热轧带钢折皱缺陷的形成机理与控制措施.pdf

第3 9 卷第3 期金一材料与冶金工程 V01 39N o 3 2 0 l1年6月METALh n T E R I A L SA N DM E T A L L U R G YE N G I N E E R I N G J u n 2 0 1l 热轧带钢折皱缺陷的形成机理与控制措施 尚继芳 王超海 王立群 张振申 安阳钢铁股份有限公司 河南安阳4 5 5 0 0 4 摘要 针对热轧低碳钢卷开卷过程中出现的折皱缺陷 运用弹塑性力学 金属学等知识分析了钢卷 在开卷过程中的弯曲变形 应力分布 屈服平台和形变时效等问题 确定了折皱缺陷产生的原因是低碳 钢在拉伸过程中产生的柯垂尔气团引起的 从而为解决折皱缺陷提供了理论依据 关键词 折皱 屈服平台 弯曲变形 形变时效 应力分布 中图分类号 T G 3 3 5 5 6文献标识码 A文章编号 1 0 0 5 6 0 8 4 2 0 1 1 0 3 一O 0 0 6 0 3 F o r m a t i o nM e c h a n i s mo fW r i n k l eD e f e c t sa n d o r m a t i o ne c n a m s mw C o u n t e r m e a s u r e sf o rH o t r o l l e dL o wC a r b o nS t e e lC o i l S H A N GJ i f a n g W A N GC h a o h a i W A N GL i q u n Z H A N GZ h e n s h e n A n y a n gI r o n S t e e lC o L t d A n y a n g4 5 5 0 0 4 C h n a A B S T R A C T A c c o r d i n gt o t h ef a c tt h a th o t r o l l e dl o wc a r b o ns t e e lc o i lo c c u r r e dt h e w r i n k l ed e f e c t sd u r i n gu n w i n d i n gp r o c e s s b yu t i l i z i n ge l a s t i c i t y p l a s t i c i t ya n dm e t a l l u r g y p r i n c i p l ea n a l y z e st h eb e n d i n gd e f o r m a t i o n s t r e s sd i s t r i b u t i o n y i e l dp l a t f o r ma n ds t r a i n a g i n ga n ds oo np r o b l e m sd u r i n gu n w i n d i n gp r o c e s sf o rs t e e lc o i l c o n f L r m st h a tt h ew r i n k l e d e f e c t so fl O Wc a r b o ns t e e li nt e n s i o np r o c e s sw h i c hc a u s e db yc o t t r e Ha i rm a s s t h e r e b y p r o v i d e dt h et h e o r yb a s i st or e d u c ow r i n k l ed e f e c t s K E YW O R D S w r i n k l e y i e l dp l a t f o r m b e n d i n gd e f o r m a t i o n s t r a i na g i n g s t r e s s d i s t r i b u t i o n 安阳钢铁股份有限公司l7 8 0m i l l 热连轧机 组自2 0 0 7 年投产以来 以Q 1 9 5 Q 2 3 5 2 0 为 代表的低碳钢多次在带钢宽度方向上出现 折 皱 腰折或横折 缺陷 造成开平后钢卷大量 判为协议材 以2 0 0 8 年为例 因 折皱 