CN105057402B - 一种厚度为25mm的低碳贝氏体钢板的热矫直方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种厚度为25mm的低碳贝氏体钢板的热矫直方法。包括预矫直和主矫直两个阶段；在预矫直阶段，对钢板进行2~3次矫直，入口辊缝为21.5 mm～23.5mm，出口辊缝为24.0 mm～25.0mm，矫直速度1.1 m/s～1.3m/s；在主矫直阶段，对钢板进行1~2次矫直，入口辊缝为20.0 mm～21.0mm，出口辊缝为23.5 mm～24.5mm，矫直速度0.8 m/s～1.0m/s。本发明采用9辊平辊式矫直机，可有效降低各矫直辊的矫直力，确保设备安全，同时能将钢板厚度方向塑性变形区域占钢板厚度的比例控制在80%～85%，从而使钢板板形合格率有效控制在95%以上。

Description

一种厚度为25mm的低碳贝氏体钢板的热矫直方法

技术领域

本发明涉及一种厚度为25mm的低碳贝氏体钢板的热矫直方法,属热轧板材矫直工艺技术领域。

背景技术

低碳贝氏体钢是一种高强度、高韧性、易于焊接的新型钢种，其室温屈服强度通常为550～850MPa。在世界范围内，具有优良焊接性能的低碳贝氏体钢板具有用量大、用途多等特点，尤其是以厚度规格为25mm的低碳贝氏体钢钢板，可以通过裁剪、弯曲、冲压及焊接等工艺被制成各种力学性能较高的制品和构件，因此应用范围十分广泛，在中厚板产品市场上占有极高的份额。该厚度规格的钢种属于微合金化钢，其强化方式主要为沉淀强化，为确保该类钢种产品的力学性能满足国标的要求，需要在相关生产工艺中加入直接淬火（DQ）工艺和加速冷却（ACC）工艺，通常该钢种钢板在经过上述冷却工艺后，受基体内部组织相变的影响，其内部会产生巨大的残余应力，导致钢板严重瓢曲变形，从而影响最终产品的板形效果。为改善板形，生产现场最常见的做法是：在ACC冷却段的后面布置一台辊式热矫直机，实现对钢板的矫直。其工作原理是：矫直机采用上排矫直辊整体倾斜式调整方式，即：矫直机上排的各根矫直辊为刚性连接。在调整矫直辊缝时，每根辊的辊缝不能进行单独调整，只能通过调整矫直机的入口辊缝、出口辊缝，实现上排各根辊的联动。钢板在通过交错排列的矫直辊辊系时经过反复弯曲，使其表面发生塑性变形，中心发生弹性变形，从而充分释放出其内部的残余应力，在这个过程中板材的初始缺陷逐渐减小，曲率逐渐收敛，最后达到钢板平整的效果。东北大学教授崔甫在《矫直原理与矫直机械》一书中提出：“当弯曲条材的弹塑性变形深度达到全断面高度的80%后不产生裂纹，任何金属条材都可以得到矫直。”因此，钢板被矫直的前提就是确保板材厚度方向上发生塑性变形的区域达到全断面厚度的80%以上。

