冷轧带钢平整时横折印缺陷的产生机理及消除措施
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冷轧退火带钢在平整过程中 ,其表面横折印的 纹理方向基本上与带钢运行方向成 90°,出现的宽 度范围大小不一 ,有时横折印贯穿整个板宽 ,有时出 现在一定范围内 ,如图 1 所示 。平整时带钢横折印 不但肉眼可见 ,甚至用手触摸都可以感觉到这种带 钢缺陷 。 1. 1 带钢经过 S 辊时的受力分析
如图 4 所示 。这一微段带钢对 S 辊辊面的正压力为
d N ,则摩擦力为 f d N ,其中 f 为 S 辊辊面与带钢之
间的静摩擦因数 。忽略带钢运行时所受的离心力 ,
根据图 4 所示 ,可得这一微段带钢的力平衡关系 :
f d N + Tco s ( dθ/ 2) - ( T + d T) co s ( dθ/ 2) = 0
燕山大学为凌源钢铁股份有限责任公司中宽冷 带厂研制了 900 mm 平整机组 。在调试过程中发 现 ,带钢在通过入口 S 辊后有时会出现表面横折印 缺陷 ,也有在开卷过程中形成 ,缺陷严重时平整后不 能完全消除 ,平整厚料时尤为严重 ,这在很大程度上 影响了带钢的产品质量 。针对板材的横折印缺陷 , 国内外相关报道主要集中在热轧带钢[1～4] ,文献 [ 5 ] 对冷轧带钢平整过程中产生横折印缺陷的情况进行 了研究 ,并从设备角度入手进行了改进 。
(4)
将上式对整个包绕弧段积分后可得 :
T1 / T0 = e fθ
(5)
式中 , T0 、T1 分别为带钢的初始张力与离开入口 S
辊后的张力 ;θ为带钢在 S 辊辊面上的实际包角 。
图 3 带钢弯曲应力分布图 Fig. 3 Sketch of bending stress distribution in strip
在纯弯曲情况下中性层处于带钢厚度的中心 。
带钢经过 S 辊时 ,认为仅发生了弹性变形 ,因此带钢 表面产生的弯曲应力σw 为 :
σw
=
Eh 2R
(1)
式中 , E 为带钢弹性模量 ; h 为带钢厚度 ; R 为 S 辊
半径 。
带钢经过 S 辊时 ,除了产生弯曲变形外 ,还会因 为张力作用而产生拉伸变形 ,则拉伸应力或张应力 σT 可表示为 :
本文对冷轧带钢在平整过程中出现的横折印缺 陷进行了比较深入的研究 ,指出造成横折印缺陷的 根本原因是退火后带钢存在屈服平台和带钢通过 S 辊时表面拉应力过大 。通过合理确定平整工艺参 数 ,并对来料质量提出要求 ,有效地避免了横折印缺 陷的产生 ,大幅度地提高了平整带钢的成材率及表 面质量 。
1 横折印缺陷的产生机理
因此 ,为了降低或者消除横折印缺陷 ,保持来料 板形良好也是一个重要条件 。
1. 2 横折印缺陷的产生机理
根据式 (5) 和图 5 可知 ,在入口 S 辊出口处 ,带
钢表面拉应力达到最大 。当平整机入口前张力过
大 ,使带钢表面应力σ达到材料的屈服强度σs ,即有
式 (6) 成立时 ,带钢表面屈服 ,发生塑性变形 。
带钢在 S 辊出口处的应力状态如图 (5) 所示 。 弯曲应力和张应力叠加 ,将致使中性层下移 ,带钢上 表面拉应力σ达到最大 ,此时σ=σw +σT 。
图 5 弯曲应力与张应力叠加原理图 Fig. 5 Schematic of bending and tensile stress addition
错一旦摆脱气团的束缚 ,应力不增加也能继续运动 ,
因而在曲线上存在下屈服点 。
在这种情况下 ,滑移启动的抗力较大 (上屈服
点) ,而滑移进行的抗力则较小 (下屈服点) 。因此 ,
一旦滑移开动起来 ,它就可以在较低应力下进行 。
这时 ,变形一旦在某一局部区域开始发生 ,这里就表
现出软化的效果 ,变形就因而在这里集中并可以进
d N + Tsin ( dθ/ 2) - ( T + d T) sin ( dθ/ 2) = 0
图 2 带钢经过 S 辊时受力示意图
(3)
Fig. 2 Sketch of loading of strip on S rolls
式中 , T 为微段带钢的张力 。
由以上方程可得 :
d T/ f = Tdθ
Formation Mechanism and Elimination of Cross Breaks of Cold Rolled Strip During Temper Rolling
MA Qing2lo ng1 , YAN G Li2po1 , P EN G Yan1 , L IU Ho ng2min1 , WU Bin2
图 6 双边浪缺陷带钢内部应力横向分布 Fig. 6 Transverse distribution of residue stress
in double edge wave strip
2. 2 来料粘连 若退火工艺温度制度不合理 ,易造成钢卷粘连 。
