CN101543836A

CN101543836A - 微应力热轧板的生产方法及其设备

Info

Publication number: CN101543836A
Application number: CN200910061349A
Authority: CN
Inventors: 韩斌; 郭爱民; 蒋扬虎; 吴杰; 周桂峰; 宋平; 张凤泉; 朱敏
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Priority date: 2009-03-30
Filing date: 2009-03-30
Publication date: 2009-09-30
Anticipated expiration: 2029-03-30
Also published as: CN101543836B

Abstract

本发明公开了一种微应力热轧板的生产方法及其设备。该方法包括如下步骤：第一步，将热轧板钢卷开卷，并对开卷后得到的热轧板带进行常温矫直处理；第二步，将常温矫直后得到的平直热轧板带送至电磁感应加热器中进行回火热处理；第三步，对经过电磁感应加热器回火热处理的热轧板带进行温式矫直处理；第四步，对温式矫直后的热轧板带定尺寸横切，裁剪成为热轧板，并将裁剪后的热轧板堆垛。其设备包括依次布置的开卷机、活套、常规矫直机、定尺横剪机和堆垛台，在常规矫直机和定尺横剪机之间还依次布置有电磁感应加热器和温式矫直机。本发明操作便捷、实施成本低，在矫直工序中加入回火处理工序，制得的热轧板板型平直，使用性能十分优异。

Description

微应力热轧板的生产方法及其设备

技术领域

本发明涉及热轧板制造领域，具体地说，是一种微应力热轧板的生产方法、以及应用该方法的微应力热轧板生产设备。用该方法和设备可对厚度在12～20mm，宽度在2000mm以内的热轧板钢卷进行深加工处理。

背景技术

现有的热轧板生产工艺中，由于在终轧后需要强冷，因而钢板会在厚度方向存在表面温度低，中心温度高的现象；钢板的上表面温度会比下表面温度低；钢板宽度方向上，边缘温度会比中央温度低；钢板长度方向各点温度也不相同。而温度差异越大，所产生的热应力就越大。同时在冷却中还将会发生奥氏体向铁素体和珠光体转变的相变过程，而伴随的相变潜热也对温度会产生很大影响。如图1所示，温度T、相变P-T和应力σ之间存在着耦合关系，图中a表示温度引发相变，a′表示相变潜热，b表示热应力，b′表示变形热，c表示应力诱导相变，c′表示相变应力。由温度T、相变P-T和应力σ之间的耦合关系图可知，冷却不均会产生热应力，相变膨胀会引起相变应力，而这些应力会使钢板在冷却过程中产生塑性应变，造成残余应力。

以下重点以冷速较快而在带钢内不伴随有组织转变时产生的残余应力为例进行分析。冷速较快时，带钢在冷却时由于表层和内部的冷却状态不同而有温度差，从而产生热应力。以12mm厚的钢板为例，钢板表层R和心部K的热应力曲线关系如图2所示。当表层R和心部K的温度差逐渐达到最大的W状态时，其外表和心部的拉应力和压应力也随之增加。经最大温差W状态后，由于温度差的减小，两部分的应力相应减小。在到达最大温差W状态的时间内，外表层承受大的拉伸应力并可能会超过在该温度下的屈服应力。例如在最大温差W时的温度差为600℃，两者的热膨胀应变差为0.5％，所以表层在冷却时会发生塑性变形。曲线a为表层和心部完全处于弹性状态时表层的应力，曲线b为实际的应力。应力曲线b相当于各种温度下材料的屈服应力。对于心部的应力c来说也是同样的。进而在经过最大温差W状态以后，则不再发生塑性变形，随着两部分的温度差的减小，应力状态在U处而发生反向，最终使钢板形成外表为压缩残余应力、心部为拉伸残余应力的状态。此时对残余应力的大小起支配作用的是冷却时的温度差和此时材料的屈服强度。这取决于材料的尺寸、材料的热传导系数以及冷媒的冷却能力。

由上述分析可以得知，热轧板带在冷却过程中，由于外表层先行冷却，因而会产生热应力，热应力达到一定程度时，会产生塑性变形，这成为初始残余应力和变形的产生原因。而伴有相变时，由于体积变化，会由此引起相变应力发生，相变应力进一步叠加应变，与此相应的残余应力也就产生了。可以说变形和残余应力皆为从同一原因中派生出来的。

