CN103831297A - 横向局部加厚板带材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种横向局部加厚板带材及其制备方法，属于轧制技术领域，横向局部加厚板带材由基板和至少一个纵向的板筋组成。制备方法为：（1）准备待轧制的板带材；（2）进行第一道次轧制；轧机一个工作辊上设有梯形凹槽，另一个工作辊上设有梯形凸起；（3）进行中间道次轧制；轧机一个工作辊上设有弧形凹槽，另一个工作辊上设有弧形凸起；（4）进行最终道次轧制；最终轧机的一个工作辊柱面的圆周上设有板筋槽。本发明提出的横向局部加厚板带材，通过优化设计板材的横向断面形状，使横断面上的局部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。

Description

横向局部加厚板带材及其制备方法

技术领域

本发明属于轧制技术领域，特别涉及一种横向局部加厚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。其中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；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。 

轧制生产出局部加厚的横向变厚度板带材，可以制备出局部增厚的角型材、槽型材和矩型管材， 这类横向局部加厚板带材和局部加厚型材用于适当的结构中，可以使金属在零部件横断面的分布更为合理，在节省金属、减轻结构重量的前提下，利用纵筋增加原板的承载能力，通过增加局部加厚型材的抗弯截面模量和抗扭截面模量来提高结构刚度，发挥出最大的负载潜能。在全世界资源、能源的合理使用越来越受到重视的当今，这种具有节能减重特点的新产品是目前急需开发的技术。 

发明内容

本发明的目的是提供一种横向局部加厚板带材及其制备方法，通过优化设计板材的横向断面形状，使横断面上的局部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。 

本发明的横向局部加厚板带材由基板和至少一个纵向的板筋组成，板筋处的厚度为基板厚度的1.8~2倍，板筋和基板为一体结构；当板筋的数量多于一个时，各板筋均位于基板的同一个面上。 

上述的横向局部加厚板带材的板筋数量多于一个时，各板筋与基板的高度差相同。

本发明的横向局部加厚板带材的制备方法按以下步骤进行： 

1、选用成卷的冷轧卷或热轧酸洗带材作为待轧制的板带材；

2、采用第一轧机对待轧制的板带材进行第一道次轧制；第一轧机的一个工作辊柱面的圆周上设有梯形凹槽，另一个工作辊柱面的圆周上设有梯形凸起，第一轧机的工作辊的辊缝构成一个或一个以上的U型曲线结构；第一道次轧制后获得一次轧制板带材，一次轧制板带材的一个表面上有梯形凸起，另一个表面上有梯形凹槽；其中梯形凸起的高度为0.1~0.3mm，梯形凹槽的深度为0.1~0.3mm；

3、采用第二轧机对一次轧制板带材进行第二道次轧制；第二轧机的一个工作辊柱面的圆周上设有弧形凹槽，另一个工作辊柱面的圆周上设有弧形凸起，第二轧机的工作辊的辊缝构成一个或一个以上的V型曲线结构；第二道次轧制后获得二次轧制板带材，二次轧制板带材的一个表面上有弧形凸起，另一个表面上有弧形凹槽；弧形凸起的高度为0.2~0.5mm，弧形凹槽的深度为0.2~0.5mm；

4、采用最终轧机对二次轧制板带材进行最终道次轧制；最终轧机的一个工作辊柱面的圆周上设有板筋槽，另一个工作辊为圆柱面，最终轧机的辊缝构成局部变厚结构；最终道次轧制后获得横向局部加厚板带材。

上述的待轧制板带材的厚度为横向局部加厚板带材的板筋处厚度的1.1~1.3倍。 

上述方法中，当二次轧制板带材上的弧形凸起和弧形凹槽多于一个时，将二次轧制板带材采用第三轧机进行第三道次轧制；第三轧机的一个工作辊柱面的圆周上设有至少一个凸台，另一个工作辊为圆柱面；进行第三道次轧制时，凸台的顶面与二次轧制板带材接触，凸台的侧面与二次轧制板带材的相邻的两个弧形凸起的一侧接触；经过第三道次轧制使各弧形凸起沿宽度方向向凸台两侧延伸，对弧形凸起的排列进行调整，第三道次轧制完成后获得的三次轧制板带材进行最终轧制。 

上述方法中，每次进行轧制时在第一轧机入口处设置一个开卷机，在最终轧机出口处设置一个卷取机，轧制时进行带张力轧制；把待轧制的板带材装到开卷机上，利用引带穿过第一轧机、第二轧机和最终轧机，或者穿过第一轧机、第二轧机、第三轧机和最终轧机，进入卷取机，在开卷机和各轧机之间对待轧制的板带材施加后张力，各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。 

