一种卷取温度偏差引起的高强钢不对称收缩控制方法

摘要

本发明涉及一种卷取温度偏差引起的高强钢不对称收缩控制方法。热轧高强钢卷取后放置在鞍座上进行空冷，由于卷取温度控制必然存在一些偏差，导致高强钢卷取后仍然可能存在相变过程，受相变诱导塑性及自身重力的影响，靠近鞍座一侧会出现钢卷收缩现象。本发明通过优化卷取目标温度，使带钢在进入卷取之前完成相变，并且根据带钢厚度优化卷取张力，增大钢卷的整体刚度，增加其抵御变形的能力，大大减少热轧高强钢卷取后发生不对称收缩的比例。通过本发明，可有效提高高强钢的卷形质量，具有良好的经济效益。

说明书

技术领域

本发明涉及冶金机械及自动化、轧制技术，具体指一种卷取温度 偏差引起的高强钢不对称收缩控制方法。

技术背景

随着钢铁工业的飞速发展，矿产资源、能源、环境等与钢铁工业 之间的矛盾日益突出，调整产品结构，提高产品附加值已经成为各个 钢铁企业的重要工作，高强钢作为近些年钢铁工业的重要产品，在轨 道交通、航空航天、船舶、建筑等各个领域均发挥着重要作用。热轧 带钢经过轧制、层流冷却后通过卷取机卷取成卷，并在鞍座上进行自 然冷却。卷形是热轧带钢质量的一项重要指标，良好的卷形既是保证 下游工序和客户正常使用的基本要求，也是企业轧钢技术水平的体 现。目前已经广泛使用层流快速冷却技术进行高强钢生产，由于冷却 速率快，卷取温度控制相比普碳钢困难，卷取温度通常会在目标值附 近频繁波动，如图1所示。按照设计的目标温度，带钢在进入卷取机 前已经完成了相变，但即使设定了合理的卷取目标温度，难免有控制 偏差，如果波动幅度稍大，特别是温度高的部分，卷取完成以后仍会 存在一部分残余奥氏体，这部分残余奥氏体会继续发生相变。在残余 奥氏体相变诱导塑性和钢卷自身重力的综合作用下，在靠近鞍座一侧 会出现钢卷收缩现象，如图2所示，钢卷上部仍然保持圆形，钢卷整 体则类似于瓢形。

钢卷不对称收缩受很多因素影响，主要有：1)卷取温度，钢卷 发生不对称收缩主要是因为残余奥氏体相变诱导塑性，如果保证在卷 取前完成相变，钢卷中无奥氏体，则带钢成卷后，仅在自身重力的作 用下，应力远小于屈服强度，不会发生塑性变形，不对称收缩即可避 免，但直接大幅度调整卷取目标温度会影响带钢的性能，故卷取温度 的调节需要适量；2)板带长度，板带长度直接影响钢卷卷径大小， 也就影响钢卷下部的受力大小，一般来说，板带越长，钢卷越容易发 生不对称收缩，但热轧很难实现在线分卷；3)带钢厚度，带钢越厚， 钢卷的刚度也越大，钢卷越不容易发生不对称收缩，薄规格带钢钢卷 更易出现不对称收缩；4)卷取张力，适度增大卷取张力可以增大钢 卷的整体刚度，提高其抵抗变形的能力，但卷取张力过大会将带钢拉 断或者拉窄；5)卷取后堆放条件，如果以钢卷的侧面作为支撑面放 置，就不会因为重力的作用使钢卷发生不对称收缩，但这不利于钢卷 的堆垛和行车的搬运，现场无法实施。

文献“Afiniteelementanalysisforasymmetriccontractionafter coilingofhot-rolledsteel”(JournalofMaterialsProcessingTechnology， 2010，Volume210,Issues6–7,1April2010,Pages907-913)提到了钢 卷卷取以后的不对称收缩现象，并采用有限元的方法模拟了相变过程 及变形过程，没有提到采用何种具体措施解决这一质量缺陷。

专利“一种防止热轧带钢扁卷的卷取方法”(申请号： 201010233029.6)提到了一种卷取完成以后钢卷的整体变形，称为扁 卷或塌卷，并主要通过在卷取内停留20s-60s来消除这种缺陷。此专 利中提到的整体变形和本专利的不对称收缩具有一定的相似性，其中 一部分原因也是卷取和空冷过程中相变导致，但这一相变可能是各段 的温度工艺制度设计不合理导致，另外，此专利提出的在卷取机内停 留20s-60s虽然具有一定的可行性，但此方法会影响生产线的轧制节 奏和卷取机的利用率。本专利在温度控制方面提出降低卷取温度控制 实际值，使得相变在进入卷取前就完成，和专利“一种防止热轧带钢 扁卷的卷取方法”提出的在卷取机内停留并完成相变的方法具有本质 的区别。

专利“消除热轧薄规格花纹板扁卷的控制方法”(申请号： 201510272198.3)提到了一种解决薄规格花纹板扁卷的控制方法，主 要考虑花纹板豆高使得钢卷层与层之间存在间隙，通过张力，夹送辊， 助卷辊的相关工艺参数优化，消除扁卷。此专利提到的扁卷产生的原 因和本专利同样具有本质的区别。