存留在钢板中的残余应力不仅对于保持钢板良好的板形不利，而且会在冷却过程中造成钢板变形。钢板变形一般分为如下三种类型：体积变化、形状的对称变化和扭曲。体积变化是指形状不变，通常只是各部分的尺寸发生同样伸缩的情况。形状的对称变化是在不同的方向上，分别出现对称性的尺寸变化的情况。扭曲是非对称性的形状变化，出现的弯曲或扭转之类的变形情况。热轧板钢卷成卷后，由于冷却时的热应力、相变应力和相变膨胀所致，钢板内会存在各种不均匀的残余应力。而在后续将带钢横切成板时，会出现不同形式与程度的浪形，纵切开条时，各条会出现翘曲，严重影响钢板的使用性能。

目前对于减小或消除热轧板内存在的残余应力，只能采用回火热处理的方式。以厚度为20mm的热轧板试样为例，如图3所示，设σ₀、σ₄₅、σ₉₀分别为与钢板横向相交0°、45°、90°三个方向的应力，h为竖直方向。通过平行光束X射线应力测定仪对残余应力进行测定，对每个测试点测定这三个方向的应力值，然后按下列公式计算最大与最小正应力σ₁、σ₂的大小与方向。

σ₁＝(σ₀-σ₉₀tg²θ)/(1-tg²θ)

σ₂＝(σ₉₀-σ₀tg²θ)/(1-tg²θ)

tg²θ＝(σ₀+σ₉₀-2σ₄₅)/(σ₉₀-σ₀)

式中：θ为σ₁与σ₀的夹角。并规定，顺时针为负，逆时针为正。

对试样热轧钢板在轧后30小时内测定其残余应力。测定完后，对试样进行加热到200℃，保温10分钟，然后缓冷到室温的回火热处理。对回火热处理后的试样再次测定其残余应力。回火处理前后残余应力测定结果见表1。

表1：钢板回火处理前后残余应力

由表1可知，20mm厚的钢板试样经过回火热处理后，残余应力由原来+60MPa降至+10MPa，或者变为压应力-10MPa，由此可知采用回火热处理工艺可以有效地减小或消除残余应力。

而现有的回火处理设备(如明火加热器、辐射管加热器等)，受其加热速度和均匀程度的限制，无法和热轧板开平作业线结合。因此，要对热轧板进行回火热处理，需要另行增设回火处理作业线，将回火处理后的热轧板带再送至开平作业线横切成板。这样一来，不但增加了热轧板的制造成本，而且回火处理后的热轧板在开平作业线上矫直、横切时同样会产生应力，造成板形缺陷，影响热轧板的使用性能。

发明内容

本发明的目的就是要克服现有技术的不足，提供一种操作便捷、实施成本低、能有效减小或消除热轧过程钢板内部的残余应力、提高钢板使用性能的微应力热轧板的生产方法，以及专用于该方法的微应力热轧板生产设备。

针对上述目的，本发明所设计的微应力热轧板的生产方法，包括以下步骤：

第一步，将热轧板钢卷开卷，并对开卷后得到的热轧板带进行常温矫直处理；

第二步，将常温矫直后得到的平直热轧板带送至电磁感应加热器中进行回火热处理；

第三步，对经过电磁感应加热器回火热处理的热轧板带进行温式矫直处理；

第四步，对温式矫直后的热轧板带定尺寸横切，裁剪成为热轧板，并将裁剪后的热轧板堆垛。

进一步地，所述第二步中，回火热处理的加热温度控制在450℃～500℃。

而本发明所设计的专用于上述微应力热轧板的生产方法的微应力热轧板生产设备，包括依次布置的开卷机、活套、常规矫直机、定尺横剪机和堆垛台，所述常规矫直机和定尺横剪机之间还依次布置有电磁感应加热器和温式矫直机。

进一步地，所说的电磁感应加热器的电源频率为4000～20000HZ。

更进一步地，所说的电磁感应加热器的功率范围为1180～2300KW。

本发明的优点在于：首先，在热轧板开平作业工序中增设了回火处理工序，能够有效减小、甚至消除热轧过程对钢板内部产生的残余应力，使钢板在矫直的同时，能减小、甚至消除残余应力，使矫直、回火处理在一条作业线上完成，减少了生产作业线的数量；其次，本发明将矫直、回火处理工序集合在一起，制出的热轧板，板型平直，在后续的切割成板的加工工序中，无论是横切还是纵切，都能明显减轻浪形或者翘曲的缺陷，极大地提高钢板的使用性能；最后，由于无需另建专用回火热处理作业线，极大地降低了生产成本。