上述的横向局部加厚板带材需要进行退火处理时，将经过成卷的横向局部加厚板带材运送到退火炉进行退火，选用的退火炉为罩式退火炉或连续式退火炉。 

上述的横向局部加厚板带材或经过退火处理后的横向局部加厚板带材采用平整机进行平整，平整延伸率在1~3%范围内选取；然后送到辊弯生产线，经多道次辊弯成形，加工成开口型材或闭口型材；对开口型材（如角型材、槽型材）按照要求的定尺进行剪切，得到目标产品；对闭口型材（如方型、矩型、六角型管材）成形后进行焊接，然后剪切成定尺，得到目标产品。 

本发明的目的在于提出一类横向局部加厚板带材，可以用作局部加厚型材和冲压结构件的原料，也可直接用作结构材料；且可以通过轧制方法获得；本发明制备的产品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，可利用横向局部加厚板带材由辊弯成形制备；本发明的方法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。 

本发明提出的横向局部加厚板带材的材质可以是钢、铝、铜及其它金属材料或者合金材料的板带材，其横截面形状特征可分为单加厚区、双加厚区和多加厚区等几种类型，这类板带材相当于在平板上配置一条或几条纵筋。 

本发明的横向局部加厚板带材可以通过辊弯成形来制备局部加厚型材，也可以直接用作结构材料；此时可在节省技术、减轻结构重量的前提下，利用纵筋增加原板的承载能力和刚度。 

横向局部加厚板带材轧制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；根据产品横向厚度差值的范围，可以选择几种不同类型的辊型曲线。 

轧制过程分为至少三个道次，第一个道次为成形道次，将等厚来料轧制出成品的雏形，后续道次主要为薄区金属横向流动创造条件，最终道次为成品道次，主要是将轧件展平整形。 

采用多机架冷连轧机的方式为：将各道次使用的轧机依次排列，在第一轧机和最终轧机机架的两侧分别设置有开卷机、卷取机，在卷取机与轧机之间设置有用于测量带材厚度的测厚仪；在开卷机、卷取机上分别设置有用于测量轧制过程中卷取机上带卷直径的卷径测量仪；在轧机上设置有用于测量轧制时轧制力的轧制力传感器、内置位移传感器的液压缸，所述的液压缸的位移传感器用于测量轧机的辊缝；所述的测厚仪卷径测量仪、轧制力传感器、液压缸的位移传感器、张力计及脉冲编码器等测量信号均进入计算机控制系统参与控制。 

本发明提出的横向局部加厚板带材，通过优化设计板材的横向断面形状，使横断面上的局部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；将本发明提出的横向局部加厚板带材用于制造具有特征的角型、槽型等局部加厚型材，或者矩型、六角型等局部加厚异型管材，可以提高构件的承载能力，减轻结构重量，收到节能减排的良好效果；本发明的方法利用轧制方法生产横向局部加厚板带材的技术路线，具有生产效率高，生产成本低等优点，容易实现局部加厚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横向局部加厚板带材及辊弯成形后制备的局部加厚型材结构示意图，其中A1为单加厚区的横向局部加厚板带材，B1为用单加厚区的横向局部加厚板带材制备的角钢型材，C1为双加厚区的横向局部加厚板带材，D1为双加厚区的横向局部加厚板带材制备的槽钢型材，E1为四加厚区的横向局部加厚板带材，F1为四加厚区的横向局部加厚板带材制备的局部加厚的矩形管材，G1为六加厚区的横向局部加厚板带材，H1为六加厚区的横向局部加厚板带材制备的六角形管材； 

图2本发明实施例中的横向局部变厚度板带材横截面结构示意图，图中A2为单加厚区的横向变厚度板带材横截面，图B2为双加厚区的横向变厚度板带材横截面，C2为四加厚区的横向变厚度板带材横截面；

图3为本发明实施例2中的横向局部加厚板带材轧制成形过程的工作辊和轧件结构示意图，图中A3为第一道次轧制时第一轧机和一次轧制板带材，X1为第一轧机的上工作辊，Y1为第一轧机的下工作辊；B3为第二道次轧制时第二轧机和二次轧制板带材，X2为第二轧机的上工作辊，Y2为第二轧机的下工作辊；C3为第三道次轧制时第三轧机和三次轧制板带材，X3为第三轧机的上工作辊，Y3为第三轧机的下工作辊；D3为最终道次轧制时最终轧机和横向局部加厚板带材，X4为最终轧机的上工作辊，Y4为最终轧机的下工作辊。

