（钢铁冶金专业论文）薄板温轧特性研究.pdf

摘要 摘要 在中1 7 0 2 5 0 二辊板带轧机上完成了q 2 3 5 钢的一系列轧制试验研究，轧制温 度范围：2 0 - 6 5 0 4 c ，试件的含碳量分别为0 j 3 7 和0 2 1 9 。研究了轧制温度、压 下率等工艺参数对轧制力的影响规律，并与现有的理论s l n 力计算公式进行对比， 总结出该试验条件下的温轧q 2 3 5 钢的轧制力公式。对轧制后的试件进行了拉伸性 能试验、硬度性能测定、退火试验和金相组织观察，分析生产工艺参数对温轧条件 下q 2 3 5 钢组织性能的影响。 通过以上研究，得出以下主要结论： 1 本研究确定了0 2 5 0 轧机在2 0 6 5 0 范围内轧制的摩擦力数据，可应用于相 似轧制条件下的轧制过程； 2 对轧制力数据的分析发现，与其他轧制力公式比较，h i l l 轧制力公式适合温 轧轧制力计算，计算值的误差在2 0 以内； 3 q 2 3 5 钢的蓝脆温度在4 5 0 左右：这一质量水平的普通碳素钢不宣在这个 温度轧制； 4 在试验条件下非蓝脆温度范围内，温轧与冷轧相比，变形抗力较低，板材的 塑性提高，变形能力提高； 5 在2 5 0 。c 一4 5 0 ，压下率在2 2 8 6 - - 2 5 4 6 范围内，轧制力有最低点； 6 在5 5 0 。c 一6 5 0 ，加工硬化随温度升高而降低； 7 对于含碳量为o 1 3 7 和o 2 1 9 的两种q 2 3 5 钢，在相同的工艺条件下轧 制、处理、检验，轧制试验和检验结果表明，含碳量对两种q 2 3 5 钢的各种性能的 影响有明显的规律性； 8 确定了q 2 3 5 钢在2 5 0 - 6 5 04 c 范围内轧制的应力一应变曲线，并回归出相应 的关系式。可应用于相似条件下的轧制过程； 9 确定了q 2 3 5 钢在2 5 0 6 5 0 1 2 范围内硬度随温度变化的关系曲线，并回归出 相应的关系式。 图3 2 表1 0 参5 4 关键词：温轧；轧制力公式；加工硬化；再结晶；蓝脆 河北理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t t e m p e rr o l l i n go fq 2 3 5t h i ns t e e li ss t u d i e do na 中1 7 0 2 5 0n l md o u b l er o l l e r m i l l ， u n d e rd i f f e r e n tf o r c ed o w nr a t e s ，a tt e m p e r a t u r e sl e s st h a n6 5 0 。c t h ec a r b o n c o n t e n to f t h eq 2 3 5i s0 1 3 7 a n do ，2 1 9 t h ei n f l u e n c eo f t e m p e r a t u r e ，f o r c ed o w nr a t e o nt h er o l l i n gp r e s sw a sa n a l y z e d ，a n dt h e r o l l i n gp r e s sd a t aw a sc o m p a r e dw i t hp r e s s e q u a t i o n ，a n dt h ep r e s se q u a t i o nw a sa c q u i r e du u t e rt h et e s t c o n d i t i o n t e n s i o nt e s t ， h a r d n e s st e s tw e r ec a r r i e do u to ns a m p l e sa f t e rt h er o l l i n g t h es a m p l e sw e r eu n d e r a n n e a l i n gt r e a l r n e u t a f t e rr o l l i n g ，a n dm e t a l l o g r a p h i ca n a l y s i so ft h es a m p l e sw a s p e r f o r m e d f r i c t i o nf o r c ew a sa n a l y z e dt h r o u g ht h ed a t aa c q u i r e df r o mq 2 3 5t h i n s t e e lt e m p e r r o l l i n g ，a n dt h ee q u a t i o nc a nb eu t i l i z e du n d e rs i m i l a rr o l l i n gc o n d i t i o n s t h r o u g hc o m p a r i s o nw i t ho t h e rd r o u g h tf o r c ee q u a t i o n s ，h i l le q u a t i o nf i t st h ed a t a w e l l ，w i t he l t o r si e s st h a n2 0 t h eb l u eb r i t t l e n e s sp o i n to ft h eq 2 3 5t h i ns t e e li sa ta b o u t4 5 0 。