冷轧带钢平整时横折印缺陷的产生机理及消除措施

1、第43卷第1期2 0 0 8年1月拥 铁Iron and SteelVol. 43, No. 1January 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A杨利坡'，彭艳刘宏民'，吴斌2（1.燕山大学轧制设备及成真技术教育部工程研究中心.河北棗宜岛066004;2.凌源钢铁股份有限责任公司中宽冷带厂，辽宁凌源122500）摘 要：冷轧退火后的带痢在平整过程中产生横折印缺陷严重彫响平整后带钢的表面质重及其力学性能。通过 分析带钢经过张力規（S規）时的受力过程研究横折印缺陷的产生机理和影响因索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

2、印缺陷的根本原因。制定合理的伸长率和张力制度严格来 料质重要求可以避免横折印缺陷的产生.提高平整带钢的表面质重。关键词:冷轧带钢：平整；横折印缺陷；张力；伸长率中图分类号：TG335. 12 文献标识码：A 文草編号：0449-749X（2008）01-0045-05Formation Mechanism and Himmation of OossIkeaks of Cold Rolled Strip During Temper RollingMA Qing-long* , YANGLi-pol , PENG Yan* , LIU Ho ng-min1 , WU Bin2(1. Educati

3、on Ministry Engineering Research Center of Rolling Equipment and Complete Technology.Yanshan University Qinhuangdao 066004 Hebei China:2 Cold St rip Factory . Lingyuan Ironand Steel Group Cb，Ltd. , Lingyuan 122500. Liaoning China)Abstract: Cross breaks are formed on the surface of cold rolled and te

4、mpered strip during temper rolling which influence the surface quality and mechanical characteristics of the temper rolled strip. By analyzing the loading of st rip at S rolls and formation mechanism and influencing factors of cross breaks it was concluded that the main cause of cross breaks is the

5、yield point elongation and the high tensile stress at the entrance of temper rolling mil 1. Il is necessary to establish rational elongation and tension .control the quality of coming strip strictly .to avoid cross breaks, improve the surface quality of stripKey words : cold st rip : temper rolling

6、: cross breaks: tension: elongation© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 第43卷第1期2 0 0 8年1月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辐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"

7、腐文献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i殳备角度入手进行了改进。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 辐时表面拉应力过大。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

8、手触摸都可以感觉到这种带 钢缺陷。1.1带钢经过S辘时的受力分析针对带钢在通过S辐后出现横折印的情况，对 带钢通过S辐的过程进行受力分析。带钢在通过s 辐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辐过程中由直变弯的变形.如 图2所示，九、化分别为S辑入口和出口处张力。 带钢通过S辐时因缠绕在S辐上而产生弯曲变形.© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 第43卷第1期2 0 0 8年1月

9、69; 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 第43卷第1期2 0 0 8年1月基金项I:国家自然料学基金资助项目（50675186）:河北省重大自然料学基金般助项目（E2006001038） 作者简介：马庆龙11977-）.男博士生；Rnmi : jyqlma rsu. :修订 H 期：2007-05-14© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights r

10、eserved, 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 #6© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 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 #图1横折卬的衷现形式Fig. 1 CYoss breaks6© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 第1期马庆龙等:冷轧带钢平整时横

11、折印缺陷的产生机理及消除措施 #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。6© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 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 #式中，丁为张力；为板宽。假设带钢与S辐辐面连续接触.在包绕入口张 力辐的带钢上任意取一包角为小的微段进行分析. 如图4所示。这一微段带钢对S棍辐面的正压力为 dN 则摩撩力为fdN 其中/为S棍辐面与带钢之 间的静摩擦因数。忽略带钢运行

12、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：/dN + Tcosfd*y2) ( T + d Dcosfd/2) - 0dN 十 Tsin(d0/2) - ( T + dT)sin(dO/2) = 06© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 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 49图2带钢经过S辘时受力示意图F甲.2 Sketch uf loading of strip on S rolls图3带钢弯曲应力分布图F