生产现场通常以调整矫直机入口辊缝、出口辊缝的方式来实现对厚度规格为25mm的低碳贝氏体钢板的矫直。其主要工作过程是：当钢板从一侧方向进入矫直机时，矫直机入口辊缝、出口辊缝按照计算机控制系统中的设定值进行调整；当钢板尾部出矫直机后，计算机控制系统再次对矫直机辊缝大小进行调整，将原来的出口辊缝值调整为入口辊缝值，将原来的入口辊缝值调整为出口辊缝值，同时输送辊反转，重新对钢板进行矫直。待钢板出矫直机后，计算机控制系统再次对矫直机的入口辊缝、出口辊缝值进行对调调整，并重新矫直钢板。如此往复5～7次，最终完成对钢板的矫直，且在整个矫直过程中，钢板在矫直机内的速率未发生改变。此种矫直方式过于依赖对矫直机辊缝的调整，在其相关工艺的实施过程中，往往容易产生以下问题：（1）当矫直辊缝被调整的过大时，钢板厚度方向上发生塑性变形的区域不能达到全断面厚度的80%以上，则即使经过多次的矫直，钢板内部的残余应力也不能被有效释放，即使钢板被暂时被矫平了，但钢板在冷床上放置过程中，受进一步降温的影响，钢板内部组织会继续相变，钢板内部的残余应力会继续叠加，待叠加到一定程度时，会导致钢板重新发生瓢曲。（2）当矫直辊缝被调整的过小时，尽管更容易扩大钢板沿厚度方向上的塑性变形区域，但矫直机负荷也会相应提升，从而容易导致设备的损坏。此外，过小的矫直辊缝还会过分减小钢板厚度方向上的弹性变形区域，从而恶化钢板的矫直效果，直接导致钢板报废。

针对上述问题，有些企业提出通过采取提高矫直过程中钢板表面温度并采用较小矫直辊缝的方法来解决上述问题。尽管这种方式能够降低低碳贝氏体钢的变形抗力，使得钢板能够因更容易发生塑性变形而被矫直，而且矫直机的载荷也能够得到较大幅度的降低，但同时低碳贝氏体钢的力学性能也会因钢中微合金元素碳、氮化合物的无法有效析出而大幅度下降，即使能够通过提高钢中化学元素的含量弥补该钢种原先所损失的力学性能，但其生产成本也会大幅度提升，因此该方法并不适用于目前这种以追求产品性能和成本双赢为目的的生产模式。

因此，开发一种既能够确保板材厚度方向上发生塑性变形的区域达到全断面厚度的80%以上，从而确保钢板能够被有效矫直，又能够确保矫直机设备的安全，同时还能够确保低碳贝氏体钢力学性能不受损失的新方法，对于有效提升厚度规格为25mm的低碳贝氏体钢板板形，确保最终产品质量满足用户的要求具有十分重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种厚度为25mm的低碳贝氏体钢板的热矫直方法，将矫直工艺分为预矫直和主矫直两个阶段，通过对两个阶段辊缝和矫直速度的设置确保在矫直机设备安全的前提下，将钢板塑性变形区域占钢板厚度的比例有效控制在80%～85%的范围内，从而使厚度为25mm的低碳贝氏体钢板的板形合格率有效控制在95%以上，从而解决背景技术缺陷。

解决上述技术问题的技术方案是：

一种厚度为25mm的低碳贝氏体钢板的热矫直方法，包括预矫直和主矫直两个阶段；在预矫直阶段，入口辊缝设定为21.5 mm ～23.5mm，出口辊缝设定为24.0 mm～25.0mm，矫直速度为1.1 m/s ～1.3m/s；在主矫直阶段，入口辊缝设定为20.0 mm～21.0mm，出口辊缝设定为23.5 mm ～24.5mm，矫直速度为0.8 m/s～1.0m/s。

上述的一种厚度为25mm的低碳贝氏体钢板的热矫直方法，所述主矫直阶段矫直机的入口辊缝、出口辊缝设定值之间相差2.5mm～3.5mm；所述预矫直阶段对钢板进行2~3次矫直，所述主矫直阶段对钢板进行1~2次矫直。

