CN103822081B

CN103822081B - 横向变厚度板带材及其制备方法

Info

Publication number: CN103822081B
Application number: CN201410079260.2A
Authority: CN
Inventors: 刘相华; 支颖
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2014-03-05
Filing date: 2014-03-05
Publication date: 2016-04-06
Anticipated expiration: 2034-03-05
Also published as: CN103822081A

Abstract

一种横向变厚度板带材及其制备方法，横向变厚度板带材由至少两个等厚度区和至少一个过渡区构成，或由至少一个等厚度区和至少一个楔形区构成，或由一个或两个以上的楔形区构成，或由两个以上的曲线型变厚度区组成。制备方法为：（1）进行过渡轧制，轧机的两个工作辊均设有至少一个凸起和至少一个凹槽，或者分别设有至少一个凸起和至少一个凹槽；（2）进行成形轧制。本发明方法能够实现节约金属材料，减轻结构重量的目标；利用轧制方法生产横向变厚度板材的方法，避免了用焊接方法生产横向变厚度板材所具有的生产效率低下、生产成本较高等缺点。

Description

横向变厚度板带材及其制备方法

技术领域

本发明属于轧制技术领域，特别涉及一种横向变厚度板带材及其制备方法。

背景技术

变厚度板带材用于汽车制造、造船、桥梁等行业，具有节材减重、减少焊缝、降低成本、提高效率等优点。变厚度板材的生产方法有激光拼焊、轧制等多种；近年来，用轧制方法生产变厚度钢板因其质量好、成本低、效率高而受到重视。

变厚度板带材可分为纵向变厚度板带、横向变厚度板带和三维变厚度板带材。汽车上可用轧制变厚度板带制作的汽车轻量化零部件有很多，一些零件需要纵向变厚度，也有一些零件需要横向变厚度。横向变厚度与纵向变厚度板材均可由轧制方法获得，但是二者的生产方法不同，纵向变厚度靠动态调整辊缝获得，横向变厚度靠设计合理的辊型曲线来获得。纵向变厚度板带材已经开始批量生产；但横向变厚度板带轧制技术的研究却甚少。

发明内容

本发明的目的是提供一种横向变厚度板带材及其制备方法，通过优化设计板材的横向断面形状，使横断面上的金属分布与负载条件及结构特点能够合理匹配，实现节约金属材料，减轻结构重量的效果。

本发明的横向变厚度板带材由至少两个厚度不同的等厚度区和至少一个过渡区构成，或者由至少一个等厚度区和至少一个楔形区构成，或者由一个或两个以上的楔形区构成，或者由两个以上的曲线型变厚度区组成；上述的横向变厚度板带材包括以下类型：1）水平轴对称型；2）垂直轴对称型；3）双轴对称型；4）周期性变厚度型。

上述的横向变厚度板带材中，相邻的厚度不同的等厚度区之间为过渡区；当等厚度区和楔形区相邻时，等厚度区和楔形区之间设有过渡区或不设有过渡区；当楔形区与楔形区相邻时，两个相邻的楔形区之间设有过渡区或不设有过渡区。

上述的横向变厚度板带材的横截面的上边线由一条或者两条以上曲线构成，下边线由一条或者两条以上曲线构成。

上述的过渡区包括以下类型：1）双弧过渡型，2）直线主导过渡型，3）单弧主导过渡型，4）曲线过渡型；5）线性突变过渡型，6）多段折线过渡型；其中曲线过渡型的过渡曲线为幂函数、三角函数或其他连续函数。

本发明的横向变厚度板带材的制备方法按以下步骤进行：

1、采用第一轧机对待轧制的板带材进行过渡轧制，第一轧机的一个工作辊柱面的圆周上设有至少一个凸起，另一个工作辊的柱面的圆周上设有至少一个凹槽，或者两个工作辊柱面的圆周上设有至少一个凸起和至少一个凹槽；第一轧机的辊缝构成U型曲线结构、横放的S型曲线结构、M型曲线结构或W型曲线结构；将待轧制的板带材用第一轧机进行过渡轧制，制成中部带有异型结构的中间板带材，所述的异型结构为U型曲线结构、横放的S型曲线结构、M型曲线结构或W型曲线结构；

