通过减小热轧带钢轧后横向温差的残余应力减量化的方法与流程

本发明涉及一种通过减小热轧带钢轧后横向温差的残余应力减量化的方法。

背景技术：
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钢铁工业是国民经济的基础产业，在国家建设中占有非常重要的地位。近些年来，中国钢铁工业取得了长足的发展，已成为世界上最大的钢铁生产、进口和消费国，为国民经济持续、稳定、健康发展做出了重要贡献，也对国际钢铁业的发展起到了积极的作用。但同时，钢铁产量的增加，钢铁总体需求量下降，导致产量相对过剩。在这种形势下，各钢铁企业竞争日益激烈，加快产业升级，提高产品质量，以增强企业竞争力。

在此背景下，市场对带钢板形的要求也越来越高。板形控制技术不断涌现，虽然不断的涌现的板形问题，对应有不同的解决思路，但对于热轧板形的研究工作大部分集中在轧制阶段。近几年，在板形控制技术的发展方向上取得了一些共识，认为板形控制技术不应过多地只集中在轧制区域，下游工序（如冷却等）同样需要关注，否则难以达到理想的板形控制效果。层流冷却是板带生产的关键环节之一。该技术普遍采用层流冷却系统控制板带的轧后冷却速度和卷取温度，使板带获得良好的金相组织和力学性能。采用层流冷却工艺要保证有较好的冷却均匀性、较高的卷取温度控制精度以及对冷却速度的有效控制。但在实际轧制冷却过程中，由于冷却速率和冷却均匀性等方面原因形成的热应力、组织应力等共同作用，易造成板带瓢曲、波浪等板形问题。

目前已有对层流冷却阶段产生的残余应力减量化的研究和尝试，但是主要手段是层流冷却阶段采取手段。如文献1（热轧带钢层流冷却过程中残余应力分析，2010，材料热处理学报）研究了层流冷却过程中边部的冷却不均导致的边部温降和相变行为的差异对带钢残余应力产生的影响，并提出在层流冷却阶段采用边部遮挡的方法减小带钢残余应力；文献2（低残余应力热轧带钢层流冷却工艺的数值模拟，2012，北京工业大学学报）研究了层流冷却过程中残余应力产生的机理，提出在层流冷却阶段将冷却水横向采用中凸分布的方式减小带钢残余应力的方法。

目前带钢残余应力的减量化方法，大多用于层流冷却阶段，但现场跟踪发现在层流冷却阶段采取的措施，对于带钢残余应力减量化的影响较小。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述存在的问题提供一种通过减小热轧带钢轧后横向温差的残余应力减量化的方法，有效的降低热轧带钢的横向温差，既能够不影响带钢的性能，又不影响轧制稳定性。

上述的目的通过以下技术方案实现：

通过减小热轧带钢轧后横向温差的残余应力减量化的方法，该方法为：对于宽度为1050mm-1500mm的带钢，厚度为1.8mm-8mm带钢，采用分别堵F3-F7机架间冷却水边部喷嘴的方法减小热轧后带钢横向温差，进而减小残余应力，根据不同厚度和宽度规格，设定带钢热轧后横向温差的控制目标，将带钢横向温差控制在该带钢热轧后横向温差的控制目标温度以下。

所述的通过减小热轧带钢轧后横向温差的残余应力减量化的方法，所述的堵F3-F7机架间冷却水边部喷嘴的方法的具体方法如下：

当1050mm≤带钢宽度＜1150mm时，堵F3-F4之间机架间冷却水边部喷嘴，保留中间1000mm范围冷却水；

当1150mm≤带钢宽度＜1250mm时，堵F4-F5之间机架间冷却水边部喷嘴，保留中间1100mm范围冷却水；

当1250mm≤带钢宽度＜1350mm时，堵F5-F6之间机架间冷却水边部喷嘴，保留中间1200mm范围冷却水；

当1350mm≤带钢宽度≤1500mm时，堵及F6-F7之间机架间冷却水边部喷嘴，保留中间1300mm范围冷却水。

所述的通过减小热轧带钢轧后横向温差的残余应力减量化的方法，所述的根据不同厚度和宽度规格，设定带钢热轧后横向温差的控制目标，将带钢横向温差控制在其该温度以下的具体方法是：

当1050mm≤带钢宽度＜1250mm且1.8mm≤带钢厚度＜3mm时，控制带钢横向温差小于44℃；

当1050mm≤带钢宽度＜1250mm且3mm≤带钢厚度＜5mm时，控制带钢横向温差小于49℃；

当1050mm≤带钢宽度＜1250mm且5mm≤带钢厚度＜8mm时，控制带钢横向温差小于55℃；

当1250mm≤带钢宽度≤1500mm且1.8mm≤带钢厚度＜3mm时，控制带钢横向温差小于30℃；

当1250mm≤带钢宽度≤1500mm且3mm≤带钢厚度＜5mm时，控制带钢横向温差小于36℃；

当1250mm≤带钢宽度≤1500mm且5mm≤带钢厚度≤8mm时，控制带钢横向温差小于47℃。

有益效果：

通过控制减小热轧带钢的轧后横向温差，来减小热轧带钢的残余应力。根据不同的带钢，采用不同的边部喷嘴堵塞数量的策略，有效的降低热轧带钢的横向温差，既能够不影响带钢的性能，又不影响轧制稳定性。本发明实施以来，热轧带钢的边浪缺陷明显减少，带钢板形明显提高。