c ， a n dt h et e m p e r r o l l i n go f q 2 3 5t h i ns t e e ls h o u l db ea v o i df r o mt h i st e m p e r a t u r e t h ed e f o r m a t i o nr e s i s t a n c eo ft e m p e rr o l l i n gi sl e s st h a nt h a to fc o l dr o l l i n g ，a n d t h ep l a s t i c i t yo ft h et h i ns t e e li n c r e a s e sa tn ob l u eb r i t t l e n e s st e m p e r a t u r e p o i n t t h ed r a u g h tf o r c em e e t si t sm i n i m u mp o i n ta td e p r e s sr a t eo f2 2 8 6 2 5 4 6 ，a t 2 5 0 c ：4 5 0 * c t h ew o r k - h a r d n e s sd e c r e a s e sw i t ht h ei n c r e a s eo f t e m p e r a t u r ea t5 5 0 c 一6 5 0 a tt h es a l n ee x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n s ，t h et h i ns t e e lw i t hc a r b o nc o n t e n to fo 1 3 7 a p p e a r ss i g n i f i c a n td i f f e r e n c e si nr o l l i n gp r o p e r t i e sa n dp e r f o r m a n c eq u a l i t i e sc o m p a r e d w i t l lt h es t e e lw i t hc a r b o nc o n t e n to f 0 2 1 9 a t2 5 0 6 5 0 。c ，t h er e l a t i o n s h i po fs t r e s sa n dd e f o r m a t i o n ，t h er e l a t i o n s h i po f t e m p e r a t u r ea n dh a r d n e s s ，w e r ea c h i e v e dt h r o u g hq 2 3 5t h i ns t e e lr o l l i n g f i g u r e3 2 t a b l e10r e f e r e n c e5 4 k e y w o r d s ：t e m p e rr o l l i n g ，q 2 3 5 ，r o l l i n gf o r c ee q u a t i o n ，w o r kh a r d n e s s ， b l u eb r i t t l e n e s s j l 独创性说明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得 河北理工学院或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同 工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表 示了谢意。 签名：鱼盘盛 日期： 年。月一e l 关于论文使用授权的说明 本人完全了解河北理工学院有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅卜学校可以公 布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文。 ( 保密的论文在解密后应遵循此规定) 签名：衅导师签名：匀 幽i 幺 a 玺、1 日期黜勘左日 引言 引言 q 2 3 5 钢大量用于生产钢板、建筑钢筋或轧制成型钢，用于建造厂房、房架、高 压输电铁塔、桥梁、车辆、容器、船舶等。温轧用于冷轧和热轧均难以达到组织性 能要求的难轧合金生产上，处于小规模生产阶段。目前，q 2 3 5 钢尚没有采用温轧生 产的方式，因此，温轧生产工艺的参数的制定和轧制力计算尚没有理论依据。 本课题拟从现场采样，实验室温轧，研究q 2 3 5 钢在温轧条件下轧制力、机械 性能、组织性能的变化，温度范围为常温至6 5 0 * 0 。