2、采用第二轧机对中部带有异型结构的中间板带材进行成形轧制，第二轧机的辊缝由至少两个厚度不同的等厚度区和至少一个过渡区构成，或者由至少一个等厚度区和至少一个楔形区构成，或者由一个或两个以上的楔形区构成，或者由两个以上的曲线型变厚度区构成；第二轧机的辊缝横截面包括以下类型：1）水平轴对称型；2）垂直轴对称型；3）双轴对称型；4）周期性变厚度型；将中部带有异型结构的中间板带材用第二轧机进行成形轧制，制成横向变厚度板带材。

上述方法中，在第一轧机的入口处设置一个开卷机，在第二轧机的出口处设置一个卷取机，轧制时对板带材进行带张力轧制；把待轧制的板带材装到开卷机上，利用引带穿过第一轧机和第二轧机，进入卷取机，在开卷机和两个轧机之间对待轧制的板带材施加后张力，两个轧机和卷取机之间施加前张力，进行带张力轧制，直到完成一卷带材的轧制过程。

上述的中部带有异型结构的中间板带材中，异型结构部分的宽度为待轧制的板带材宽度的1/2~3/4。

上述的中部带有异型结构的中间板带材中，异型结构部分的厚度为待轧制的板带材厚度的2/5~1/2。

本发明具有能够适应在载荷不均匀分布条件下，最大限度发挥出金属的承载能力的特点，且可以通过轧制方法获得；利用带有分段连续的辊型曲线实现对变厚度的控制，获得具有所希望断面形状的横向变厚度产品；选用的待轧制的板带材可以是钢、铝、铜及其它金属材料或者合金材料的板带材。

本发明的方法可以根据用户需要进行任意等厚度区和过渡区的组合，以期达到最佳的节能节材使用效果，满足结构设计的需要；同一断面所包含的最厚部位和最薄部位的差厚比不能超出成形加工极限条件的限制，对冷轧钢板来说，差厚比不宜大于1:3；可以根据负载变化情况，确定折线的位置，收到最佳的承载效果。

横向变厚度工作辊辊型的设计是本发明的技术关键，设计的原则是根据轧制过程金属流动规律，为轧制过程中板带材宽向薄区的金属安排向着横向流动的空间，以保证在纵向延伸一致性得到满足的前提下，同时满足体积不变条件。

原料选择的原则是保证其厚度略大于成形后横向变厚度板材的最大厚度，其宽度根据成品的宽度和体积不变条件确定；当中部薄区长度不大时，可以选用U成形方法；当中部薄区长度较大时，可以选用S成形方法；当中部薄区长度很大时，可以选用M成形方法或W成形方法。

本发明的优点及有益效果是：

1、通过优化设计板材的横向断面形状，使横断面上的金属分布与负载条件及结构特点能够匹配，从而实现节约金属材料，减轻结构重量的目标。

2、将横向变厚度板材用于汽车制造等结构零部件，减轻结构重量，达到减少油耗、节能减排的效果。

3、利用轧制方法生产横向变厚度板材的方法，避免了用焊接方法生产横向变厚度板材所具有的生产效率低下、生产成本较高等缺点，容易实现横向变厚度板材的大批量工业生产。

附图说明

图1为本发明实施例中的水平轴对称型的横向变厚度板带材的横截面示意图；图中，a1为短过渡区三段横向变厚度板，b1为短过渡区多段横向变厚度板，c1为长过渡区三段横向变厚度板，d1为单楔形横向变厚度板，e1为长过渡区三段横向变厚度板，f1为组合形横向变厚度板；

图2为本发明实施例中的垂直轴对称型的横向变厚度板带材的横截面示意图；图中，a2为短过渡区中薄型横向变厚度板，b2为短过渡区中厚型横向变厚度板，c2为长过渡区中薄型横向变厚度板，d2为长过渡区中厚型横向变厚度板，e2为中薄楔形平底变厚度板，f2为中厚楔形平底变厚度板；