具体实施方式

本发明实施例中采用的待轧制的板带材为成卷的冷轧卷或热轧酸洗带材，其材质为钢、铝或铜。 

本发明实施例中的横向局部加厚板带材上板筋的宽度为基板宽度的1/5~1/15。 

本发明实施例中的横向局部加厚板带材需要进行退火处理时，将经过成卷的横向局部加厚板带材运送到退火炉进行退火，选用的退火炉为罩式退火炉或连续式退火炉。 

本发明实施例中的横向局部加厚板带材采用平整机进行平整，平整延伸率在1~3%范围内选取；然后送到辊弯生产线，经多道次辊弯成形，加工成开口型材或闭口型材； 对开口型材（如角型材、槽型材）按照要求的定尺进行剪切，得到目标产品；对闭口型材（如方型、矩型、六角型管材）成形后进行焊接，然后剪切成定尺，得到目标产品。 

本发明实施例中的采用带张力轧制是把待轧制的板带材装到开卷机上，利用引带穿过第一轧机、第二轧机和最终轧机，或者穿过第一轧机、第二轧机、第三轧机和最终轧机，进入卷取机，在开卷机和各轧机之间对待轧制的板带材施加后张力，各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。 

本发明实施例中选用的轧制速度为1~10m/s。 

实施例 1

选用冷轧带钢作为待轧制的板带材；

采用第一轧机对待轧制的板带材进行第一道次轧制；第一轧机的一个工作辊柱面的圆周上设有一个梯形凹槽，另一个工作辊柱面的圆周上设有一个梯形凸起，第一轧机的工作辊的辊缝构成一个U型曲线结构；第一道次轧制后获得一次轧制板带材，一次轧制板带材的一个表面上有一个梯形凸起，另一个表面上有一个梯形凹槽；其中梯形凸起的高度为0.1mm，梯形凹槽的深度为0.1mm；

采用第二轧机对一次轧制板带材进行第二道次轧制；第二轧机的一个工作辊柱面的圆周上设有一个弧形凹槽，另一个工作辊柱面的圆周上设有一个弧形凸起，第二轧机的工作辊的辊缝构成一个V型曲线结构；第二道次轧制后获得二次轧制板带材，二次轧制板带材的一个表面上有一个弧形凸起，另一个表面上有一个弧形凹槽；弧形凸起的高度为0.2mm，弧形凹槽的深度为0.2mm；

采用最终轧机对二次轧制板带材进行最终道次轧制；最终轧机的一个工作辊柱面的圆周上设有一个板筋槽，另一个工作辊为圆柱面，最终轧机的辊缝构成局部变厚结构；最终道次轧制后获得横向局部加厚板带材；

待轧制板带材的厚度为横向局部加厚板带材的板筋处最大厚度的1.1倍；

制备的横向局部加厚板带材由基板和一个纵向的板筋组成，板筋两侧与基板的一个表面相切；板筋处的厚度为基板厚度的1.8倍，板筋和基板为一体结构；

横向局部加厚板带材结构如图A1所示，板筋（加厚区）的厚度最大处为1.8mm，基板部分厚度1mm，宽度600mm；

横向局部加厚板带材采用平整机进行平整，平整延伸率在1~3%范围内选取；然后送到辊弯生产线，经多道次辊弯成形，加工成开口型材，结构如图B1所示。

实施例2 

采用冷轧带钢作为待轧制的板带材；方法同实施例1，不同点在于：

第一轧机的一个工作辊柱面的圆周上设有2个梯形凹槽，另一个工作辊柱面的圆周上设有2个梯形凸起，第一轧机的工作辊的辊缝构成2个U型曲线结构；一次轧制板带材的一个表面上有2个梯形凸起，另一个表面上有2个梯形凹槽；其中梯形凸起的高度为0.2mm，梯形凹槽的深度为0.2mm；

第二轧机的一个工作辊柱面的圆周上设有2个弧形凹槽，另一个工作辊柱面的圆周上设有2个弧形凸起，第二轧机的工作辊的辊缝构成2个V型曲线结构；，二次轧制板带材的一个表面上有2个弧形凸起，另一个表面上有2个弧形凹槽；弧形凸起的高度为0.3mm，弧形凹槽的深度为0.3mm；

将二次轧制板带材采用第三轧机进行第三道次轧制；第三轧机的一个工作辊柱面的圆周上设有2个凸台，另一个工作辊为圆柱面；进行第三道次轧制时，凸台的顶面与二次轧制板带材接触，凸台的侧面与二次轧制板带材上相邻的两个弧形凸起的一侧接触；凸台两侧的部分不与二次轧制板带材接触；经过第三道次轧制使各各弧形凸起沿水平方向向凸台两侧延伸，对弧形凸起的排列进行调整，第三道次轧制完成后获得的三次轧制板带材进行最终轧制；