上述的一种厚度为25mm的低碳贝氏体钢板的热矫直方法，矫直机采用9辊平辊式矫直机；低碳贝氏体钢板在矫直前的表面温度控制在370℃～410℃。

本发明为确保钢板的最终板形满足国家标准对厚度规格为25mm的高强钢板平制度的要求，采用9辊平辊式矫直机设备，充分利用矫直机辊缝和矫直速度对低碳贝氏体钢板沿厚度方向上发生塑性变形区域的共同影响，将矫直工艺分为预矫直和主矫直两个阶段，在预矫直阶段，采用“大矫直辊缝、高矫直速度”的模式，其目的就是在确保生产节奏的前提下，对已发生瓢曲的钢板进行初步平整，为后面的主矫直阶段打下基础；在该工艺参数下，往复矫直钢板2~3次，从而在初步将钢板矫直平整的前提下，加快生产节奏；在主矫直阶段，采用“小矫直辊缝、低矫直速度”的模式，在该工艺参数下，再矫直1~2次，从而彻底将低碳贝氏体钢板矫直平整，确保低碳贝氏体钢板沿厚度方向上塑性变形区域占钢板厚度的比例达到80%～85%范围内的同时，有效降低矫直机的负荷，确保该设备的正常运行。

本发明的有益效果为：

本发明使矫直机各矫直辊的矫直力下降了20%～30%以上，从而能够在大幅度降低矫直载荷，确保矫直机设备安全生产的前提下，有效提高低碳贝氏体钢板厚度方向上的塑性变形区域，并将塑性变形区域占钢板厚度的比例有效控制在80%～85%的合理范围内，从而使厚度规格为25mm的低碳贝氏体钢板的平直度能够被有效控制在3.5mm/m～5.5mm/m范围内，板形合格率有效控制在95%以上。此外，由于矫直次数的有效减少，导致钢板的总矫直时间比原有方式的总矫直时间下降了15%～30%，从而该类钢板的生产效率也得到了较大幅度的提升，每年可多创造经济效益1000余万元。

具体实施方式

本发明一种厚度为25mm的低碳贝氏体钢板的热矫直方法，采用9辊平辊式矫直机，低碳贝氏体钢板在矫直前的表面温度控制在370℃～410℃；矫直过程包括预矫直和主矫直两个阶段；在预矫直阶段，入口辊缝设定为21.5 mm～23.5mm，出口辊缝设定为24.0 mm～25.0mm，矫直速度为1.1 m/s ～1.3m/s，在该工艺参数条件下对钢板进行2~3次矫直；在主矫直阶段，入口辊缝设定为20.0 mm～21.0mm，出口辊缝设定为23.5 mm ～24.5mm，保证矫直机的入口辊缝、出口辊缝设定值之间相差2.5mm～3.5mm，矫直速度为0.8 m/s～1.0m/s，在该工艺参数条件下对钢板进行1~2次矫直。

本发明为确保钢板的最终板形满足国家标准对厚度规格为25mm的高强钢板平制度的要求，采用9辊平辊式矫直机设备，充分利用矫直机辊缝和矫直速度对低碳贝氏体钢板沿厚度方向上发生塑性变形区域的共同影响，将矫直工艺分为预矫直和主矫直两个阶段，在预矫直阶段，采用“大矫直辊缝、高矫直速度”的模式，其目的就是在确保生产节奏的前提下，对已发生瓢曲的钢板进行初步平整，为后面的主矫直阶段打下基础；在该工艺参数下，往复矫直钢板两次，从而在初步将钢板矫直平整的前提下，加快生产节奏；在主矫直阶段，采用“小矫直辊缝、低矫直速度”的模式，在该工艺参数下，再矫直1次，从而彻底将低碳贝氏体钢板矫直平整，确保低碳贝氏体钢板沿厚度方向上塑性变形区域占钢板厚度的比例达到80%～85%范围内的同时，有效降低矫直机的负荷，确保该设备的正常运行。

下面以低碳贝氏体钢系列中具有代表性的Q550D钢种为例，通过具体实施例对本发明做进一步说明。

实施例1：

厚度规格为25mm的Q550D钢板，其室温屈服强度为609MPa。将矫直前的钢板表面温度控制在385℃。在第一次矫直前，通过计算机控制系统将矫直机的入口辊缝值调整为22.0mm，出口辊缝值调整为24.6mm，矫直速度被设定为1.2m/s。

