《带钢的板形与拉伸矫直》由会员分享，可在线阅读，更多相关《带钢的板形与拉伸矫直（25页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、带钢的板形与拉伸矫直在镀锌线上从入口的原料板到出口的镀锌板其板形对整个生产过程和产品质量都有很大影响，因而必须认识不同板形产生的实质，以及如何通过拉矫工序来改善板形。1带钢的内应力与变形问：带钢为什么会产生变形？要分析带钢的变形，必须首先从带钢的内应力谈起。带钢的内应力指带钢内部不同组织之间相互作用的应力，即便是肉眼看上去很平直的带钢，特别是在有张力作用之下或卷取之后板形很好的带钢，都或多或少地存在着内应力。显然，对于塑性较好的材料而言，在同样应力作用下易于产生变形而存在较小的残余应力，而对于强度较高的材料而言，则变形困难因而残余应力较大。如果内应力较大，达到能使带钢产生变形的地步，带钢便产生
2、了变形。分析带钢的变形与内应力问题，可分两种情况来讨论，一种是不考虑带钢在厚度方向上上部和下部的不均匀性，只分析在长度方向的浪形和拉伸应力；另一种情况是考虑带钢在厚度方向上上部和下部的不均匀性，分析在厚度方向的弯曲和弯曲应力。问：带钢的浪形是如何形成的？下面以冷轧后的轧硬板为例分析带钢的浪形和拉伸应力。轧硬板在长度方向的浪形和应力是其在长度方向的各个纤维之间长短不一的外在反映。若将轧硬板沿长度方向裁剪成一个个极窄的小条或称为纤维，割断各个纤维之间的关系，则各个纤维的长短是不完全相同的。而这些纤维的长短不一又主要是由于宽度方向上的厚薄不均匀造成的。由于轧制时轧辊在轴向的直径不一致性，致使带钢在宽
3、度方向上各处受力不均匀，发生局部厚薄不均的现象。厚的部分在长度方向上的纤维长度较短，而薄的部分在长度方向上的纤维较长。在未被裁剪成条前，较长的纤维与较短的纤维相互制约，形成内部应力。较长的纤维受到较短的纤维的压缩作用，受压应力，较短的纤维受到较长的纤维的拉伸，受到拉应力。若应力超过了一定的范围，则会产生变形，长纤维部分鼓起形成浪形，(a) (b)(b) 宽度方向上的厚薄不均匀 (b) 长度方向上的浪形 (c) 裁剪后纤维的长短不一图 1 带钢浪形的成因问：带钢的浪形主要分为几种类型？按鼓起部分在横向的位置分为中浪、双边浪、单边浪、1/4 浪等，如图 2 所示。(a) (b)(c) (d)(a)
4、 中浪 (b)双边浪 (c)单边浪 (d)1/4 浪 图 2 带钢浪形的分类问：如何表示板形波浪的程度？衡量板形波浪的程度一般测量边浪的偏高 H 和边长 L。可将带钢在自然状态下平放在检查台上，浪的最高出离开平台的最大距离即为浪高 H，相邻两个波浪之间的同一形态质点之间的距离即为波长 L，如 3 图所示。图 3 带钢浪形表示表示板形波浪严重程度的方法有波浪度和波长 L。波浪度指浪高和波长之间的百分比，它表示带钢板形的平坦度：%100LH波浪差是指带钢最长纤维在一个波长内浪形曲线长度与波长的相对长度差。工程中规定其长度单位为 I，1I10-5。510Ll其实波长 L 就是一个周期内带钢横向最短纤
5、维的长度，因而，就表示带钢最长纤维与最短纤维的相对长度差，通过计算可对拉矫工序延伸率的选择提供最好的参考依据。问：肉眼看到的浪形有何偏差？反映浪形最直观的就是浪高，这似乎与河海里的波浪一样。但是，只靠浪高还不能说明问题，必须将浪高和波长结合起来才能准确反映带钢的严重程度。而波长给人的直观印象与实际情况有些相反，即同样浪高而波长很大的浪在生产线上运行时的振动或飘动很大，加上镀锌板光线折射的原因，看上去好像浪形很严重，往往被人们认为是很大的浪形，其实同样浪高波长越大的带钢在横截面上长短纤维之间的差越小，所需矫直时的延伸率也越小。在冷轧质量较差的情况下，经常会出现被人们称之为木耳边的板形，是由于轧钢