最终轧机的一个工作辊柱面的圆周上设有2个板筋槽；

各道次轧制过程如图3的A3、B3、C3和D3所示；

待轧制板带材的厚度为横向局部加厚板带材的板筋处最大厚度的1.2倍；

制备的横向局部加厚板带材由基板和2个纵向的板筋组成，板筋两侧与基板的一个表面相切，各板筋与基板的高度差相同；板筋处的厚度为基板厚度的2倍，板筋和基板为一体结构；各板筋均位于基板的同一个面上；横截面结构如图B2所示；

横向局部加厚板带材结构如图C1所示，板筋（加厚区）的厚度最大处为2mm，基板部分厚度1mm，宽度800mm；

横向局部加厚板带材采用平整机进行平整，平整延伸率在1~3%范围内选取；然后送到辊弯生产线，经多道次辊弯成形，加工成开口型材；结构如图D1所示。

实施例3 

采用冷轧带钢作为待轧制的板带材；方法同实施例2，不同点在于：

第一轧机的一个工作辊柱面的圆周上设有4个梯形凹槽，另一个工作辊柱面的圆周上设有4个梯形凸起，第一轧机的工作辊的辊缝构成4个U型曲线结构；一次轧制板带材的一个表面上有4个梯形凸起，另一个表面上有4个梯形凹槽；其中梯形凸起的高度为0.3mm，梯形凹槽的深度为0.3mm；

第二轧机的一个工作辊柱面的圆周上设有4个弧形凹槽，另一个工作辊柱面的圆周上设有4个弧形凸起，第二轧机的工作辊的辊缝构成4个V型曲线结构；，二次轧制板带材的一个表面上有4个弧形凸起，另一个表面上有4个弧形凹槽；弧形凸起的高度为0.5mm，弧形凹槽的深度为0.5mm；

将二次轧制板带材采用第三轧机进行第三道次轧制；第三轧机的一个工作辊柱面的圆周上设有2个凸台，另一个工作辊为圆柱面；进行第三道次轧制时，凸台的顶面与二次轧制板带材接触，一个凸台的侧面与二次轧制板带材上第一和第二两个弧形凸起的一侧接触，另一个凸台的的两个的部分与第三和第四两个弧形凸起的一侧接触；两个凸台两侧的部分不与二次轧制板带材接触；第三道次轧制完成后获得的三次轧制板带材进行最终轧制；

最终轧机的一个工作辊柱面的圆周上设有4个板筋槽；

待轧制板带材的厚度为横向局部加厚板带材的板筋处最大厚度的1.3倍；

制备的横向局部加厚板带材由基板和4个纵向的板筋组成；板筋处的厚度为基板厚度的1.9倍；各板筋均位于基板的同一个面上；横截面结构如图C2所示；

横向局部加厚板带材结构如图E1所示，板筋（加厚区）的厚度最大处为1.9mm，基板部分厚度1mm，宽度500mm；

横向局部加厚板带材采用平整机进行平整，平整延伸率在1~3%范围内选取；然后送到辊弯生产线，经多道次辊弯成形，加工成闭口型材；结构如图F1所示。

实施例4 

采用冷轧带钢作为待轧制的板带材；方法同实施例2，不同点在于：

第一轧机的一个工作辊柱面的圆周上设有6个梯形凹槽，另一个工作辊柱面的圆周上设有6个梯形凸起，第一轧机的工作辊的辊缝构成6个U型曲线结构；一次轧制板带材的一个表面上有6个梯形凸起，另一个表面上有6个梯形凹槽；其中梯形凸起的高度为0.1mm，梯形凹槽的深度为0.1mm；

第二轧机的一个工作辊柱面的圆周上设有6个弧形凹槽，另一个工作辊柱面的圆周上设有6个弧形凸起，第二轧机的工作辊的辊缝构成6个V型曲线结构；，二次轧制板带材的一个表面上有6个弧形凸起，另一个表面上有6个弧形凹槽；弧形凸起的高度为0.4mm，弧形凹槽的深度为0.4mm；

将二次轧制板带材采用第三轧机进行第三道次轧制；第三轧机的一个工作辊柱面的圆周上设有5个凸台，另一个工作辊为圆柱面；进行第三道次轧制时，凸台的顶面与二次轧制板带材接触，每个凸台的侧面与二次轧制板带材上相邻的两个弧形凸起的一侧接触；凸台两侧的部分不与二次轧制板带材接触；第三道次轧制完成后获得的三次轧制板带材进行最终轧制；