预矫直阶段：在第一次矫直过程中，矫直机的总矫直力最大值约为1180.0吨力（“吨力”为力的单位，相当于一吨的质量在标准状态下受到的重力），平均值约为1062.0吨力，矫直辊矫直扭矩的最大值约为110.0KN·m，均在矫直机的额定载荷范围内。在第一次矫直完成后，开始进行第二次矫直。此时，通过计算机控制系统将矫直机的入口辊缝值和出口辊缝值进行调换，即：将矫直机原出口的辊缝值设定为22.0mm，原入口的辊缝值设定为24.6mm，同时将矫直辊反转，但矫直速率仍然被设定为1.2m/s，从而完成对钢板的第二次矫直。在第二次矫直过程中，矫直机的总矫直力最大值约为1125.0吨力，平均值约为1020.0吨力，矫直辊矫直扭矩的最大值约为103.0KN·m，

主矫直阶段：在完成第二次矫直后，通过计算机系统将矫直机入口辊缝值设定为20.8mm，将出口辊缝设定为24.2mm，同时将矫直速率设定为0.9m/s。在第三次矫直过程中，矫直机的总矫直力最大值约为150.0吨力，平均值约为135.0吨力，各矫直辊矫直扭矩的最大值约为12.0KN·m。通过利用ADINA有限元软件进行计算，表明当完成第三次矫直后，钢板沿厚度方向上的塑性变形区域的塑性变形区域占总高度的82%，满足工艺要求。

矫直工艺结束后，钢板被输送到冷床上进行冷却，在这一过程中，钢板未再发生瓢曲现象，钢板板形保持良好。经检验，在上述矫直工艺参数下，Q550D钢板的最终平直度为4.0mm/m，低于平直度不超过7.0mm/m的国家标准，其板形满足国标要求。

实例2：

厚度规格为25mm的Q550D钢板，其室温屈服强度为603MPa。将矫直前的钢板表面温度控制在370℃。在第一次矫直前，通过计算机控制系统将矫直机的入口辊缝值调整为21.5mm，出口辊缝值调整为24.0mm，矫直速度被设定为1.1m/s。

预矫直阶段：在第一次矫直过程中，矫直机的总矫直力最大值约为1158.0吨力，平均值约为1037.0吨力，矫直辊矫直扭矩的最大值约为105.0KN·m，均在矫直机的额定载荷范围内。在第一次矫直完成后，开始进行第二次矫直。此时，通过计算机控制系统将矫直机的入口辊缝值和出口辊缝值进行调换，即：将矫直机原出口的辊缝值设定为21.5mm，原入口的辊缝值设定为24.0mm，同时将矫直辊反转，但矫直速率仍然被设定为1.1m/s，从而完成对钢板的第二次矫直。在第二次矫直过程中，矫直机的总矫直力最大值约为1099.0吨力，平均值约为1007.0吨力，矫直辊矫直扭矩的最大值约为95.0KN·m，

主矫直阶段：在完成第二次矫直后，通过计算机系统将矫直机入口辊缝值设定为20.0mm，将出口辊缝设定为23.5mm，同时将矫直速率设定为0.8m/s。在第三次矫直过程中，矫直机的总矫直力最大值约为165.0吨力，平均值约为141.0吨力，各矫直辊矫直扭矩的最大值约为19.0KN·m。通过利用ADINA有限元软件进行计算，表明当完成第三次矫直后，钢板沿厚度方向上的塑性变形区域的塑性变形区域占总高度的85%，满足工艺要求。

矫直工艺结束后，钢板被输送到冷床上进行冷却，在这一过程中，钢板未再发生瓢曲现象，钢板板形保持良好。经检验，在上述矫直工艺参数下，Q550D钢板的最终平直度为3.8mm/m，低于平直度不超过7.0mm/m的国家标准，其板形满足国标要求。

实例3：

厚度规格为25mm的Q550D钢板，其室温屈服强度为615MPa。将矫直前的钢板表面温度控制在410℃。在第一次矫直前，通过计算机控制系统将矫直机的入口辊缝值调整为23.5mm，出口辊缝值调整为25.0mm，矫直速度被设定为1.3m/s。