6、时轧辊在带钢边部由受带钢反弹力而产生变形的变形区到不受带钢反弹力没有变形的非变形区之间的辊形造成的。是一种较严重的边部减薄，因为波长较小，看上去似乎是很小，不被人们所重视，但实际上，其最边部与边中部的长度差很大，在矫直时需要较大的拉矫延伸率才能消除。问：镰刀弯是什么原因形成的？有一种情况是带钢一边纤维短，另一边纤维长，而且基本呈均匀变化，则形成镰刀弯，如图 4所示。(a) (b)(a) 镰刀弯板形 (b) 裁剪后的纤维一边长另一边短图 4 镰刀弯问：带钢为什会产生弯曲？带钢在厚度方向的不均匀性将导致带钢的弯曲或弯曲应力，分析弯曲和弯曲应力可以将带钢分为上层和下层两部分，如果带钢的上层的长度大于
7、下层的长度，则上层受压应力，下层受拉应力，当这些应力大到足以使带钢产生变形时，则带钢向上凸起，我们将其叫做正弯曲。相反，如果带钢上层的长度大于下层的长度，则上层受拉应力，下层受压应力，当这些应力大到足以使带钢产生变形时，则带钢向下凹陷，我们称其为负弯曲。对于带钢而言，长度方向和宽度方向的上下层的不均匀性会导致带钢弯曲，在长度方向的弯曲我们叫 L 形弯曲，宽度方向的弯曲我们叫做 C 形弯曲。这样就有 L 形正弯曲、L 形负弯曲、C 形正弯曲和 C 形负弯曲四种形式的弯曲，如图 5 所示。(a) (b)(c) (d)轧制方向轧制方向轧制方向轧制方向(a)C 形正弯曲 (b)C 形负弯曲 (c) L
8、 形正弯曲 (d)L 形负弯曲图 5 带钢的弯曲问：带钢为什么会产生瓢曲？对于钢板而言，如果同时存在 L 形弯曲和 C 形弯曲，则中心部位凸起或凹下，这就是瓢曲现象，瓢曲也有正瓢曲和负瓢曲两种形态，如图 6 所示。瓢曲只有在钢卷开成板以后才会发生，在开板之前则要看长度和宽度方向的应力哪个突出，若宽度方向的应力大于长度方向的应力，就会产生 C 形弯曲；相反若长度方向的应力大于宽度方向的应力，就会产生 L 形弯曲。(a) (b)(a) 正瓢曲 (b) 负瓢曲图 6 带钢的瓢曲问：带钢产生弯曲的原因有那些？镀锌线带钢出现 L 形弯曲或应力产生的主要原因有：一是，带钢本身存在的上层与下层之间的长度差，
9、比如带钢在轧制或平整时上下工作辊之间存在速度差，导致快的一面带钢相对长一些，而慢的一面带钢相对短一些。二是，带钢在通过辊子或卷取时产生弯曲或变形后残余下来的弯曲或变形，其程度大小与辊子（钢卷）的直径和张力有关，张力越大或辊子（钢卷）的直径越小弯曲变形或应力越大。镀锌线 C 形弯曲产生的主要原因是带钢在高张力作用之下，且前后辊子距离较大时的变形，比如带钢通过气刀时，希望张力较大，使带钢产生一定的 C 形弯曲，才能减小振动，从而避免镀锌不均匀或刮气刀问题。2影响带钢板形的因素问：带钢在加热和冷却过程中会产生那些应力？在连续热镀锌线上，带钢要经历加热、冷却、镀锌、镀后冷却一系列的组织变化和性能变化的
10、过程，还存在着各种拉应力和弯曲应力的作用，所以同时也经历了热应力、相变应力和机械应力的一系列变化过程。原先轧硬板的变形和应力会有所改变，在此基础上又会产生新的变形和应力。相对而言，热应力对板形的影响最大，其次是机械应力，相变是在高温下发生的，相变应力的影响并不太大。对于带钢而言，如果在加热或冷却过程中在宽度方向上各处保持同样的温度，即同时加热或冷却，是不会产生新的应力的。但事实上，带钢中心部位与两边缘部位的受热或冷却总是存在不均匀现象，温差较大。这一现象虽然未见实际测量的数据，但可以从分析而得知，也被从炉内退火的带钢形态所证实。这主要原因有炉内气体温度的不均匀性和带钢加热或冷却过程中的边缘热效