最终轧机的一个工作辊柱面的圆周上设有6个板筋槽；

待轧制板带材的厚度为横向局部加厚板带材的板筋处最大厚度的1.3倍；

制备的横向局部加厚板带材由基板和6个纵向的板筋组成；板筋处的厚度为基板厚度的1.8倍； 

横向局部加厚板带材结构如图G1所示，板筋（加厚区）的厚度最大处为1.8mm，基板部分厚度1mm，宽度600mm；

横向局部加厚板带材采用平整机进行平整，平整延伸率在1~3%范围内选取；然后送到辊弯生产线，经多道次辊弯成形，加工成闭口型材；结构如图H1所示。

实施例5 

采用冷轧带钢作为待轧制的板带材；方法同实施例2，不同点在于：

梯形凸起的高度为0.3mm，梯形凹槽的深度为0.3mm；

弧形凸起的高度为0.4mm，弧形凹槽的深度为0.4mm；

不进行第三道次轧制；

待轧制板带材的厚度为横向局部加厚板带材的板筋处最大厚度的1.1倍；

制备的横向局部加厚板带材由基板和2个纵向的板筋组成；板筋处的厚度为基板厚度的1.8~2倍； 

横向局部加厚板带材的板筋（加厚区）的厚度最大处为1.8mm；

横向局部加厚板带材采用平整机进行平整，平整延伸率在1~3%范围内选取；然后送到辊弯生产线，经多道次辊弯成形，加工成开口型材。

Claims (5)

1.一种横向局部加厚板带材，其特征在于由基板和至少一个纵向的板筋组成，板筋处的厚度为基板厚度的1.8~2倍，板筋和基板为一体结构；当板筋的数量多于一个时，各板筋均位于基板的同一个面上。

2.根据权利要求1所述的一种横向局部加厚板带材，其特征在于当横向局部加厚板带材的板筋数量多于一个时，各板筋与基板的高度差相同。

3.一种权利要求1所述的横向局部加厚板带材的制备方法，其特征在于按以下步骤进行：

（1）选用成卷的冷轧卷或热轧酸洗带材作为待轧制的板带材；

（2）采用第一轧机对待轧制的板带材进行第一道次轧制；第一轧机的一个工作辊柱面的圆周上设有梯形凹槽，另一个工作辊柱面的圆周上设有梯形凸起，第一轧机的工作辊的辊缝构成一个或一个以上的U型曲线结构；第一道次轧制后获得一次轧制板带材，一次轧制板带材的一个表面上有梯形凸起，另一个表面上有梯形凹槽；其中梯形凸起的高度为0.1~0.3mm，梯形凹槽的深度为0.1~0.3mm；

（3）采用第二轧机对一次轧制板带材进行第二道次轧制；第二轧机的一个工作辊柱面的圆周上设有弧形凹槽，另一个工作辊柱面的圆周上设有弧形凸起，第二轧机的工作辊的辊缝构成一个或一个以上的V型曲线结构；第二道次轧制后获得二次轧制板带材，二次轧制板带材的一个表面上有弧形凸起，另一个表面上有弧形凹槽；弧形凸起的高度为0.2~0.5mm，弧形凹槽的深度为0.2~0.5mm；

（4）采用最终轧机对二次轧制板带材进行最终道次轧制；最终轧机的一个工作辊柱面的圆周上设有板筋槽，另一个工作辊为圆柱面，最终轧机的辊缝构成局部变厚结构；最终道次轧制后获得横向局部加厚板带材。

4.根据权利要求3所述的横向局部加厚板带材的制备方法，其特征在于所述的待轧制板带材的厚度为横向局部加厚板带材的板筋处厚度的1.1~1.3倍。

5.根据权利要求3所述的横向局部加厚板带材的制备方法，其特征在于当二次轧制板带材上的弧形凸起和弧形凹槽多于一个时，将二次轧制板带材采用第三轧机进行第三道次轧制；第三轧机的一个工作辊柱面的圆周上设有至少一个凸台，另一个工作辊为圆柱面；进行第三道次轧制时，凸台的顶面与二次轧制板带材接触，凸台的侧面与二次轧制板带材的相邻的两个弧形凸起的一侧接触；经过第三道次轧制使各弧形凸起沿宽度方向向凸台两侧延伸，对弧形凸起的排列进行调整，第三道次轧制完成后获得的三次轧制板带材进行最终轧制。

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