现场观察发现 ,存在极其严重横折印缺陷的带钢 ,往 往来料都存在较严重的粘连问题 。在带钢开卷过程 中 ,由于带钢之间的相互粘连 ,使带钢产生折弯 ,在 带钢表面形成严重的横折印缺陷 ,成为废品 。此种 情况下横折印只出现在粘连部位 ,大部分集中在边 部 ,粘连严重时还会有带钢撕裂的情况发生 ,因故障 被迫停机 ,影响生产率 。
行到一定程度 。也就是说 ,由于屈服平台的存在 ,带
钢的塑性变形会集中在某一区域进行 ,从而形成条
带状的形变区 ,这就是横折印的产生机理 。
退火后带钢存在屈服平台 ,在入口 S 辊上若外
表面拉应力超过屈服强度 ,则会产生横折印 。若平
整时的伸长率较小 ,不能完全消除屈服平台 ,则平整
后的带钢在出口 S 辊上也可能再产生横折印 。平整
因此 ,首先需要改善退火工艺制度 ,保证来料没 有粘结现象 ,能够正常开卷 。这样不但改善了带钢 表面质量 ,也能够使平整机在高速状态下平稳运行 , 从而大大提高生产率 。 2. 3 来料温度
时的伸长率较小 ,对消除入口前形成的横折印也是 不利的 ,使横折印在一定程度上保留下来 。
2 横折印缺陷的主要影响因素
2. 1 板形 以上分析是建立在板形良好的基础之上的 。如
果带钢板形不好 ,则会因为带钢内部残余应力的不 均匀分布导致横折印缺陷加剧 。下面以典型的双边 浪为例进行说明 ,如图 6 所示 。由于有残余应力σr 的存在 ,导致带钢内部张应力σT 沿横向分布不均 匀 ,中间张应力大 ,两边张应力小 ,在这种情况下中 间较边部更容易出现横折印缺陷 。同理 ,单边浪或 中浪等都会导致带钢在一定范围内出现横折印缺 陷。
第 43 卷 第 1 期 2 0 0 8 年 1 月
钢
百度文库
铁
Iron and Steel
Vol. 43 , No . 1 J anuary 2008
冷轧带钢平整时横折印缺陷的产生机理及消除措施
马庆龙1 , 杨利坡1 , 彭 艳1 , 刘宏民1 , 吴 斌2
(1. 燕山大学轧制设备及成套技术教育部工程研究中心 , 河北 秦皇岛 066004 ; 2. 凌源钢铁股份有限责任公司中宽冷带厂 , 辽宁 凌源 122500)
基金项目 : 国家自然科学基金资助项目 (50675186) ;河北省重大自然科学基金资助项目 ( E2006001038) 作者简介 : 马庆龙 (19772) , 男 , 博士生 ; E2mail : jyqlma @ysu. edu. cn ; 修订日期 : 2007205214
·46 ·
图 4 微段带钢的受力分析 Fig. 4 Loading analysis of micro2segment strip
第1期
马庆龙等 :冷轧带钢平整时横折印缺陷的产生机理及消除措施
·47 ·
由式 (5) 可知 ,带钢在通过入口 S 辊的过程中张 力是随着包角的增大而增加的 ,张力在 S 辊出口处 达到最大 ,同时带钢在此处产生弯曲变形 ,带钢在拉 伸和弯曲的共同作用下产生变形 ,此处为带钢的危 险截面 。
钢 铁
第 43 卷
图 1 横折印的表现形式
Fig. 1 Cross breaks
弯曲时带钢外表面产生拉应力 ,内表面产生压应力 , 在带钢内外表面处应力达到最大 ,如图 3 所示 。
σT
=T Bh
(2)
式中 , T 为张力 ; B 为板宽 。
假设带钢与 S 辊辊面连续接触 ,在包绕入口张
力辊的带钢上任意取一包角为 dθ的微段进行分析 ,
针对带钢在通过 S 辊后出现横折印的情况 ,对 带钢通过 S 辊的过程进行受力分析 。带钢在通过 S 辊的过程中受到拉伸和弯曲两种变形的综合作用 , 其中拉伸是带钢受沿轧制方向的张力作用产生的变 形 ,弯曲是带钢通过 S 辊过程中由直变弯的变形 ,如 图 2 所示 , TR 、TC 分别为 S 辊入口和出口处张力 。 带钢通过 S 辊时因缠绕在 S 辊上而产生弯曲变形 ,
摘 要 : 冷轧退火后的带钢在平整过程中产生横折印缺陷 ,严重影响平整后带钢的表面质量及其力学性能 。通过 分析带钢经过张力辊 ( S 辊) 时的受力过程 ,研究横折印缺陷的产生机理和影响因素 ,认为退火后的屈服平台和平整 机入口前的带钢表面拉应力过大是带钢表面产生横折印缺陷的根本原因 。制定合理的伸长率和张力制度 ,严格来 料质量要求 ,可以避免横折印缺陷的产生 ,提高平整带钢的表面质量 。 关键词 : 冷轧带钢 ; 平整 ; 横折印缺陷 ; 张力 ; 伸长率 中图分类号 : T G335. 12 文献标识码 : A 文章编号 : 04492749X(2008) 0120045205
σw +σT = σs
(6)
晶体的塑性变形是晶体内相邻部分滑移的综合
表现 。退火带钢存在明显的屈服平台 ,并存在明显
的上 、下屈服点 。出现上 、下屈服点的原因主要是柯