附图说明

图1为钢板温度、相变和应力之间的耦合关系示意图；

图2为钢板表层和心部的热应力曲线示意图；

图3为试样残余应力测试的取样位置与方向标定的示意图；

图4为一种微应力热轧板生产设备的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

图1～3对钢板温度、相变、应力关系等内容的说明已在背景技术中作了描述，于此不再赘述。

如图4所示，本发明所设计的微应力热轧板生产设备，包括依次布置的开卷机1、活套2、常规矫直机3、定尺横剪机6和堆垛台7所构成的开平作业线。在常规矫直机3和定尺横剪机6之间增设有电磁感应加热器4和温式矫直机5。针对厚度12～20mm，宽度2000mm以下的钢卷，所述电磁感应加热器4可选定电源频率在4000～20000Hz，功率范围在1180～2300KW的加热器。采用这样的设备配置，是为了在现有开平作业工线中，增设回火处理设备，在对热轧板带8矫直的同时，利用回火处理，减小或消除热轧板带8中的残余应力。

而选用电磁感应加热器4作为回火热处理的加热设备，主要是基于电磁感应加热器4在选定了合适的加热功率和感应频率后，就能提供足够快的加热速度，使之与开平作业线的运行速度匹配；同时由于横截面上均匀的感应电流，还能够保证钢板横截面上温度的均匀性。较之现有回火热处理设备，如明火加热器、辐射管加热器等，能够更加有效地保证回火处理的效果。

电磁感应加热器4所遵循的主要原理是：电磁感应、集肤效应、热传导。为了将热轧板带8加热到一定的温度，要求热轧板带8中的感应电流尽可能地大，感应线圈中的电流增加，可以增加钢板中的交变磁通，进而增加其中的感应电流。增加热轧板带8中感应电流的另一个有效途径是提高感应线圈中电流的频率，由于热轧板带8中的感应电势正比于交变磁通的变化率，感应线圈中电流的频率越高，磁通的变化就越快，感应电势就越大。对同样的加热效果，频率越高，感应线圈中的电流就可以小一些，这样可以减小线圈中的功率损耗，提高设备的电效率。

频率的选择除了要考虑炉子的电效率外，坯料心表温差的控制是另一个需要考虑的重要因素，心表温差主要反映在电流透入深度上。电流频率越高，电效率也随之提高直至最后趋近和达到极限值，继续提高频率，电效率的改善极微，同时频率的提高给设备的设计和制造带来技术上的复杂性，也增加了设备的成本。从电流透入深度看，即从心表温度均匀性角度，希望降低电流的频率，以加深加热层，当电流透入深度大于坯料厚度的0.24倍时，继续降低频率已不能加深加热层，即如果没有热能在导体内的传递，靠降低频率增大电流透入深度，永远得不到沿截面均匀的加热。同时频率过低时会引起电效率的急剧下降。所以在加深电流透入深度，改善温度均匀性时，应考虑电效率不能降得太低。

上述微应力热轧板生产设备的工作过程如下：

第一步，将热轧板钢卷在开卷机1中开卷，将开卷后得到的热轧板带8通过活套2后送入常规矫直机3中进行常温矫直；

第二步，将常温矫直后得到的平直的热轧板带8送至电磁感应加热器4中进行回火热处理；

第三步，将经过电磁感应加热器4回火热处理的热轧板带8送至温式矫直机5内进行温式矫直处理；

第四步，将温矫直后的热轧板带8送至定尺横剪机6内进行定尺寸横切，裁剪成为成型的热轧板，并将裁剪后的热轧板送至堆垛台7堆垛。

为保证回火处理的效果，所述第二步中，回火热处理的加热温度应控制在450～500℃。基于电磁感应加热器4的特性，可采用以下方式控温：选用加热工作段长度为20m、电源频率为4000～20000Hz、功率范围在1180～2300KW电磁感应加热器4，使热轧板带8保持10～20m/min的速度运行。而功率的选择需要根据所需处理的热轧板带8的厚度而定，针对厚度在12mm左右、15mm左右和20mm左右的钢板，可相应地选取1100～1240KW、1700～1800KW、2260～2340KW的电磁感应加热器4。在生产过程中，可根据横切之后制得的热轧板的板型优劣对电磁感应加热器4作适当调节。若热轧板具有肉眼可观测到的浪形缺陷，则适当增加感应加热器4功率，一定程度地提高回火温度；或者适当降低作业线运行速度，直到板形缺陷消除。