图3为本发明实施例中的双轴对称型的横向变厚度板带材的横截面示意图；图中，a3为短过渡区中薄型双轴对称变厚度板，b3为短过渡区中厚型双轴对称变厚度板，c3为长过渡区中薄型双轴对称变厚度板，d3为长过渡区中厚型双轴对称变厚度板，e3为中厚楔形变厚度板f3为中薄楔形变厚度板；

图4为本发明实施例中的周期性变厚度型的横向变厚度板带材的横截面示意图；图中，a4为多段平底变厚度板，b4为多段横向变厚度板，c4为多段曲线过渡变厚度板，d4为波纹形横向变厚度板，e4为沟槽形变厚度板，f4为凸筋形变厚度板；

图5为本发明实施例中的横向变厚度板带材的过渡区的连接曲线形式示意图；图中，a5为双弧过渡型，b5为直线主导过渡型，c5为单弧主导过渡型，d5为曲线过渡型，e5为线性突变过渡型，f5为多段折线过渡型；

图6为本发明实施例1中的待轧制的板带材、中间板带材及横向变厚度板带材的横截面结构示意图；图中，a6为待轧制的板带材，b6为U型曲线结构的中间板带材和U成形中薄垂直轴对称横向变厚度板带材，c6为横放的S型曲线结构的中间板带材和S成形中薄双轴对称横向变厚度板带材，d6为M型曲线结构的中间板带材和M成形中薄垂直轴对称横向变厚度板带材，e6为W型曲线结构的中间板带材和W成形中薄双轴对称横向变厚度板带材；

图7为本发明实施例1中的第一轧机的工作辊辊缝结构和第二轧机的工作辊辊缝结构示意图；图中，a7为第一轧机辊缝结构及中间板带材，b7为第二轧机辊缝结构及横向变厚度板带材。

具体实施方式

本发明实施例中采用的待轧制的板带材的材质为Q345，厚度为2.0mm。

本发明实施例中选用成卷的冷轧卷或热轧酸洗带材作为待轧制的板带材。

本发明实施例中需要热处理的产品，将经过成形道次轧制后的带卷运送到退火炉进行退火，退火过程可在罩式退火炉中进行，也可在连续式退火炉中进行；经过退火的钢卷运送到平整机组进行平整，平整延伸率在1~3%范围内选取，平整的带卷运送到矫直－剪切线，经矫直机矫平后，按照要求的宽度尺寸，经剪切机横向剪切，形成所需产品。

本发明实施例中工作辊柱面的圆周上设有的凸起顶端与工作辊柱面的距离为工作辊直径的1/5~1/3。

本发明实施例中工作辊柱面的圆周上设有的凹槽的底端与工作辊柱面的距离为工作辊直径的1/5~1/3。

本发明实施例中选用的第一轧机和第二轧机为二辊轧机。

本发明实施例中选用的轧制速度为1~10m/s。

实施例1

待轧制的板带材横截面如图6的A6所示；

采用四种第一轧机；第一种第一轧机的上工作辊柱面的圆周上设有一个凸起，下工作辊的柱面的圆周上设有一个凹槽；第二种第一轧机的上工作辊柱面的圆周上设有一个凸起和一个凹槽，下工作辊的柱面的圆周上设有一个凸起和一个凹槽；第三种第一轧机的上工作辊柱面的圆周上设有一个凸起和两个凹槽，下工作辊的柱面的圆周上设有两个凸起和一个凹槽；第四种第一轧机的上工作辊柱面的圆周上设有两个凸起和一个凹槽，下工作辊的柱面的圆周上设有一个凸起和两个凹槽；四种第一轧机的辊缝分别构成U型曲线结构、横放的S型曲线结构、M型曲线结构和W型曲线结构；

将待轧制的板带材用第一轧机进行过渡轧制，分别制成中部带有异型结构的中间板带材，所述的异型结构分别为U型曲线结构、横放的S型曲线结构、M型曲线结构和W型曲线结构；各中间板带材的横截面分别如图6的B6、C6、D6和E6中的上方图所示；