氏气团阻止了位错的运动 。变形时必须将应力增大
到某一定值后 ,才能使位错摆脱气团 ,开始滑移运
动 ,此时在拉伸曲线上出现明显的上屈服点 。当位
Abstract : Cro ss breaks are formed on t he surface of cold rolled and tempered st rip during temper rolling , which in2 fluence t he surface quality and mechanical characteristics of t he temper rolled st rip . By analyzing t he loading of st rip at S rolls and fo rmation mechanism and influencing factors of cro ss breaks , it was concluded t hat t he main cause of cro ss breaks is t he yield point elongation and t he high tensile st ress at t he ent rance of temper rolling mill. It is neces2 sary to establish rational elo ngatio n and tension ,co nt rol t he quality of co ming st rip st rictly ,to avoid cro ss breaks , imp rove t he surface quality of st rip . Key words : cold st rip ; temper rolling ; cro ss breaks ; tension ; elongation
(1. Educatio n Minist ry Engineering Research Center of Rolling Equip ment and Co mplete Technology , Yanshan U niversity , Qinhuangdao 066004 , Hebei , China ; 2. Cold St rip Facto ry , Lingyuan Iron and Steel Group Co . , L td. , Lingyuan 122500 , Liaoning , China)
如图 4 所示 。这一微段带钢对 S 辊辊面的正压力为
d N ,则摩擦力为 f d N ,其中 f 为 S 辊辊面与带钢之
间的静摩擦因数 。忽略带钢运行时所受的离心力 ,
根据图 4 所示 ,可得这一微段带钢的力平衡关系 :
f d N + Tco s ( dθ/ 2) - ( T + d T) co s ( dθ/ 2) = 0
燕山大学为凌源钢铁股份有限责任公司中宽冷 带厂研制了 900 mm 平整机组 。在调试过程中发 现 ,带钢在通过入口 S 辊后有时会出现表面横折印 缺陷 ,也有在开卷过程中形成 ,缺陷严重时平整后不 能完全消除 ,平整厚料时尤为严重 ,这在很大程度上 影响了带钢的产品质量 。针对板材的横折印缺陷 , 国内外相关报道主要集中在热轧带钢[1～4] ,文献 [ 5 ] 对冷轧带钢平整过程中产生横折印缺陷的情况进行 了研究 ,并从设备角度入手进行了改进 。
(4)
将上式对整个包绕弧段积分后可得 :
T1 / T0 = e fθ
(5)
式中 , T0 、T1 分别为带钢的初始张力与离开入口 S
辊后的张力 ;θ为带钢在 S 辊辊面上的实际包角 。
图 3 带钢弯曲应力分布图 Fig. 3 Sketch of bending stress distribution in strip
在纯弯曲情况下中性层处于带钢厚度的中心 。
带钢经过 S 辊时 ,认为仅发生了弹性变形 ,因此带钢 表面产生的弯曲应力σw 为 :
σw
=
Eh 2R
(1)
式中 , E 为带钢弹性模量 ; h 为带钢厚度 ; R 为 S 辊
半径 。
带钢经过 S 辊时 ,除了产生弯曲变形外 ,还会因 为张力作用而产生拉伸变形 ,则拉伸应力或张应力 σT 可表示为 :
本文对冷轧带钢在平整过程中出现的横折印缺 陷进行了比较深入的研究 ,指出造成横折印缺陷的 根本原因是退火后带钢存在屈服平台和带钢通过 S 辊时表面拉应力过大 。通过合理确定平整工艺参 数 ,并对来料质量提出要求 ,有效地避免了横折印缺 陷的产生 ,大幅度地提高了平整带钢的成材率及表 面质量 。
1 横折印缺陷的产生机理
因此 ,为了降低或者消除横折印缺陷 ,保持来料 板形良好也是一个重要条件 。
1. 2 横折印缺陷的产生机理