结合试验数据，利用现有冷轧 和热轧轧制力理论计算公式，总结回归适于温轧的轧制力公式。温轧后试样做拉伸 试验、硬度试验及金相组织观察。 通过q 2 3 5 钢的温轧试验和轧件的一系列性能研究，找出合理的生产工艺参 数，为q 2 3 5 钢的温轧提供基础数据，为实现q 2 3 5 钢的优质、高产、低消耗的生产 目的打下基础。 河北理t 大学硕士学位论文 1 1 薄板生产简介 1 文献综述 板带钢按规格一般可分为厚板、薄板和极薄带材三大类。其中o 2 4 o m m 为薄 板。目前国内外薄板生产方式主要有两种：热轧薄板生产和冷轧薄板生产。 热轧是最早出现的生产薄板的方法，其优点是钢在高温下塑性好而且变形抗力 低。但是钢板在热轧过程中温度和温降不均匀，导致轧后钢板厚度不均匀，性能不 一致。当厚度小至一定限度时，就根本不能保持热轧所需要的温度，要保证良好的 扳形和表面光洁度非常困难。采用冷轧的生产方式较好的解决了上述问题。 但是冷轧是一种金属变形抗力大、耗能多、而且工序复杂的、昂贵的加工方 式。能否不要冷轧而继续采用热轧或温轧的方法生产出厚度更小的薄板带钢，是近 代带钢生产技术的一个发展方向，在一些工业发达国家己经开始着手研究2 1 。 1 2 温轧的定义及研究意义 温轧是指金属在冷轧与热轧之间的温度范围内进行的加工变形。一般温轧制品 的表面光洁度和尺寸精确度比热轧的好，轧辊等变形工具的使用寿命要比热轧的 长，温轧时金属的变形抗力比冷轧低，能量消耗比冷轧时少，金属的塑性一般要比 冷轧时大”1 。温轧不仅具有冷轧和热轧的某些特点，而且在加工中也有自身的作 用。在实践中采用温轧方式的目的主要有两个：一是改善金属材料的加工性能；二 是改善产品的使用性能。所以，采用温轧生产工艺能够实现优质、高产、低消耗的 目标。目前，采用温轧生产的厂子很少，国内外温轧生产工艺参数的研究资料也比 较有限，所以研究温轧条件下薄板钢的加工特性对实际生产和理论研究都具有重要 意义们。 1 3 温轧生产研究情况 1 温轧生产试验方案之一如图1 所示。在通常的热轧以后追加水冷装置及温轧 机架进行温轧，由追加的近距离卷取机进行卷取。试验表明，将这种板卷进行再结 晶退火以后，具有与通常一次冷轧退火方法所得产品相同的深冲性能而价格更为 - 2 一 1 文献综述 便宜。当进行通常的热轧时则停止附加喷水，在附加机列上进行奥氏体热轧，经水 冷后进行卷取”1 。 i s26 图1 试验轧机布置”1 ( 1 ，热轧精轧机列；2 ，附加机列：3 ，近距离卷取机：4 ，远距离卷取 机；5 ，附加喷水；6 ，喷水) f i g l d e p l o yo f e x p e r i m e n t a lr o l l e r ( 1 ，h o tf i n er o l l e r ；2 ，a s s i s t a n tr o l l e r ；3 ，c l o s e e o i l e r ；4 ，d i s t a n tc o i l e r ；5 ，s e c o n d a r yw a t e r j e t t i n g ；6 ，w a t e r j e t t i n g ) 2 采用中频感应加热中温轧制 中频感应加热基本原理为一段任意形状的金属，放到中频磁场内，将有中频磁 通通过该金属，由于磁通是以中频交变的，故在此金属内感应中频电势，并引起中 频电流，导致金属发热。对于同一金属，频率越高，磁场越强，感应的功率密度就 越高，当功率密度达到一定程度，金属就可以加热至特定湿度。 上海冷拉型钢厂自1 9 9 2 年开始进行温轧成形工艺的试验工作。至今已完成梯形 弹簧钢( 6 0 s i 2 m n a 、6 5 s i 2 m n w a ) 、轴承扁钢( g c r l 5 ) 及工模具钢 ( c r l 2 m o v 、w 6 m 0 5 c r 4 v 2 ) 等钢种和部分异型钢的温轧。试制工作表明，湿轧技 术在冷拉异型钢生产中具有明显的优点巧“1 。中频感应加热的原理见图2 。 圈2 中频感应加热原理5 f i g 2s c h e m a t i cd i a g r a mo f m e d i u m - f r e q u e n c yh e a t i n g 一3 河北理： 大学硕士学位论文 3 东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点试验室采用中温轧制工艺轧制不锈 钢复铝板，结果表明，在小变形条件下可实现不锈钢和铝复合界面的良好结合，而 且能明显降低复合过程中不锈钢的变形率分配，改善复合板的深加工性能鸭_ 1 。 4 北京科技大学新金属材料国家重点实验室采用温轧与热处理结合的方式轧制 f e 3 s i 基合金，使其塑性得到很大提高川j2 1 。 5 从1 9 8 5 年开始，大连钢厂与东北大学共同进行难变形钢管的温轧工艺研究 和试验。先后进行了实验室部分研究、温轧设备的研制、工艺制度的制定、模具和 润滑剂的选择等工作，解决了许多关键性的技术难题，使这项工艺进入了大规模生 产条件下的试生产。