分别采用四种第二轧机；

第一种第二轧机的辊缝由一个薄等厚度区、两个厚等厚度区和两个过渡区构成，底面为一个平面，顶面有一个凹面；

第二种第二轧机的辊缝由一个薄等厚度区、两个厚等厚度区和两个过渡区构成，底面和顶面均有一个凹面；

第三种第二轧机的辊缝同第一种；

第四种第二轧机的辊缝同第二种；

第一、三种第二轧机的辊缝横截面为垂直轴对称型；第二、四种第二轧机的辊缝横截面为水平轴对称型；将中部带有异型结构的中间板带材用第二轧机进行成形轧制，制成横向变厚度板带材；各横向变厚度板带材分别如图6的B6、C6、D6和E6中的下方图所示；

第一、二、三和四种第一轧机分别与第一、二、三和四种第二轧机组合进行轧制，形成第一、二、三和四套轧制设备；

轧制过程中在第一轧机的入口处设置一个开卷机，在第二轧机的出口处设置一个卷取机，轧制时对板带材进行带张力轧制；带张力轧制是指：把待轧制的板带材装到开卷机上，利用引带穿过第一轧机和第二轧机，进入卷取机，在开卷机和两个轧机之间对待轧制的板带材施加后张力，两个轧机和卷取机之间施加前张力，进行带张力轧制，直到完成一卷带材的轧制过程；

中部带有异型结构的中间板带材中，按第一、二、三和四套轧制设备的顺序，异型结构部分的宽度分别为待轧制的板带材宽度的1/2、5/8、5/8和3/4；

中部带有异型结构的中间板带材中，按第一、二、三和四套轧制设备的顺序，异型结构部分的厚度分别为待轧制的板带材厚度的2/5、2/5、1/2和1/2；

制成的四种横向变厚度板带材中，第一种由两个厚等厚度区和一个薄等厚度区构成，中间的薄等厚度区与两边的厚等厚度区之间各设有一个过渡区，底面为平面，顶面为凹面；第二种由两个厚等厚度区和一个薄等厚度区构成，中间的薄等厚度区与两边的厚等厚度区之间各设有一个过渡区，底面和顶面均为凹面；第三种与第一种结构相同，第四种与第二种结构相同；第一种和第三种为垂直轴对称型，第二种和第四种为水平轴对称型；

相邻两个厚度不同的等厚度之间的过渡区为直线主导过渡型；

上述的四种横向变厚度板带材中，第一种和第三种横向变厚度板带材的横截面的上边线由五条曲线构成，下边线由一条曲线构成；第二种和第四种横向变厚度板带材的横截面的上边线和下边线均由五条曲线构成；

与传统的焊接等方法制备的同类材料相比，上述方法制备的横向变厚度板带材的薄区和厚区之间的连接部分光滑无裂纹；生产效率高且综合成本大幅降低。

实施例2

采用的第一轧机的上、下工作辊结构同实施例1的第一种第一轧机；辊缝构成U型曲线结构；将待轧制的板带材用第一轧机进行过渡轧制，制成中部带有异型结构的中间板带材，所述的异型结构为U型曲线结构；

分别采用六种第二轧机，其工作辊的辊缝结构的辊缝横截面为水平轴对称型；分别如图1的A1、B1、C1、D1、E1和F1所示；将中部带有异型结构的中间板带材用第二轧机进行成形轧制，制成六种横向变厚度板带材，结构分别如图1的A1、B1、C1、D1、E1和F1所示；

轧制过程中进行带张力轧制，方法同实施例1；

中部带有异型结构的中间板带材中，异型结构部分的宽度为待轧制的板带材宽度的1/2；

中部带有异型结构的中间板带材中，异型结构部分的厚度为待轧制的板带材厚度的2/5；

制备的六种横向变厚度板带材为水平轴对称型；第一种横向变厚度板带材由一个薄等厚度区、一个厚等厚度区和一个过渡区组成；第二种横向变厚度板带材由两个薄等厚度区、两个厚等厚度区和三个过渡区组成；第三种横向变厚度板带材由一个薄等厚度区、一个厚等厚度区和一个楔形区组成；第四种横向变厚度板带材由一个楔形区构成；第五种横向变厚度板带材由一个薄等厚度区、一个厚等厚度区、一个中间等厚度区和两个过渡区组成；第六种横向变厚度板带材由一个薄等厚度区、一个厚等厚度区、一个楔形区和一个过渡区构成；

