定伸長(zhǎng)率參考值如表2所示。經(jīng)過(guò)平整工藝參數(shù)的調(diào)整，帶鋼的橫折印缺陷由原來(lái)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(zhǎng)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(guò)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(tái)，當(dāng)帶鋼拉應(yīng)力超過(guò)了帶鋼的屈服強(qiáng)度時(shí)，塑性變形會(huì)集中在某一區(qū)域進(jìn)行，從而形成橫折印。來(lái)料的板形缺陷，粘連缺陷，溫度和材料性能對(duì)橫折缺陷的產(chǎn)生有很大影響，嚴(yán)格來(lái)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(zhǎng)率和降低張應(yīng)力可消除或減輕橫折印缺陷，通過(guò)制定合理的伸長(zhǎng)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