专利“一种防止热轧钢带扁卷的卷取方法”(申请号：02144917.1) 提到将含碳量大于0.25的钢带卷取温度控制在Ar1+(-10℃～+60℃) 范围，使钢卷的相变从外层及卷筒接触的芯部向中间层逐步进行。和 本文提到的高强钢卷取后不对称收缩控制方法相比，此专利主要考虑 了改变卷取目标温度，没有考虑到控制精度偏差带来的扁卷问题，同 时也没有考虑不同厚度规格的区别。

专利“一种消除捆带钢热卷扁卷缺陷的方法”(申请号： 201510158416.0)提到了采用控制冷却温度、冷却模式和提高卷取张 力来消除扁卷缺陷，此专利提出的方法从原理上可行，但在温度控制 中同样未考虑控制精度偏差带来的扁卷问题，在张力控制中，则没有 说明不同厚度的钢种采用何种增幅，容易导致宽薄规格钢卷在提高卷 取张力后出现带钢拉窄的现象。

除此以外，部分期刊论文也提到了层流冷却温度控制和卷取张力 能够缓解扁卷问题，但同样均没有考虑由于控制精度偏差带来的相变 及不同规格卷取张力的大小设置。

基于此，本发明通过优化卷取温度控制的实际值，在不影响带钢 性能的前提下使带钢在进入卷取之前完成相变，并且根据带钢厚度优 化卷取张力，在不影响带钢宽度拉窄的前提下增大钢卷的整体刚度， 增加其抵御变形的能力，大大减少热轧高强钢卷取后发生不对称收缩 的比例。

发明内容

通过建立高强钢钢卷的有限元模型，对钢卷从成卷到冷却至室温 的过程进行分析。研究了卷取后奥氏体相变存在的前提下，带钢厚度 对钢卷不对称收缩的影响。钢卷的不对称收缩的程度用不对称系数来 表示，指得是钢卷变形后的高宽比。附图3为有限元模型计算得到的 不同厚度带钢冷却过程中的不对称系数的变化，从图中可以看出，厚 度越小的高强钢，发生不对称收缩的程度越大。为解决本专利提到的 卷取温度控制精度导致的卷取过程中相变问题及不同规格的不对称 收缩程度不一样，本专利从两个方面进行考虑，做出如下发明内容：

1)对于厚度规格为1.8mm～6.0mm的易出现不对称收缩的热轧高 强钢，在层流冷却的精调段，增加冷却集管的开阀数，将高强钢卷取 温度实际值控制在比目标温度值小15℃-18℃左右，使高强钢在层流 冷却结束后进入卷取机之前完成相变。目前，热轧卷取温度控制精度 通常能达到±18℃，一些企业甚至能够达到±15℃，为此，为了避免 温度控制偏差导致的残留奥氏体，在卷取温度控制中，将卷取温度往 下限控制，将实际温度控制在目标值以下15℃-18℃，这样可以避免 卷取温度往正偏差波动时对相变的影响，带钢在进入卷取机前充分完 成相变。

2)通过优化高强钢的卷取张力，增大卷取后钢卷的刚度，提高 钢卷抵抗变形的能力。设高强钢的厚度为h，具体卷取张力增幅如下：

当1.8mm≤h<2.2mm时，将卷取张力增大10.09％；

当2.2mm≤h<2.6mm时，将卷取张力增大11.68％；

当2.6mm≤h<3.0mm时，将卷取张力增大13.26％；

当3.0mm≤h<3.4mm时，将卷取张力增大14.69％；

当3.4mm≤h<3.8mm时，将卷取张力增大15.92％；

当3.8mm≤h<4.2mm时，将卷取张力增大17.13％；

当4.2mm≤h<4.6mm时，将卷取张力增大18.23％；

当4.6mm≤h<5.0mm时，将卷取张力增大17.93％；

当5.0mm≤h<5.4mm时，将卷取张力增大16.58％；

当5.4mm≤h≤6.0mm时，将卷取张力增大14.06％。

卷取张力增大后，钢卷的整体刚度增加，钢卷抵抗不对称收缩的 能力加大，考虑到增大卷取张力后，薄规格带钢宽度容易拉窄及厚规 格带钢成卷后本身抵抗不对称收缩的能力也强，为此，根据不同厚度 (1.8mm～6.0mm)，卷取张力增幅从小到大再到小变化趋势。

本发明在现场实施容易，也不需要对设备进行改进，并能够得到 理想的效果。

附图说明

图1卷取温度控制偏差示意图。

图2高强钢钢卷在鞍座上不对称收缩示意图。(A)不对称收缩前； (B)不对称收缩后。

图3不同厚度带钢冷却过程中的不对称系数的变化曲线示意图。

图4方案实施效果曲线示意图。

图中：

1.鞍座，2.钢卷。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。

以某钢铁企业生产的某牌号高强钢为例，分析本专利提出的方法 的有效性，其中该牌号力学性能如下：

该牌号的各主要合金含量如下：

跟踪2014.06.01-2014.11.30共六个月，生产该牌号的 4.75mm×1300mm高强钢，卷取目标温度640℃，总卷取张力120KN, 半年时间里共生产此品种高强钢315卷，出现39卷发生不对称收缩 的钢卷。

随后对卷取温度控制及张力进行调整，将卷取目标温度控制在 625℃，总卷取张力141.5KN，其他工艺参数保持不变， 2014.12.01-2015.03.31共四个月之间，生产此瓶中高强钢221卷，只 发现3卷不对称收缩的钢卷，对比如图4所示，取得了明显的效果。