过渡区的类型为直线主导过渡型；结构如图B5所示；

上述的六种横向变厚度板带材中，第一种和第三种横向变厚度板带材的横截面的上边线和下边线由三条曲线构成；第二种横向变厚度板带材的横截面的上边线和下边线均由七条曲线构成；第四种横向变厚度板带材的横截面的上边线和下边线由一条曲线构成；第五种横向变厚度板带材的横截面的上边线和下边线由五条曲线构成；第六种横向变厚度板带材的横截面的上边线和下边线由四条曲线构成；

实施例3

采用的第一轧机的上、下工作辊结构同实施例1的第二种第一轧机，辊缝构成横放的S型曲线结构；将待轧制的板带材用第一轧机进行过渡轧制，制成中部带有异型结构的中间板带材，所述的异型结构为横放的S型曲线结构；

分别采用六种第二轧机，其辊缝结构的辊缝横截面为垂直轴对称型；分别如图2的A2、B2、C2、D2、E2和F2所示；将中部带有异型结构的中间板带材用第二轧机进行成形轧制，制成六种横向变厚度板带材，结构分别如图2的A2、B2、C2、D2、E2和F2所示；

轧制过程中进行带张力轧制，方法同实施例1；

中部带有异型结构的中间板带材中，异型结构部分的宽度为待轧制的板带材宽度的3/4；

中部带有异型结构的中间板带材中，异型结构部分的厚度为待轧制的板带材厚度的1/2；

制备的六种横向变厚度板带材为垂直置轴对称型；第一种横向变厚度板带材由一个薄等厚度区、两个厚等厚度区和两个过渡区组成；第二种横向变厚度板带材由两个薄等厚度区、一个厚等厚度区和两个过渡区组成；第三种横向变厚度板带材由一个薄等厚度区、两个厚等厚度区和两个过渡区组成；第四种横向变厚度板带材由一个厚等厚度区、两个薄等厚度区和两个过渡区构成；第五种和第六种横向变厚度板带材均由两个楔形区构成；

上述的六种横向变厚度板带材中，前四种的过渡区分别为双弧过渡型、单弧主导过渡型、曲线过渡型、曲线过渡型；结构分别如图A5、C5、D5和D5所示；

上述的六种横向变厚度板带材中，下边线均由一条曲线构成；其中第一、二、三和四种横向变厚度板带材的横截面的上边线由五条曲线构成；第五和六种横向变厚度板带材的横截面的上边线由两条曲线构成；

实施例4

采用的第一轧机的上、下工作辊结构同实施例1的第三种第一轧机，辊缝构成M型曲线结构；将待轧制的板带材用第一轧机进行过渡轧制，制成中部带有异型结构的中间板带材，所述的异型结构为M型曲线结构；

分别采用六种第二轧机，其辊缝结构的辊缝横截面为双轴对称型；分别如图3的A3、B3、C3、D3、E3和F3所示；将中部带有异型结构的中间板带材用第二轧机进行成形轧制，制成六种横向变厚度板带材，结构分别如图3的A3、B3、C3、D3、E3和F3所示；

轧制过程中进行带张力轧制，方法同实施例1；

制备的六种横向变厚度板带材为双轴对称型；第一种横向变厚度板带材由一个薄等厚度区、两个厚等厚度区和两个过渡区组成；第二种横向变厚度板带材由两个薄等厚度区、一个厚等厚度区和两个过渡区组成；第三种横向变厚度板带材由一个薄等厚度区、两个厚等厚度区和两个过渡区组成；第四种横向变厚度板带材由一个厚等厚度区、两个薄等厚度区和两一个过渡区构成；第五种和第六种横向变厚度板带材均由两个楔形区构成；