11、应。问：炉内气体温度的不均匀性有何影响？在炉子横截面的宽度方向上各点的温度是不均匀的。对于燃气的无氧炉而言，燃烧器从两侧壁吹向中心，在稳定燃烧的情况下，温度最高处应该在离炉壁 100150mm 处，而中心部位是火焰的末端，温度相对低一些，虽然燃烧器呈左右对称布置，但仍存在较大的温差。所以一旦停线，带钢在无氧炉内停留的时间稍长一些的话，喷嘴处带钢边部会先被燃烧氧化掉，造成断带。对于燃气的辐射管加热区和电加热的炉区而言，加热炉炉膛内加热元件的发热区宽度都大于带钢宽度 300mm 以上，设计时尽可能做到炉内温度是一致的，但吸热的带钢在炉膛中心部位，这就使中心部位的温度低而边缘部位温度高。问：带钢加热
12、或冷却过程中的边缘热效应有何影响？平板类物体在与周围环境进行热交换时，中心部位只能通过上下两面吸热或放热，而边缘部位除了通过上下面以外，还有两侧面可以吸热或放热，由于中心部位和两侧部位因热交换面积不同而造成温度差的现象称为边缘热效应。虽然带钢的宽度和厚度比较大，边缘热效应的影响应该是有限的，但事实上，带钢边缘部位的热对流更为强烈，所以事实上边缘热效应的影响很大。宽度温度(a) 炉膛内宽度方向温度曲线(b) 带钢宽度方向的边缘效应(c)带钢 宽度方向温度曲线图 7 带钢宽度方向温度不均匀产生的原因问：加热炉均热段有何作用？综合炉温和边缘热效应的影响，在炉内炉膛横截面上炉气温度是边缘高、中心低，而
13、在带钢横截面上吸热的速度是边部快、中心慢，两者叠加的结果就造成了带钢在加热过程中边部温度高，而中心部位温度低。为了消除这种温差带来的影响，镀锌退火炉大多设计了均热段，在此区域炉温与板温的差较低甚至是一致的，带钢不再全面加热，而只是局部比炉温低的地方如中心部位继续加热到与炉温相同的温度，即与边部相一致。当然，均匀段对厚板来说还有使板内温度与表面温度趋于一致的作用，以消除内部与表层的应力。问：再结晶过程对应力有何影响？在镀锌线上，带钢通过加热和均热的过程，温度达到了再结晶温度，组织由冷轧后变形了的纤维状晶粒组织变成了近似圆形的等轴晶组织，晶格畸形也得到了恢复，局部应力得到释放。最终的结果，在理想状
14、态下，经过充分再结晶的过程，不但不会产生新的应力，还能消除原有的应力。问：在加热过程中带钢重力对板形有何影响？带钢在卧式炉内重力的作用会在两个炉底辊之间产生下垂现象，由于边部先被加热到较高的温度，塑性较好，易被张力拉伸发生塑性变形，而且边部的带钢只有一侧存在其他带钢的牵制作用，边部伸长下垂现象更为严重，所以卧式炉加热区容易使带钢产生边浪或使边浪加重。高速生产线采用的立式炉，带钢处于垂直状态，较好的解决了带钢下垂问题，所以立式炉带钢的板形优于卧式炉。问：在加热过程中生产线张力对板形有何影响？带钢在均热区的温度最高，塑性较好，易产生塑性变形，这样为在张力作用之下改善板形创造了极好的条件，如果带钢的
15、张力大小合适，既能使带钢产生一定的塑性变形，又不致于使带钢拉断，就会产生很好的改善板形的作用。带钢在张力作用下原来存在浪形的部位拉力小，甚至没有拉力，不会产生变形或塑性伸长较小，而无浪形的部位拉力较大，发生拉伸伸长，只有这些部位发生塑性伸长以后浪形消除了，才能使原来有浪形的部位受到同样的拉力，开始产生塑性变形。这样就使带钢在整个宽度方向上各个纵向纤维的长度区域一致，因而使浪形得到减轻甚至基本消除。问：在加热和保温过程中板形有何变化？总之，在炉内均热区前得到充分加热和保温的带钢，在得到完全再结晶退火的同时，会使浪形得到一定程度的减轻，特别是立式炉对原来存在中心部位浪形的带钢，可以得到很大程度的矫正。卧式炉虽然会引起一定的边浪，但恰到好处的话，也会补偿中浪的影响，使带钢形状改善。问：炉内冷却过程对带钢变形有何影响？带钢在退火炉内冷却过程是产生新的变形和应力的阶段。如果说退火过程对板形产生影响的话，则主要是冷却过程的影响，而其主要因素又是边缘热效应产生的温差。在镀锌退火炉的快冷阶段，一般采用气吹冷却，强烈的对流作用使边缘热效应的影响很大，产生很大的温差，从而产生新的应力和变形。即边部冷却速度快，温度低，产生收缩，而中心部位冷却速度慢，温度高，产生浪形。但这种