缺陷 导致钢卷判为折皱协议材占协议材总量的6 6 9 8 折皱 缺陷的出现不仅严重影响了钢卷的板 形 同时 也对钢材市场和终端用户造成了负 面影响 限制了安钢17 8 0 m m 机组产能的发挥 为此 安阳钢铁公司有关技术人员详细分析了 折皱 缺陷形成机理及产生的过程环节 提出 了改进措施 通过有效实施 收到良好效果 1 折皱 缺陷描述 低碳钢卷在开平过程中 承受较大载荷时 表面局部区域会产生凹陷或凸起 这种缺陷称 为折皱 折皱的主要形貌和特点 一是呈直线 状或条状 垂直于轧制方向 有的贯穿整个带 宽 二是折皱是在带钢再次开卷时产生的 三 收稿日期 2 0 l l 一0 3 2 6 作者简介 尚继芳 1 9 7 3 一 男 助理工程师 主要从事带钢新产品研发工作 万方数据 2 0 1 1 年第3 期尚继芳等 热轧带钢折皱缺陷的形成机理与控制措施 7 是折皱只在钢卷尾部 卷的内部 出现 或通 卷出现 但尾部表现得最为严重 折皱 缺 陷的出现 不仅造成钢卷大量改判为协议材 提高生产成本 同时 也严重制约了生产 限 制了产能的发挥 表l 为2 0 0 8 2 0 0 9 2 0 1 0 年 折皱 缺陷和其他缺陷改判比率对比 表12 0 0 8 2 0 1 0 年各项协议材比例 2热轧带钢折皱的形成机理 众所周知 低碳钢在受到拉伸时 在拉伸 曲线上会出现应力平台区 屈服延伸区 这种 现象就是屈服效应 屈服效应在体心立方晶体 中非常明显 它是由于晶体中的位错被柯垂尔 气团 C N 等形成的溶质间隙原子聚集在刃位 错下方 钉扎住引起的 1 J 低碳钢热轧结束后 在 空冷过程中会得到C N 过饱和a 铁 在5 9 1 时 N 在a 铁中溶解度较大 约为O 1 处于 相对稳定的平衡态 随着温度的降低 N 在t i t 铁中的溶解度急剧降低 过饱和的N 原子很不 稳定 形成柯垂尔气团 改变带钢的性能 这 就是形变时效 时效的时间决定于C N 间隙原 子的过饱和量和位错密度 一般为数十天左右 因此低碳钢在5 9 1 以上不存在屈服效应 空 冷数天后才会发生明显的屈服效应 这就是带 钢卷取后马上在铲头机上开卷时 从未出现折 皱的原因 钢卷在开卷的过程中受到拉伸和弯曲的作 用 可以简化为一个简支梁 拉伸是由开卷过 程的张力F 引起 其方向为钢卷弧线各点的切 线方向 另外还受到开卷时的弯距作用 见图 l 钢卷在开卷时 带钢的中性层以上的各层纵 向纤维产生压缩变形 中性层以下的各层纵向 纤维产生拉伸变形 带钢在开卷时有弹性变形 层 如果出现塑性变形层就进入弹塑性弯曲变 形阶段 其厚度方向上的应力分布如图2 所示 弯曲变形时 塑性变形大小可用其半断面 上弹塑性变形区高度乙来确定 乙的计算公式 如下 2 1 F 图1 钢卷开卷受力分析 彰 爿 7 压 名 乍 图2弹塑性弯曲状态的应力分布 7 o O E s7 苌 式中 以 材料的屈服强度 l c 变形曲率 E 钢的弹性模量 其值大小与材料性质 断面高度及变形曲 率值有关 由公式可知 钢种的强度越大 发 生塑变的厚度就越小 设钢卷的初始曲率为I r o 开卷后曲率为 1 p 则变形区曲率1 r c 1 1 o 1 p 由于开卷 的过程中1 r o 由小变大 故1 r c 也由小变大 根据以上公式可知 在开卷的过程中磊越来越 小 也就是说发生塑性变形区的可能越来越大 即发生折皱的情况也会越来越严重 这与实际 完全相符 以上公式同样表明 当钢卷的厚度 减小时 由于乙是一定的 其在厚度方向上占 的比例会越来越大 当厚度小到一定数值时 在开卷过程中就不发生塑性变形了 也就是说 不会产生折皱 弯力矩达到上屈服点 便发生塑性变形 万方数据 8金一材料与冶金工程V 0 1 3 9N o 3 随着1 r c 进一步增大 变形区逐步向内部渗透 一旦发生塑性变形 变形应力得到释放 塑性 变形很快结束了 随着开卷继续进行 轮到下 一段时又重复以上过程 故折皱线有一定的间 距 并呈现出周期性 3 折皱 缺陷控制措施及分析 根据以上分析可知 消除折皱可从三个方 面着手 其一 在发生形变时效以前开卷 其 二 控制钢卷变形曲率 其三 消除 减弱屈 服效应或提高低碳钢的屈服强度 对于热连轧 带钢来说 钢卷变形曲率和在发生形变时效 以前开卷都是不可能的 只能通过消除 减 弱屈服效应和提高屈服强度来解决 具体措施 