上述的六种横向变厚度板带材中，前四种的过渡区分别为双弧过渡型、单弧主导过渡型、为线性突变过渡型、多段折线过渡型；结构分别如图A5、C5、E5和F5所示；

上述的六种横向变厚度板带材中，第一、二、三、四种横向变厚度板带材的横截面的上边线和下边线均由五条曲线构成；第五、六种横向变厚度板带材的横截面的上边线和下边线均由两条曲线构成；

实施例5

采用第一轧机的上、下工作辊结构同实施例1的第四种第一轧机，辊缝构成W型曲线结构；将待轧制的板带材用第一轧机进行过渡轧制，制成中部带有异型结构的中间板带材，所述的异型结构为W型曲线结构；

分别采用六种第二轧机，其辊缝横截面为周期性变厚度型，分别如图4的A4、B4、C4、D4、E4和F4所示；将中部带有异型结构的中间板带材用第二轧机进行成形轧制，制成六种横向变厚度板带材，分别如图4的A4、B4、C4、D4、E4和F4所示；

轧制过程中进行带张力轧制，方法同实施例1；

中部带有异型结构的中间板带材中，异型结构部分的厚度为待轧制的板带材厚度的1/2

制备的六种横向变厚度板带材为周期性变厚度型；第一种横向变厚度板带材由五个薄等厚度区、四个厚等厚度区和八个过渡区构成；第二种横向变厚度板带材由五个薄等厚度区、四个厚等厚度区和八个过渡区构成；第三种横向变厚度板带材由四个曲线型变厚度区构成；第四种横向变厚度板带材由四个曲线型变厚度区构成；第五种横向变厚度板带材由四个厚等厚度区、和三个薄等厚度区和六个过渡区构成，第六种横向变厚度板带材均由四个薄等厚度区、三个厚等厚度区和六个过渡区构成；

上述的六种横向变厚度板带材中，第一、二、五、六种横向变厚度板带材的过渡区为直线主导过渡型；结构如图B5所示；

上述的六种横向变厚度板带材中；第一种横向变厚度板带材的上边线由17条曲线构成，下边线由一条曲线构成；第二种横向变厚度板带材的上边线和下边线均由17条曲线构成；第三种和第四种横向变厚度板带材的横截面的上边线均由一条曲线构成；第五和六种横向变厚度板带材的横截面的上边线由13条曲线构成，下边线由一条曲线构成；

Claims

1.一种横向变厚度板带材的制备方法，其特征在于按以下步骤进行：

（1）采用第一轧机对待轧制的板带材进行过渡轧制，第一轧机的一个工作辊柱面的圆周上设有至少一个凸起，另一个工作辊的柱面的圆周上设有至少一个凹槽，或者两个工作辊柱面的圆周上设有至少一个凸起和至少一个凹槽；第一轧机的辊缝构成U型曲线结构、横放的S型曲线结构、M型曲线结构或W型曲线结构；将待轧制的板带材用第一轧机进行过渡轧制，制成中部带有异型结构的中间板带材，所述的异型结构为U型曲线结构、横放的S型曲线结构、M型曲线结构或W型曲线结构；

（2）采用第二轧机对中部带有异型结构的中间板带材进行成形轧制，第二轧机的辊缝由至少两个厚度不同的等厚度区和至少一个过渡区构成，或者由至少一个等厚度区和至少一个楔形区构成，或者由一个或两个以上的楔形区构成，或者由两个以上的曲线型变厚度区构成；第二轧机的辊缝横截面包括以下类型：1）水平轴对称型；2）垂直轴对称型；3）双轴对称型；4）周期性变厚度型；将中部带有异型结构的中间板带材用第二轧机进行成形轧制，制成横向变厚度板带材。

2.根据权利要求1所述的横向变厚度板带材的制备方法，其特征在于所述的异型结构部分的宽度为待轧制的板带材宽度的1/2~3/4。

3.根据权利要求1所述的横向变厚度板带材的制备方法，其特征在于所述的异型结构部分的厚度为待轧制的板带材厚度的2/5~1/2。