13、ig. 3 Sketch of bending stress distribution hi 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辑时认为仅发生了弹性变形，因此带钢 表面产生的弯曲应力5为：2R式中，E为带钢弹性模量；h为带钢厚度 R为S轉 半径。带钢经过S辐时.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 6可表示为： 式中，7为微段带钢的张力。由以上方程可得：d T/f = TdO(4)将上式对整个包纽弧段积分后可得：Ti/ 7o =(5丿式中,To>Ti分别为带钢的初始张力与离开入口 S 辐后的张力：。为带钢在S棍辑面上的实际包

14、角。图4微段帯钢的受力分析Fig. 4 Laidbig aiudvsis <)f !nk?r(rscgnrnt strip由式（5）可知带钢在通过入口 S棍的过程中张 力是随着包角的増大而增加的张力在S辑出口处 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。带钢在S辐出口处的应力状态如图（5）所示o 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。达到最大此时0 = 4 +（,7 0a . e-Hr三+T尹;性层化竹图5弯曲应力与张应力叠加原理图Fig. 5 Schematic of liending and tensile

15、stress addition1.2横折印缺陷的产生机理根据式（5）和图5可知在入口 S辐出口处，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。达到材料的屈服强度5 即有 式（6）成立时带钢表面屈服.发生塑性变形。（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住团，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 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

16、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 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辐上若外 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辐上也可能再产生横折印。平整 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

17、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o, 的存在导致带钢内部张应力5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B1内出现横折印缺 陷。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。图6双边浪缺陷带钢内部应力横向分布Fig. 6 Transverse distribution of residue stress m do

18、uNe edge vave strip2.2来料粘连若退火工艺温度制度不合理易造成钢卷粘连0 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。此科 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。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来料温度当带钢来料温度过高时带钢内部的金属分子 比较活跃带钢受

19、到拉力时很容易从弹性变形区跳 跃到塑性变形区.在带钢表面产生滑移线，产生横折 缺陷。实践表明，在平整前钢卷温度45 伽，带 钢表面易产生少量的轻微横折印缺陷。因此应严格控制平整来料钢卷的温度控制在 45 °C以下为最好。当来料钢卷温度较高时.可通过 风冷或空冷将钢卷温度降下来.再进行开卷.以避免 温度较高引起横折印缺陷。2.4材料性能材料性能对横折印缺陷的影响主要是通过影响 带钢屈服强度6的变化来实现的。首先.从式(6) 可看出屈服强度的大小直接决定了带钢是否产生 横折印的极限条件。对于屈服强度较低的材料(如 Q235.O8A1等低碳钢)由于塑性变形区范围较大， 残余应力变化导致的不

20、均匀塑性变形更容易表现出 来从而更易产生横折印缺陷。其次退火后钢卷在 冷却过程中，沿钢板宽向冷却是不均匀的。如果冷 却不均过于严重，引起带钢板宽方向上的材料屈服 强度有较大差异，可对横折印的形态和分布产生影 响。因此，生产过程中.对于屈服强度较低的带钢进 行平整时在不影响板形的前提下可以略降低总张 力值避免由于屈服强度较低引起的横折印缺陷。 另外还要要求平整来料材质均匀避免带钢各部位 的屈服强度不一致。3横折印缺陷的解决措施在凌钢900 mm平整机组上进行相应的工业试 验。现以较软材质195 LD的带钢为例其中S辘 半径为305 mm 屈服强度为290 MPa .弹性模量为 200 GPa o

21、3.1调整张力在不影响板形和伸长率的前提下适当减小平 整机入口处张力值减小带钢表面的拉应力可以避 免或减轻横折印缺陷。因宽度对横折印缺陷的影响 不明显，因此可忽略.仅考虑厚度的影响。根据式 (6)可得带钢产生横折印时的极限张应力与厚度的 对应关系.如图7所示。由图7可见，当带钢厚度为0. 8 mm左右时.极 限张应力约为30 MPa0当带钢厚度小于0.7 mm 时极限张应力在60 MPa以上。当带钢厚度达到 0.88 mm时带钢在张应力为0的情况下即出现横 折印缺陷.但实际情况并非如此.因为在零张力的情 况下带钢不会在S辐上弯曲.也就形不成横折印缺 陷。以上计算为平整机入口侧的张力设定提供了参