如下 1 增加N b A I T i V 等细化晶粒元素 使之与钢液中N 形成氮化物 固定钢中N 避 免柯垂尔气团形成 晶界附近是最容易偏析杂质原子 从而加 强了位错的钉扎作用 因此 减少晶界上的偏 析原子就是消除或减弱屈服效应的方法 如在 钢中加入少量与N 亲和力较强的T i V N b 灿等元素 在配以适当热轧的工艺 形成氮化 物 以第二相的形式析出 避免或减少钢中的 固溶N 使之不能发生屈服效应现象 但该方 法由于添加了合金元素 生产成本相对较高 2 采用平整或轧制平整的方法来消除折 皱 3 1 其原理是 在带钢加工前进行小量的预变 形 稍大于屈服延伸区的变形程度 使被溶质 原子钉扎住的位错大部分基本脱钉 摆脱气团 的包围 达到消除上屈服点的效果 然后再加 工 预变形后的带钢 如长期放置之后再进行 加工 就会重新出现屈服效应 因此对于热连 轧仍不可取 3 通过提高M n 含量设计 提高钢板强 度 改善韧性 以Q 2 3 5 为例 M n 含量由原来 的0 3 提高到O 4 强度可提高4 5M P a 4 适当降低卷取温度 提高屈服点 带钢所受的塑性弯曲应力超过了临界值就 会导致屈服效应的出现 产生折皱 那么提高 屈服点成为解决途径之一 实践表明 当Q 1 9 5 Q 2 3 5 2 0 卷取温度由原来的6 8 0 1 7 降低为 6 4 0 1 2 其屈服强度可提高1 0 2 2M P a 表2 为 提高M n 含量 降低卷取温度前后Q 2 3 5 B 的屈 服强度及折皱缺陷比率对比 表2 不同卷取温度Q 2 3 5 B 的屈服强度及折皱缺陷比率对比 5 以17 8 0 n 蚰产线各机组为单位 建立 工序质量分析档案 对整个产线的设备运行 水冷却系统进行动态管理 以提高工艺要求的 温度命中率 6 高温开卷会促使折皱的产生 因此在 出厂时要保证钢卷已经完全冷却到室温 7 生产过程中避免S P H C 坯料改判Q 2 3 5 B 因为S P H C 比Q 2 3 5 B 强度低 一旦改判表面产 生的折皱无法消除 4实施效果 通过上述措施 安钢热连轧在折皱控制上 取得了显著的效果 2 0 0 8 2 0 1 0 年17 8 0I l l l n 机 组折皱协议材比例见表l 折皱缺陷占生产总量 比例见图3 年份 图32 0 0 8 2 0 1 0 年折皱占总产量的比例 下转第6 3 页 万方数据 2 0 1 1 年第3 期王治钧等 轴承钢冶炼工艺的对比与浅析 6 3 材料带入的杂质元素 如T i C a 对轴承钢质 量的影响 3 电渣炉精炼轴承钢 虽氧含量偏高 但在控制夹杂物形态 尺寸和分布方面效果较 好 夹杂大多尺寸细小 分布均匀 参考文献 1 刘旭兰 吴晓东 辱 轴承钢精炼过程非金属夹杂 物行为的研究 J 钢铁研究 2 0 0 9 3 7 2 2 9 3 0 2 崔阳 男晓东 等 转炉吹炼末期泡沫渣高度控 制技术 J 北京科技大学学报 2 0 1 0 2 6 1 7 0 7 2 上接第8 页 5结论 1 降低卷取温度 提高屈服强度 成本解决 折皱缺陷 最有效途径之一 李作贤 赖道金 铝对高碳铬轴承钢氧含量和夹杂 物的影响 J 特钢技术 2 0 0 6 3 3 0 3 1 倪冰 提高L F 钢中夹杂物去除效果的研究和生 产实践 D 沈阳 东北大学 2 0 0 5 沈永刚 超声与吹氩处理对钢液中夹杂物去除的对比 研究 J 北京科技大学学报 2 0 1 0 3 2 7 8 5 5 8 5 范连明 李锡峰 等 1 5 0 t 转炉高拉碳冶炼G C r L 5 轴承钢的工艺实践 J 特殊钢 2 0 1 0 3 1 5 3 9 4 1 曹立国 李士琦 等 石钢G C r l 5 轴承钢实践 J 钢铁 2 0 0 8 4 3 6 3 9 李京社 王再飞 电渣重熔钢液洁净度控制研究进 展 J 河南冶金 2 0 1 0 1 8 2 3 但对Q 1 9 5 Q 2 3 5 射等为代表的低碳钢来说 成本相对较高 4 安钢通过采取措施 改善折皱缺陷 是低为其它同类型企业提供了借鉴 2 对Q 1 9 5 Q 2 3 5 2 0 等低碳钢 卷取 温度由原来的6 8 0 降低为6 4 0 同时 M n 含量由原来的0 3 提高到0 4 屈服强度可提 高1 0 2 2 V I P a 折皱缺陷比率降低了2 3 0 3