至今已生产了1 c r l 8 n i 9 t i 不锈钢管6 0 0 余吨， 0 c r l 8 n i l 2 m 0 2 t i1 0 0 余吨及少量0 c r l 3 、1 c r l 3 、2 c r l 3 不锈钢管，效果很好”。 6 武汉钢铁( 集团) 公司研制的温轧冷轧两用硅钢轧制油为温轧生产高牌号 硅钢片提供了可靠保障n 4 1 。 1 4 温轧变形轧制力的确定 目前完善的轧制力理论计算公式有冷轧轧制力和热轧轧制力理论计算公式。 如：采利柯夫公式、d r b l a n d 公式、r b s t o n e 公式、s e k e l u n d 公式等5 1 。温轧 作为一种新型轧制方式，还处于小规模生产和试生产阶段，轧制力计算尚没有理论 计算公式“”。严格的说，温轧轧制温度均在再结晶温度以下，属于冷轧。所以本 课题拟从冷轧轧制力公式入手，计算理论轧制力，通过理论轧制力与实测温轧轧制 力的差值，对冷轧轧制力公式进行修正，使之适合温轧轧制力的计算。 1 s 温轧变形中组织性能的变化 i 5 i 金属材料加工性能的改善 随着变形温度的升高，总的来看，金属的变形抗力降低，塑性升高，使变形物 体的加工性能得到改善。温加工也是如此。在冷加工中容易产生加工硬化的金属材 料，如奥氏体不锈钢、高速切削钢、铬钢、钼钢等，采用温加工形式更为适宜。各 主要金属材料的温加工性能如下： 1 w 1 8 c r 4 v 高速钢带，经热轧退火后，于室温进行冷轧时，易产生较严重的 断裂。可是把热轧后经退火的高速钢带在1 5 0 c 左右进行温轧时，断裂的情况消 除，仅存在有不严重的裂边。 4 一 1 文献综述 2 硅钢片冷轧时经常出现裂边和断带现象。采用温轧后取得了较好的效果。例 如，冷轧前将硅钢加热到3 0 0 3 5 0 保温2 0 分钟，冷轧时钢的实际温度为1 0 0 2 0 0 。c ，塑性有显著提高7 1 。 3 温加工在高速钢丝的拉拔生产中过程中也具有明显的优点。例如： w 1 8 c r 4 v 钢的盘条拔至m 4 8 时，预热到2 8 0 3 2 0 ，可减少拔断现象，并省略2 3 次中间退火和酸洗“”。 4 对于深冲板原料b i f 2 钢，如果在非结晶铁素体区进行强润滑轧制，可以避 免在热轧期间产生不利予深沣性能的 n d 剪切织构，同时生成有利予深冲 性能的 f i n d 织构仉2 0 1 。非结晶铁索体区属于温轧温度范围。 5 不锈钢复铝板采用常规冷轧工艺生产，需要采用太塑性变形才能实现不锈钢 与铝的界面结合，但复合板由此产生的加工硬化却难以通过退火处理消除，极大影 响了不锈钢复铝板的应用2 。采用中温轧制工艺不仅在小变形的条件即可实现不 锈钢和铝复合界面的良好结合，而且能明显降低复合过程中不锈钢的变形率分配， 有利于改善复合板的深加工性能。 6 梯形弹簧钢6 0 s i 2 m n a 、6 5 s i 2 m n w a 在冷轧条件下容易开裂，采用热轧生 产，成品表面有全脱碳发生。采用中频感应加热中温轧制，可以避免冷轧、热轧中 的缺点。而且材料温轧后的硬度与热轧坯料的硬度相接近，组织得到细化，由热轧 时的片状组织转变为温轧后的细片状和点状组织。 7 轴承扁钢g c r l 5 轧制的关键是不破坏材料的球化组织。采用中频感应加热 中温轧制可以保持钢的完好球化组织和低的变形抗力n 如。 1 5 2 产品使用性能的改善 采用温加工时，应避开钢的蓝脆温度。铜在蓝脆温度范围内，强度指标有极大 值，塑性指标有极小值( 图3 ) 。也就是在这个温度范围内进行加工时，钢的抗力 大，塑性低，不利于加工的进行。但在实际中有时为提高加工产品的性能，特需在 蓝脆温度范围内进行加工。因在此温度范围内进行加工时，会有大量在加工中所产 生的位错被钉扎。例如碳钢在3 0 0 - 4 0 0 c 进行温拔对。可在塑性降低不多的情况下提 高产品的强度。高碳高强度线材在4 0 0 c 左右进行温拉伸矫直可以减小钢材的松弛 现象。在旋转轴件进行表面轧制时，可以提高其疲劳强度，如对含o 1 c 的0 8 圆 钢，采用表面温轧的方法可使疲劳强度提高2 0 1 2 3 | 。 - 5 一 河北理工大学硕士学位论文 鬲 埘 嚼 r 辖 、k 志 ? 6 ?i| 一 气、 - 、， _ 一一 0b - 、 - 1 0 00l u u 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 07 0 08 0 09 0 01 0 0 0 温度， 图3 碳铜变形抗力、塑性与温度的关系“” f i g 3d e f o r m a t i o nr e s i s t a n c ea n dp l a s t i c i t yo f f c r r o u ss t e e l 综上可见，温加工对产品性能的影响是多方面的。在研究温加工作用时，还应 该注意到它所引起的材料内部的组织结构的变化。如：d n h a w k i n s 的研究表明， 对于含碳量为0 1 1 和0 0 1 7 的两种低碳钢，6 5 0 1 2 、以= 0 2 5 o 9 6 的变形程度 温轧后，不仅机械性能有变化( 随变形程度增加，强度指标增加，塑性指标降低) 而且在金相组织上也有变化。