附图说明

图1是轧机和机架间冷却水布置图。

图2为不堵喷嘴带钢残余应力分布曲线。

图3为实验一带钢残余应力横向分布曲线。

图4为计算结果一对应残余应力分布曲线。

图5为计算结果二对应残余应力分布曲线。

具体实施方式

采用减小热轧带钢轧后横向温差的方法，实现带钢的纵向残余应力减量化。对于宽度为1050mm-1500mm的带钢，厚度为1.8mm-8mm带钢，采用分别堵F1-F7机架间冷却水边部喷嘴的方法减小热轧后带钢横向温差，进而减小残余应力。

1、堵机架间冷却水边部喷嘴的方法减小带钢横向温差，经过现场多次堵塞实验，对采用不同堵塞宽度的效果进行跟踪（包括带钢的温度和残余应力）。实验结果如下所示：

实验及效果：选择易出现浪形的集装箱板进行实验，使用同规格两块带钢，宽度均为1200mm,厚度为4.3mm。其中一卷不堵喷嘴，另一组堵喷嘴，并分别对其精轧出口温度、浪形以及带钢残余应力进行跟踪。横向温差大约为55℃，出现边浪。测量残余应力结果如图2所示，大小约为270MPa压应力。应力结果实施F4-F5机架间冷却水堵喷嘴之后，保留中部1200mm宽度的机架间冷却水，温差约为47℃，并且在跟踪中无浪形出现。为更准确考察堵喷嘴对应力减量化的影响，对该带钢对应位置取样进行残余应力测量，其应力结果如附图3所示，边部残余应力大约为210MPa左右压应力，小于其屈服应力。

通过多次类似实验得出各规格带钢堵塞喷嘴的方法，具体实施方法如下：

当1050mm≤带钢宽度＜1150mm时，堵F3-F4之间机架间冷却水边部喷嘴，保留中间1000mm范围冷却水；

当1150mm≤带钢宽度＜1250mm时，堵F4-F5之间机架间冷却水边部喷嘴，保留中间1100mm范围冷却水；

当1250mm≤带钢宽度＜1350mm时，堵F5-F6之间机架间冷却水边部喷嘴，保留中间1200mm范围冷却水；

当1350mm≤带钢宽度≤1500mm时，堵及F6-F7之间机架间冷却水边部喷嘴，保留中间1300mm范围冷却水。

2、为保证带钢最终的板形质量，对于不同厚度和宽度规格，需设定带钢热轧后横向温差的控制目标，当温差大于该目标时，带钢易出现浪形。根据现场数据建立有限元模型，并跟踪校核模型，得到准确的有限元模型，计算不同精轧出口温度下，对层流冷却阶段的残余应力的影响。得出不同初始温度对带钢残余应力的影响。

计算结果一：带钢宽度为1100mm,厚度为4mm，初始温差为49℃。卷取前带钢边部的残余应力为351MPa。该温度下带钢的屈服极限为373MPa。故温差高于49℃的带钢，残余应力会超过带钢的屈服极限，带钢会产生浪形，故若要使带钢有好的板形，需要将该规格带钢初始温差控制在49℃以下。

计算结果二：宽度为1400mm，厚度为5.8mm的带钢，初始温差为46℃。经过层流冷却后，带钢的残余应力横向分布如附图2所示。其边部的残余应力为372MPa，接近卷取温度下的屈服极限373MPa，易出现浪形。故需将带钢层冷入口初始温度控制在47℃以下。

用有限元的方法，计算了多组带钢层冷冷却过程的应力演变过程，在假设精轧出口板形良好（无残余应力）的情况下，其他冷却条件不变，修改初始温度的分布，和带钢辊形，得到残余应力分布，根据其于该温度下的屈服极限比较，得出获得良好最终板形的初始温度要求，根据计算结果，得出各规格带钢初始横向温差控制目标如下：

当1050mm≤带钢宽度＜1250mm且1.8mm≤带钢厚度＜3mm时，控制带钢横向温差小于44℃；

当1050mm≤带钢宽度＜1250mm且3mm≤带钢厚度＜5mm时，控制带钢横向温差小于49℃；

当1050mm≤带钢宽度＜1250mm且5mm≤带钢厚度＜8mm时，控制带钢横向温差小于55℃；

当1250mm≤带钢宽度≤1500mm且1.8mm≤带钢厚度＜3mm时，控制带钢横向温差小于30℃；

当1250mm≤带钢宽度≤1500mm且3mm≤带钢厚度＜5mm时，控制带钢横向温差小于36℃；

当1250mm≤带钢宽度≤1500mm且5mm≤带钢厚度≤8mm时，控制带钢横向温差小于47℃。

实施例1：

在某热轧厂1780生产线实施本发明。对某批次易出现浪形的带钢跟踪，带钢宽度为1300mm，厚度2.75mm。将F5-F6之间的机架间冷却水的边部喷嘴进行堵塞，堵塞至中间剩余1200mm，跟踪精轧出口温度，边部和中部的平局温差为27℃，且温差均小于30℃，满足本发明的温度控制目标。跟踪带钢的板形，带钢均未出现浪形，根据浪形理论，说明带钢残余应力减小。

图3为一卷该种带钢的头部200m位置和尾部200m位置。生产该带钢尾部时开机架间冷却水，优化手段起作用；而生产带钢头部时没有开机架间冷却水，优化手段不起作用（相当于未实施该技术）。

未实施本发明带钢有明显浪形，而实施本发明后没有可见浪形的出现。说明采取的优化工艺对于带钢浪形的调节有一定作用，即本发明可以实现残余应力减量化。

实施例2：

某批次带钢，宽度为1400mm，厚度为3.5mm。将F6-F7机架间冷却水边部喷子堵塞，至中间剩余1300mm跟踪精轧出口温度，边部和中部的平均温差为32℃，且温差均小于36℃，满足本发明的温度控制目标。跟踪带钢的板形，带钢均未出现浪形，根据浪形理论，说明带钢残余应力减小。