22、 考.以此为基础并考虑轧制过程的稳定性，保证正 常生产制定平整张应力设定值如表1。图7极限张应力耳厚度关系Fig. 7 RLblati(m of limited tensile stress and thkkiicss表1平整张应力设定值bk 1 Set ulue of tensile stress during temper rolling厚度/mm开巻张应 力/MPa入口张应 力/MPa出口张应 力/制Pa卷取张应 力/MP；!1.0-1.2202840300.8-1.0223042320.6-0.8253244350.4-0.6273648370.2-0.4304050403.2调整伸K

23、率根据以上分析可知产生横折印缺陷主要是由 干退火料存在屈服平台和平整时没有完全消除该屈 服平台。因此可以通过适当增大伸长率使带钢可 动位错密度増加，从而消除屈服平白抑制滑移线的 形成。另外增大伸长率可以消除轻微的横折印缺 陷改善带钢表面光浦度。由于伸长率是平整机最 重要的控制指标，因此对伸长率进行了一定的调整 和控制做了如下的工业试验。(1) 不同伸长率对横折印缺陷改善情况的工业 试验为了更加形象地描述横折印缺陷的严重程度. 定义横折缺陷级别如下：0级肉眼不可见无手感: 1级肉眼可见,无手感：2级，肉眼可见有手感。针对在现有张力情况下厚带仍然产生横折印的 情况对不同伸长率对带钢表面产生横折印的

24、消除 效果进行了工业试验。轧制速度为100 nV min ,干 平整。观察厚度为0.8、09、10、11和1.2 mm 5 种规格的带钢各50卷.来料温度控制在45 °C以下, 保证板形良好无粘结。通过改变轧制压力来调整 伸长率观察横折印缺陷的消除情况。试验结果见 表2。表2不同伸K率对横折缺陷改善情况的试验结果 laNe 2 Results of test to eliniinate cross breaks under different elongation 带钢厚伸长率/J?/ mm0.40.50.60.70.80.91.01.108100000000911I00000101

25、11I100011111I11001721II1110由表2可知，当伸长率达到1 0 %左右时可基 本消除带钢表面的横折缺陷。(2) 伸长率的设定伸长率设定正确与否关系到成品带钢的表面质 量和各项性能。理想的伸长率应使带钢的屈服点达 到最低值并无明显的屈服点。伸长率还取决于带 钢所要求的表面粗糙度。确定伸长率要考虑的因素 很多一般只有定性分析而无定量计算结合生产实 际制定伸长率参考值如表3所示。经过平整工艺参数的调整，带钢的横折印缺陷 由原来的15 %以上降低到1 %以下提高了产品成 材率。6© 1994-2008 China Academic Journal Electronic

26、Publishing House. All rights reserved, 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 #6© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 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 #表3平整伸长率参数表(参考)laNe 3 Elon少(km (luring temper rolling (for rrferrencc)厚度/ mm0.20.30.40.50.60.70.80.91.01.11

27、.2伸长率/ %0.50.50.50.60.70.750.80.91.01.051.16© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 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 #6© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 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 #4结论(1) 平整过程

28、中横折缺陷产生的原因是由于退 火带钢存在明显的屈服平台.当带钢拉应力超过了 带钢的屈服强度时塑性变形会集中在某一区域进 行从而形成横折印。(2) 来料的板形缺陷、粘连缺陷、温度和材料性 能对横折缺陷的产生有很大影响严格来料质量要 求可在一定程度上避免横折印的产生。(3) 増加伸长率和降低张应力可消除或减轻横 折印缺陷通过制定合理的伸长率和张力制度可避 免横折印缺陷的产生。参考文献：II朱 溥余广夫宋廷锋等按制热轧板形治理横折缺陷J1. 钢铁.2000, 35(9) :35. (ZHU Tao. SHE Guangrfu SONG Ting-feng el ill. Elimination of U HPS D