根据电子显微镜观察，温轧后所出现的亚结构无论在 形状上还是在分布上都是不均匀的，其中大多数亚晶粒为长形，有个别晶粒内部位 错密度较高：与同种钢的热轧情况相比较，温轧后形成的织构较强2 4 。 1 6 温加工的应力一应变酋线及其强化机理 图4 是低碳钥在温加工温度范围内的应力一应变曲线。同时，图中还列出了与 冷加工相对应的常温曲线。高温曲线的最大特征为：应力一应变曲线出现锯齿形； 加工硬化系数高，即变形抗力在某一温度下出现极大值，延伸率降低。丽产生这种 情况的条件是： 1 纯铁不会发生这种情况，这种情况的发生必需有间隙元素c 和n 的存在； 2 在特定温度和应变速度下出现，应变速度提高时，最佳温度也提高。 一6 一 啪 耋 湖 m 啪 暮三 螂 瑚 童毫 瑚 。 l 文献综述 器 隼： j 一伸氍宰 图4 含o 0 4 c 钢在温加工温度区域内的伸长率一负荷曲线“” f i g 4r e l a t i o n s h i pb e t w e e ne x t e n s i b i l i t ya n dl o a do f w a r m - r o l l i n g ( f e r r o u ss t e e l ，c a r b o n ：0 0 4 、 在温加工温度范围内出现锯齿状和加工硬化程度商。一般认为是由于变形所产 生的位错同c 、n 发生作用形成一种气团，医而使位错运动发生困难。由于这个原 因，在温加工温度变形的材料位错密度较高2 。 这个机理在温加工引起的强度提高的很多钢中都有，但因为钢中碳化物的强度 非常高，所以这种强度提高可以认为主要是由铁素体强度的提高所造成的。也就是 说，通过位错的增殖以及伴随而来的应变时效所得到的动态强化，比冷加工后低温 退火的材料还硬。图5 是含0 0 2 c 的a f e ，经7 0 0 c 、4 小时退火后，在图示温 度中经过4 轧制的板材在常温下测定的硬度值。在常温下轧制的板材，在3 0 0 。c 进 行3 0 分钟的低温退火，维氏硬度约提高1 5 个单位左右。县有最高的硬度值。温轧 材料的位错密度，根据前述机理，认为铁素体发生了强化是合适的。另外，从这点 出发，如果多次反复交替进行冷加工和低温退火，使新的位错增殖与气团的形成交 替发生，那么就可能得到与温加工材料接近的强度。根据这个结果，可以认为温加 工在现象上可以理解为反复进行冷加工与低温退火的过程，是一点一点的多次反复 这一过程的极限状态眨们。 7 河北理工大学硕士学位论文 馨 隧 世 蜒 1 l i 】 k ，； 一 ， 、 。 礼翻强度( ) 图5 轧制温度对n 铁硬度的影响“1 f i g 5i n f l u e n c eo f t e m p e r a t u r eo nh a r d n e s so f s t e e l t 譬虚c c ) 图6合金元素对温加工温度区域内加工时的变形抗力的影响”7 1 f i g 6i n f l u e n c eo f a l l o y i n ga g e n to nd e f o r m a t i o nr e s i s t a n c ed u r i n gw a r m - r o l l i n g 图6 表明，变形抗力极大值的大小受合金元素和热处理的影响相当大。该图是 归纳了s i 、m n 、c r 的影响。s i 对整个强化都有作用，但m n 单独添加( 只加m n ) 和 混合添加时( m n 十s i ) 都能降低温加工的最大应力。另一方面，加入c r 等碳化物和 氮化物形成元素时能降低应力峰值的高度。 一般有碳化物形成元素存在时，应力峰值虽然变小，但并不是完全消失，在n b 钢中也可以清楚地看到这种效果。此外，这个峰值的高度，对于同一材料来说还会 一8 h；l(粥、虹韶u案档豁 1 文献综述 受到热处理组织的影响。一般来说，渗碳体的分布愈细和愈密，温加工的强度升高 就愈大2 。 1 7 轧制试样 本试验试件取自唐山钢铁股份有限公司带钢厂，为q 2 3 5 碳素工程结构钢，采 用g d a 7 5 0 型辉光放电光谱仪分析其化学成分，见表1 。 表1 试件的化学成分 t a b l e ic h e m i c a lc o m p o s i t i o no f t e s ts t e e l 成分( ) f e 2 n ic r m na lp s 1 # 试样 9 8 4 3 0 0 8 4o 0 7 1 o 5 9 0 0 7 0 0 0 6 5 0 ，0 4 4 2 # 试样 9 8 8 7 0 0 5 40 0 6 3o 5 30o 0 1 2 50 ，0 4 8 成分( ) cc um o s it iv 1 # 试样o 2 1 9 0 0 2 70 0 7 30 2 lo0 0 1 7 5 2 # 试样 0 1 3 70 0 2 4 0 0 6 40 1 9o0 0 1 3 5 表2 q 2 3 5 的等级划分 t a b l e2g r a d eo f q 2 3 5 牌号等级 c m n s i s p a 0 1 4 - - 0 2 20 3 0 - - 0 6 5o _ 3 00 0 5 。