根据式 (5) 和图 5 可知 ,在入口 S 辊出口处 ,带
钢表面拉应力达到最大 。当平整机入口前张力过
大 ,使带钢表面应力σ达到材料的屈服强度σs ,即有
式 (6) 成立时 ,带钢表面屈服 ,发生塑性变形 。
带钢在 S 辊出口处的应力状态如图 (5) 所示 。 弯曲应力和张应力叠加 ,将致使中性层下移 ,带钢上 表面拉应力σ达到最大 ,此时σ=σw +σT 。
图 5 弯曲应力与张应力叠加原理图 Fig. 5 Schematic of bending and tensile stress addition
错一旦摆脱气团的束缚 ,应力不增加也能继续运动 ,
因而在曲线上存在下屈服点 。
在这种情况下 ,滑移启动的抗力较大 (上屈服
点) ,而滑移进行的抗力则较小 (下屈服点) 。因此 ,
一旦滑移开动起来 ,它就可以在较低应力下进行 。
这时 ,变形一旦在某一局部区域开始发生 ,这里就表
现出软化的效果 ,变形就因而在这里集中并可以进
d N + Tsin ( dθ/ 2) - ( T + d T) sin ( dθ/ 2) = 0
图 2 带钢经过 S 辊时受力示意图
(3)
Fig. 2 Sketch of loading of strip on S rolls
式中 , T 为微段带钢的张力 。
由以上方程可得 :
d T/ f = Tdθ
Formation Mechanism and Elimination of Cross Breaks of Cold Rolled Strip During Temper Rolling
MA Qing2lo ng1 , YAN G Li2po1 , P EN G Yan1 , L IU Ho ng2min1 , WU Bin2
图 6 双边浪缺陷带钢内部应力横向分布 Fig. 6 Transverse distribution of residue stress
in double edge wave strip
2. 2 来料粘连 若退火工艺温度制度不合理 ,易造成钢卷粘连 。
现场观察发现 ,存在极其严重横折印缺陷的带钢 ,往 往来料都存在较严重的粘连问题 。在带钢开卷过程 中 ,由于带钢之间的相互粘连 ,使带钢产生折弯 ,在 带钢表面形成严重的横折印缺陷 ,成为废品 。此种 情况下横折印只出现在粘连部位 ,大部分集中在边 部 ,粘连严重时还会有带钢撕裂的情况发生 ,因故障 被迫停机 ,影响生产率 。
行到一定程度 。也就是说 ,由于屈服平台的存在 ,带
钢的塑性变形会集中在某一区域进行 ,从而形成条
带状的形变区 ,这就是横折印的产生机理 。
退火后带钢存在屈服平台 ,在入口 S 辊上若外
表面拉应力超过屈服强度 ,则会产生横折印 。若平
整时的伸长率较小 ,不能完全消除屈服平台 ,则平整
后的带钢在出口 S 辊上也可能再产生横折印 。平整
因此 ,首先需要改善退火工艺制度 ,保证来料没 有粘结现象 ,能够正常开卷 。这样不但改善了带钢 表面质量 ,也能够使平整机在高速状态下平稳运行 , 从而大大提高生产率 。 2. 3 来料温度
时的伸长率较小 ,对消除入口前形成的横折印也是 不利的 ,使横折印在一定程度上保留下来 。
2 横折印缺陷的主要影响因素
2. 1 板形 以上分析是建立在板形良好的基础之上的 。如
果带钢板形不好 ,则会因为带钢内部残余应力的不 均匀分布导致横折印缺陷加剧 。下面以典型的双边 浪为例进行说明 ,如图 6 所示 。由于有残余应力σr 的存在 ,导致带钢内部张应力σT 沿横向分布不均 匀 ,中间张应力大 ,两边张应力小 ,在这种情况下中 间较边部更容易出现横折印缺陷 。同理 ,单边浪或 中浪等都会导致带钢在一定范围内出现横折印缺 陷。
第 43 卷 第 1 期 2 0 0 8 年 1 月
钢
百度文库
铁
Iron and Steel
Vol. 43 , No . 1 J anuary 2008
冷轧带钢平整时横折印缺陷的产生机理及消除措施
马庆龙1 , 杨利坡1 , 彭 艳1 , 刘宏民1 , 吴 斌2
(1. 燕山大学轧制设备及成套技术教育部工程研究中心 , 河北 秦皇岛 066004 ; 2. 凌源钢铁股份有限责任公司中宽冷带厂 , 辽宁 凌源 122500)
基金项目 : 国家自然科学基金资助项目 (50675186) ;河北省重大自然科学基金资助项目 ( E2006001038) 作者简介 : 马庆龙 (19772) , 男 , 博士生 ; E2mail : jyqlma @ysu. edu. cn ; 修订日期 : 2007205214
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图 4 微段带钢的受力分析 Fig. 4 Loading analysis of micro2segment strip