实施例1

对于厚度在12mm的热轧板采用本方法进行加工处理。首先，对热轧板钢卷在开卷机1中开卷，通过活套2后进入常规矫直机3中预矫直，得到平直的热轧板带8；然后，将热轧板带8送至电磁感应加热器4中进行回火热处理，电磁感应加热器4的加热温度选定在450～500℃，电源频率为4000HZ～20KHZ，加热工作段长度为20米，设定加热功率为1180KW，加热时间为2分钟；最后，将回火热处理后的热轧板带8送至温式矫直机5内进行温矫直，对温矫直后的热轧板带送至定尺裁剪机6中定尺裁剪，成为热轧板。制得的热轧板送至堆垛台7堆垛。

经检测，所得热轧板板型平直，未发现有明显的浪形缺陷和翘曲。

实施例2

对于厚度在15mm的热轧板采用本方法进行加工处理。首先，对热轧板钢卷在开卷机1中开卷，通过活套2后进入常规矫直机3中预矫直，得到平直的热轧板带8；然后，将热轧板带8送至电磁感应加热器4中进行回火热处理，电磁感应加热器4的加热温度选定在450℃～500℃，电源频率为4000HZ～20KHZ，加热工作段长度为20米，设定加热功率为1750KW，加热时间为2分钟；最后，将回火热处理后的热轧板带8送至温式矫直机5内进行温矫直，对温矫直后的热轧板带送至定尺裁剪机6中定尺裁剪，成为热轧板。制得的热轧板送至堆垛台7堆垛。

实施例3

对于厚度在20mm的热轧板采用本方法进行加工处理。首先，对热轧板钢卷在开卷机1中开卷，通过活套2后进入常规矫直机3中预矫直，得到平直的热轧板带8；然后，将热轧板带8送至电磁感应加热器4中进行回火热处理，电磁感应加热器4的加热温度选定在450℃～500℃，电源频率为4000HZ～20KHZ，加热工作段长度为20米，设定加热功率为2300KW，加热时间为2分钟；最后，将回火热处理后的热轧板带8送至温式矫直机5内进行温矫直，对温矫直后的热轧板带送至定尺裁剪机6中定尺裁剪，成为热轧板。制得的热轧板送至堆垛台7堆垛。

Claims

1.一种微应力热轧板的生产方法，其特征在于，该生产方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的微应力热轧板的生产方法，其特征在于：所说的第二步中，电磁感应加热器的加热温度控制在450～500℃。

3.根据权利要求1或2所述的微应力热轧板的生产方法，其特征在于：所说的第二步中，电磁感应加热器的电源频率控制在4000～20000Hz，功率范围控制在1100～2340KW。

4.根据权利要求3所述的微应力热轧板的生产方法，其特征在于：所说的第二步中，电磁感应加热器的功率范围控制在1100～1240KW。

5.根据权利要求3所述的微应力热轧板的生产方法，其特征在于：所说的第二步中，电磁感应加热器的功率范围控制在1700～1800KW。

6.根据权利要求3所述的微应力热轧板的生产方法，其特征在于：所说的第二步中，电磁感应加热器的功率范围控制在2260～2340KW。

7.根据权利要求1或2所述的微应力热轧板的生产方法，其特征在于：所说的第二步中，电磁感应加热器的加热段的长度控制在20米，加热时间控制在2～4分钟。

8.一种用于实现权利要求1所述方法的微应力热轧板生产设备，包括依次布置的开卷机(1)、活套(2)、常规矫直机(3)、定尺横剪机(6)和堆垛台(7)，其特征在于：所述常规矫直机(3)和定尺横剪机(6)之间还依次布置有电磁感应加热器(4)和温式矫直机(5)。

9.根据权利要求4所述的微应力热轧板生产设备，其特征在于：所说的电磁感应加热器(4)的电源频率范围为4000～20000Hz。

10.根据权利要求4或5所述的微应力热轧板生产设备，其特征在于：所说的电磁感应加热器(4)的功率范围为1100～2340KW。