0 0 4 5 bo 1 2 埘2 0o 3 m 加7 00 3 0o 0 4 5 - - 0 0 40 0 4 0 q 2 3 5 c! 卫1 8 o ，3 5 0 8 0o 3 0 0 ，0 3 5 d_ - s o 1 7 o 3 00 - 3 5 0 0 3 5 1 8 q 2 3 5 钢的分类及用途 1 q 2 3 5 钢的等级划分：q 2 3 5 钢根据质量要求分为a 、b 、c 、d 四个等级，主 要按钢中硫和磷的含量来区分n 们，见表2 。而钢的屈服强度主要取决于钢中含碳 量，即珠光体含量，当碳从o 0 6 - - - 0 ，3 8 范围增加，屈服强度逐渐增加，而延伸率却 逐渐减小，这类钢的组织为f + p 。 2 q 2 3 5 钢的性能特点：含碳量适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接性等 性能有较好的配合眩9 1 。 3 q 2 3 5 钢的用途及构件特征： q 2 3 5 钢大量用于建筑钢筋或轧制成形钢、钢板，用于建造厂房、房架、高压输 电铁塔、桥梁、车辆、容器、船舶等，c 、d 级钢还可以作为某些专业用钢使用。 其构件特点1 ： 9 一 河北理工大学硕士学位论文 1 ) 尺寸大，形状复杂，多数情况下不可能对其进行整体淬火、回火处理，因 而绝大部分在热轧或正火条件下使用。这就要求钢材必须具有一定的屈服强度和抗 拉强度，以及定的屈强比。同时，还要求有足够的范性及韧性： 2 ) 这类构件的成型工艺大多采用冷弯及焊接，因此，要求冷弯后的时效敏感 性要小，并要求焊缝区的强度和韧性不低于基材的强度和韧性； 3 ) 这类构件可能长期处于低温和暴露于一定的介质中，因而要求钢材必须具 有良好的冷脆性和耐火性。 1 0 2 温轧轧制试验 2 温轧轧制试验 2 1 确定温轧轧制力公式 严格的说，温轧轧制温度均在再结晶温度以下，属于冷轧。但目前冷轧轧制力 公式均为常温条件。本课题拟从冷轧轧制力公式入手，计算理论轧制力，通过理论 轧制力与实测温轧轧制力的差值，对冷轧轧制力公式进行修正，使之适合温轧轧制 力的计算b 。拟采用的轧制力公式有：柯洛辽夫轧制力公式、h i l l 轧制力公式和 s t o n e 轧制力公式。同时分析含碳量对轧制力大小的影响；温度对轧制力大小的影 响；压下率对轧制力大小的崧响口柏。 2 1 - 1 冷轧( 温轧) 带钢轧制力模型 冷轧带钢轧制力计算和热轧钢板轧制力计算相比有以下几个特点3 3 。3 ”： 1 轧件几何形状更接近推导理论公式时所做的假设，即宽度比厚度大的多，宽 展很小，可以认为是平面变形问题。轧件厚度小，可以认为平截面假设和滑动摩擦 理论较符合实际，轧件内部不均匀变形可以忽略。因而从这一点看，根据变形区力 的平衡推导出的微分方程式比较接近实际。 2 冷轧时一般需采用润滑剂，这是由于冷轧时轧辊和轧件接触面上的摩擦力对 轧制力等工艺参数的影响较大，采用不同的润滑剂及轧制条件不同时( 如轧制速 度，轧件和轧辊的材料及表面状态等) 摩擦系数不同，这就给轧制力理论计算带来 很大困难。如何正确约定摩擦系数大小，这是各理论公式不易精确的一个主要原 因。但是在一定的设备和稳定的生产条件下，上述影响因素的变化不是很大，因此 结合具体情况，通过现场实测统计，找出合适的计算公式( 或找出理论公式中某些 系数) 是完全可能的。 3 冷轧带钢的一个重要条件是采用较大的前后张力，带钢愈薄张力的作用愈 大。张力可减小轧制力，有利于冷轧的进行，且当板型不好时，通过横断面上张力 的分配的作用，可在一定程度上自动改善板型，因此大张力轧制亦是为了获得平直 板型所必须的，总之计算冷轧带钢轧制力，必须考虑前后张力的影响。 4 冷轧时由于带钢较薄较硬，因此接触弧中单位压力较大，使轧辊在接触弧处 产生压扁现象，因此加长了接触弧的实际长度。所以冷轧薄板时，轧辊的压扁现象 不容忽略，在计算轧制力时必须加以考虑。 河北理工大学硕士学位论文 5 冷轧试件材料的变形抗力由于有加工硬化的影响，故各道次的变形阻力往 往和前面各道次的加工率有关，而且对本道次来说，它也是沿着接触弧变化的，出 口处比入口处要硬，计算时应取其平均值，一般按平均累积压下率来计算平均变 形阻力6 。 考虑上述各点，冷轧轧制压力公式，一般采用下列形式： p m = b m l c p m 。b m l c q p k t k 1 0 0 0 ( 1 ) 式中： p 一轧制力，k n ； b 。轧件平均宽度，m ： l 。一考虑压扁后的变形区接触弧长，r r k r n ； l e = 4 r 幽( 2 、 尸 r = r ( 1 + 2 2 + 1 0 。面函) ( 3 ) r 一轧辊半径，m m ： 丑7 一压扁后轧辊半径，n l l n ； p 。一平均单位压力， q p 一考虑压扁后的外摩擦应力状态系数： k t 一张力影响系数； k 一考虑宽度方向主应力影响系数后的变形阻力，宽展很小时一股取： k = 1 1 5 6 似1 o 一考虑加工硬化( 累积) 的材料变形阻力。 