第1期
马庆龙等 :冷轧带钢平整时横折印缺陷的产生机理及消除措施
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由式 (5) 可知 ,带钢在通过入口 S 辊的过程中张 力是随着包角的增大而增加的 ,张力在 S 辊出口处 达到最大 ,同时带钢在此处产生弯曲变形 ,带钢在拉 伸和弯曲的共同作用下产生变形 ,此处为带钢的危 险截面 。
钢 铁
第 43 卷
图 1 横折印的表现形式
Fig. 1 Cross breaks
弯曲时带钢外表面产生拉应力 ,内表面产生压应力 , 在带钢内外表面处应力达到最大 ,如图 3 所示 。
σT
=T Bh
(2)
式中 , T 为张力 ; B 为板宽 。
假设带钢与 S 辊辊面连续接触 ,在包绕入口张
力辊的带钢上任意取一包角为 dθ的微段进行分析 ,
针对带钢在通过 S 辊后出现横折印的情况 ,对 带钢通过 S 辊的过程进行受力分析 。带钢在通过 S 辊的过程中受到拉伸和弯曲两种变形的综合作用 , 其中拉伸是带钢受沿轧制方向的张力作用产生的变 形 ,弯曲是带钢通过 S 辊过程中由直变弯的变形 ,如 图 2 所示 , TR 、TC 分别为 S 辊入口和出口处张力 。 带钢通过 S 辊时因缠绕在 S 辊上而产生弯曲变形 ,
摘 要 : 冷轧退火后的带钢在平整过程中产生横折印缺陷 ,严重影响平整后带钢的表面质量及其力学性能 。通过 分析带钢经过张力辊 ( S 辊) 时的受力过程 ,研究横折印缺陷的产生机理和影响因素 ,认为退火后的屈服平台和平整 机入口前的带钢表面拉应力过大是带钢表面产生横折印缺陷的根本原因 。制定合理的伸长率和张力制度 ,严格来 料质量要求 ,可以避免横折印缺陷的产生 ,提高平整带钢的表面质量 。 关键词 : 冷轧带钢 ; 平整 ; 横折印缺陷 ; 张力 ; 伸长率 中图分类号 : T G335. 12 文献标识码 : A 文章编号 : 04492749X(2008) 0120045205
σw +σT = σs
(6)
晶体的塑性变形是晶体内相邻部分滑移的综合
表现 。退火带钢存在明显的屈服平台 ,并存在明显
的上 、下屈服点 。出现上 、下屈服点的原因主要是柯
氏气团阻止了位错的运动 。变形时必须将应力增大
到某一定值后 ,才能使位错摆脱气团 ,开始滑移运
动 ,此时在拉伸曲线上出现明显的上屈服点 。当位
Abstract : Cro ss breaks are formed on t he surface of cold rolled and tempered st rip during temper rolling , which in2 fluence t he surface quality and mechanical characteristics of t he temper rolled st rip . By analyzing t he loading of st rip at S rolls and fo rmation mechanism and influencing factors of cro ss breaks , it was concluded t hat t he main cause of cro ss breaks is t he yield point elongation and t he high tensile st ress at t he ent rance of temper rolling mill. It is neces2 sary to establish rational elo ngatio n and tension ,co nt rol t he quality of co ming st rip st rictly ,to avoid cro ss breaks , imp rove t he surface quality of st rip . Key words : cold st rip ; temper rolling ; cro ss breaks ; tension ; elongation
(1. Educatio n Minist ry Engineering Research Center of Rolling Equip ment and Co mplete Technology , Yanshan U niversity , Qinhuangdao 066004 , Hebei , China ; 2. Cold St rip Facto ry , Lingyuan Iron and Steel Group Co . , L td. , Lingyuan 122500 , Liaoning , China)