由此可知轧制力公式由三部分组成： 1 ) 接触面积b ml 。一几何因素； 2 ) 变形阻力k - 1 1 5 6 - 一一物理因素； 3 ) 应力状态系数q p 及张力影响系数k t 一力学因素。 其中q p 为公式的核心。q p 以及l 曲目前常用的有多种结构的公式，常用的理论 公式有柯洛辽夫公式，h i l l 公式及s t o n e 公式等； 1 。柯洛辽夫公式 柯洛辽夫公式是采利柯夫公式的简化计算公式，更适合工程计算。该公式作了 以下假设3 钉： 1 2 2 温轧轧制试验 1 ) 轧件的宽度比厚度大的多，轧制时可认为无宽展，因此可以看作是平面变形 问题； 2 ) 采取了平断面假设，即认为轧制前轧件的垂直平面，在轧制过程中仍保持为 垂直平面。忽略了切应力的影响，把单元体平形平面上的应力看作主应力，且 认为单元体水平方向应力盯。沿轧件高度上是均匀分布的； 3 ) 应用了以主应力表示塑性方程仃。一盯；= 卢盯且认为在整个轧制过程中此塑 性方程成立； 4 ) 采用干摩擦理论疋= p ，并认为沿接触弧上各点的摩擦系数u 是常数； 5 ) 变形阻力盯在变形区内取常数( 平均值) ； 6 ) 把轧辊看作绝对刚性无弹性变形( 无弹性变形) ； n 轧件的弹性变形与塑性变形相比很小，可忽略，且认为轧件材质各向同性 8 ) 轧辊圆周速度是均匀的。 柯洛辽夫公式可用下式表示： 式中 q ，2 言 肛 掣卜 占：坐 a h 孝。，善：一轧制时前后张力影响系数； 孝。小互k = 宰 孝，小孚= 宰 1 3 ( 8 ) ( 9 ) ( 1o ) 匀，l 厂 土h ， 河北理工大学硕士学位论文 式中： 死f ，一在入口处断面和出口处的水平张力； 本试验未采用张力轧制，所以k v = 0 。 2 h i l l 公式 b l a n d f o r d 冷轧轧制力公式在理论上较为严谨，公式全面考虑了外摩擦、张 力、轧辊弹性压扁等因素，但是由于b l a n d f o r d 公式较复杂，需要数值积分才能求 出结果，因此，英、美、日在研究冷连轧时，一般采用h i l l 公式来替代b l a n d f o r d ，h i l l 公式是根据b l a n d - f o r d 公式计算结果在h l 不大于5 0 8 r a m ，占在o 小v 0 6 范围进行统计得到的简化公式形式乃6 1 。 b l a n d f o r d 冷轧公式的基本假设为： 1 ) 轧辊弹性压扁后接触弧仍保持圆弧形，但其轧辊半径变为r ； 2 ) 宽展可以忽略： 3 ) 服从平截面假设； 4 ) 服从干摩擦理论，且摩擦系数在变形区内为常数； s ，一蝴一一一僦常数卜毕 经计算后证明这样处理带采的误茇小于2 ； 6 ) 遵守塑性方程，在平截面上作用的为主应力( 径向单位压力p 近似等于垂 直主应力) 。 ，( 昙一 丢仍，足) 啪，哆( 珈此可以矾 8 ) 由于p 很，j 、，因此s i n 妒m 妒，c o s 妒。l ，1 - - c o s 伊! 当。 h i l lzk t 用下式表示啪1 ： q e = 1 0 8 + 1 7 9 , u s 厄屠1 0 2 “) ，：b ，。7 q ，k 1 4 2 温轧轧制试验 z 。= 4 r a h 肚卜：+ 1 0 。去) 式中： “一摩擦系数； 月一轧辊半径，m i n l 足7 一虑压扁的轧辊当量半径，m l t l ： p 一轧制力，l 羽； b 一宽度，1 t l l n ； 幽一绝对压下量，l l l i n ； 。一变形程度，：鱼d 二鱼； 卯。 即可解出r 值及p 值。 3 s t o n e 公式 斯：通( s t o n e ) 认为由于冷轧轧制力大，轧件薄，轧辊发生显著压扁， 区近似看作平行平板间的压缩，表面摩擦仍符合干摩擦理论b 舳。 平均单位压力见公式为： 式中 ( 1 2 ) 因此将变形 成= 嘉邓1 ，孛= 陋卜孛_ ， ne b _ 1 蜴2 r k ，_ ( 1 一争 k = 1 1 5 0 - - 4 5 - ( 1 4 ) ( 1 5 ) 河北理工大学硕士学位论文 b ：型l h 。 本试验未采用张力轧制，所以k t = o 。 2 1 2 轧制力模型中各参数的确定方法 ( 1 6 ) 1 材料的变形抗力模型 金属材料的力学性能和硬化特性与化学成分、组织状态、变形程度、变形速 度以及变形温度等一系列因素有关，较复杂，目前难以利用塑性变形理论推导出变 形抗力k 的确切的定量表达式3 9 1 。主要依靠实验统计方法建立k 的模型。 冷轧薄板时，因宽厚比( b h ) 较大，宽度变化甚微。在忽略宽展的条件下近似 于平面变形状态。这时，材料的变形抗力为： k = i 1 5 0 - s 式中： ：( 7 - 。一单向拉伸时材料的屈服极限，m p a 。 1 ) 确定材料的变形抗力模型的试验方法主要有h ： a 轧制一拉伸法首先通过轧制，赋予材料不同的变形程度。继之 制作拉 伸试件，在材料试验机上测试出不同变形程度及相应的工程屈服极限0 0 2 。最后对 试验数据进行回归分析，即可建立硬化曲线的数学模型g s = f ( ) 。拉伸试验通常 在室温条件进行，变形速度在1 0 。4 1 0 a s 范围内。 这种试验方法设备简单，试验技术要求不高，又可以保证有足够的精度，得到 广泛应用，是目前经常采用的试验方法4 。 b 轧制一压缩法这种方法是将具有不同变形程度的试件在材料试验机进行 压缩试验，测出相应的平面压缩变形条件下的变形抗力k ，并通过回归分析，直接 建立k = f ( ) 的数学模型。 这种方法的优点在于试验的变形条件与轧制过程的变形条件类似，可以提高数 学模型精度，使用也较方便。但是，由于需要专用的模具，试验装置较复杂。而且 在试验过程中无论怎样精心操作和选用多么好的润滑剂，也难以彻底避免试件与模 具之间产生摩擦和其它因素( 如宽展和刚端等) 的影响，处理起来比较困难，对试 验技术要求也高。因此这种方法未得到较广泛的采用。 一1 6 2 温轧轧制试验 c 轧制法在轧制过程中进行测定，根据实测压力，通过选定的压力公式进行逆 运算，计算出材料的变形抗力k ，利用回归分析法建立k 的模型。 这种方法不需要专门的实验装置进行离线实验，直接在生产轧机上进行在线测 定，过程简单，实验周期短，节省人力物力，精度容易保障，有独特的优越性。但 是，用这种方法得到的变形抗力包含了模型误差，已不再是材料的真正的变形抗 力，不便推广使用。 此外，现代冷轧机已实现高速化，轧件平均温度高达1 0 0 2 0 0 摄氏度，变形速 度和变形温度已成为不可忽略的因素。 2 ) 模型的结构形式根据冷轧过程的特点，低碳钢的静态变形抗力主要与相 应的累计变形程度s ，有关为了方便，将材料的单向拉伸屈服极限吼简写为o ，采用 的下角标s 和d 分别表示静态和动态通常情况下，可以用以下几种模型结构式来拟 合静态的实验数据4 2 1 ： 万，= 翻g o + a a y 。 d 。2 仃轧+ 翻占争 叮s = 口l 更l ( 1 8 ) ( 1 9 ) 仃，= a o + a l + 以2 占2 ：+ 伪童( 2 0 ) 式中： r 一退火状态下的材料屈服极限； 一d o a 。a ，待定回归系数。 ”本课题理论轧制力计算中采用a ( 轧制一拉伸法) 试验的实测值。有关 变形抗力模型的计算采用式( 1 9 ) ，将在下一章拉伸试验部分给出。 2 考虑轧辊压扁的变形区长度l 的模型。 由于冷孰过程中材料变形抗力很大，变形区界西上的平均变形压力高达1 0 0 0 2 0 0 0 n m m 2 ，轧辊将产生明显弹性压扁现象，必须加以考虑。否则，对轧制压力的 计算精度将产生相当大的影响。由于对变形区长度检测比较困难在很大程度上影响 一1 7 河北理工大学硕十学位论文 了理论的完善化，故到目前为止仍广泛使用1 9 3 5 年h i t c h c o c k 所提出的两个圆柱体 弹性接触变形理论。这个理论基于以下假设”： 1 ) 接触区内垂直于轧辊轴线方向的压缩应力成椭圆分布，以代替实际的压缩 应力分布： 2 ) 轧辊压扁后仍保持圆柱形； 3 ) 轧件本身不产生弹性变形。 考虑弹性压扁的变形区长度公式为： 卜雁珂五+ 掣j ( 2 1 ) 式中： e 、v 一轧辊材料的杨氏模量和泊桑比。 3 摩擦系数的数学模型 在轧制过程中，摩擦条件与轧件和轧辊的化学成分、表面状态、变形制度、速 度制度和润滑制度等一系列因素有关。在不带张力的冷轧过程中，应力状态系数q 。 主要反映摩擦条件的影响。因此，摩擦条件的研究非常重要。 确定摩擦系数的方法主要有实测压力反算法，实测前滑反算法和同时实测压力 与轧制力矩反算法1 。 目前，摩擦系数模型的结构形式主要有以下几种4 钉： f = p ，+ p 。x h + , 8 2 x s j = p 、斗舀。x e ，= p8 七p l x h 式中： f 一摩擦系数； 1 3 0 、1 3 1 、1 3 2 - 待定系数 h 一轧后厚度，n l r n ： 一压下率。 1 8 ( 2 2 ) ( 2 3 ) ( 2 4 ) 2 温轧轧制试验 其中式( 2 2 ) 的结构更为合理，适应面广，拟和精度高，是摩擦系数模型比较理 想的一种结构形式。 本课题计算理论轧制力时采用实测前滑反算法确定摩擦系数模型，采用式( 2 2 ) 的结构，计算公式为： 口“ ，：一 。 2 ( a 一2 y ) 式中： d = a r c e o s ( 1 一a w d ) r = ( 2 s h h d ) 1 应 s h = ( l h l h ) l h y 一中性角，t a d ； 口一皎入角，r a a ； l l 一压下量，m m ； d 一轧辊直径，r lm ； s h 一前滑值； h 一轧后厚度，姗； l h 一轧件表面留痕长度，i r l m ； l h 一轧辊表面刻痕长度，h 1 l 。 2 2 试验内容 2 2 1 试样的制备 ( 2 5 ) 1 试样的来源：试验的原料来自于唐山钢铁股份有限公司热轧带钢厂。 2 试样采集方法：用剪切机从两卷板带上切取试样，i # 试样长2 7 3 m m ，宽 5 2 m m 左右，厚3 3 m m 左右。2 # 试样长3 0 0 r n m 左右，宽4 6 r a m 左右，厚3 3 m m 左