预矫直阶段：在第一次矫直过程中，矫直机的总矫直力最大值约为1118.0吨力，平均值约为1016.0吨力，矫直辊矫直扭矩的最大值约为110.0KN·m，均在矫直机的额定载荷范围内。在第一次矫直完成后，开始进行第二次矫直。此时，通过计算机控制系统将矫直机的入口辊缝值和出口辊缝值进行调换，即：将矫直机原出口的辊缝值设定为23.5mm，原入口的辊缝值设定为25.0mm，同时将矫直辊反转，但矫直速率仍然被设定为1.3m/s，从而完成对钢板的第二次矫直。在第二次矫直过程中，矫直机的总矫直力最大值约为1102.0吨力，平均值约为1087.0吨力，矫直辊矫直扭矩的最大值约为99.2KN·m。在第二次矫直后，开始进行第三次矫直。此时，再次通过计算机控制系统将矫直机的入口辊缝值和出口辊缝值进行调换，即：将矫直机原入口辊缝值设定为23.5mm，原出口辊缝值设定为25.0mm，同时将矫直辊反转，但矫直速率仍然被设定为1.3m/s，从而完成对钢板的第三次矫直。在第三次矫直过程中，矫直机的总矫直力最大值约为1101.0吨力，平均值约为1083.0吨力，矫直辊矫直扭矩的最大值约为97.0KN·m。

主矫直阶段：在完成第三次矫直后，通过计算机系统将矫直机入口辊缝值设定为21.0 mm，将出口辊缝设定为24.5mm，同时将矫直速率设定为1.0m/s，然后进行第四次矫直。在第四次矫直过程中，矫直机的总矫直力最大值约为132.0吨力，平均值约为103.0吨力，各矫直辊矫直扭矩的最大值约为9.5KN·m。

在第四次矫直后，开始进行第五次矫直。此时，再次通过计算机控制系统将矫直机的入口辊缝值和出口辊缝值进行调换，即：将矫直机原出口辊缝值设定为21.0mm，原入口辊缝值设定为24.5mm，同时将矫直辊反转，但矫直速率仍然被设定为1.0m/s，从而完成对钢板的第五次矫直。在第五次矫直过程中，矫直机的总矫直力最大值约为129.0吨力，平均值约为101.0吨力，各矫直辊矫直扭矩的最大值约为9.0KN·m。通过利用ADINA有限元软件进行计算，表明当完成第五次矫直后，钢板沿厚度方向上的塑性变形区域的塑性变形区域占总高度的81%，满足工艺要求。矫直工艺结束后，钢板被输送到冷床上进行冷却，在这一过程中，钢板未再发生瓢曲现象，钢板板形保持良好。经检验，在上述矫直工艺参数下，Q550D钢板的最终平直度为5.2mm/m，低于平直度不超过7.0mm/m的国家标准，其板形满足国标要求。

Claims (3)

1.一种厚度为25mm的低碳贝氏体钢板的热矫直方法，其特征在于：包括预矫直和主矫直两个阶段；在预矫直阶段，入口辊缝设定为21.5 mm ～23.5mm，出口辊缝设定为24.0 mm～25.0mm，矫直速度为1.1 m/s ～1.3m/s；在主矫直阶段，入口辊缝设定为20.0 mm～21.0mm，出口辊缝设定为23.5 mm ～24.5mm，矫直速度为0.8 m/s～1.0m/s。

2.如权利要求1所述的一种厚度为25mm的低碳贝氏体钢板的热矫直方法，其特征在于：所述主矫直阶段矫直机的入口辊缝、出口辊缝设定值之间相差2.5mm～3.5mm；所述预矫直阶段对钢板进行2~3次矫直，所述主矫直阶段对钢板进行1~2次矫直。

3.如权利要求1或2所述的一种厚度为25mm的低碳贝氏体钢板的热矫直方法，其特征在于：矫直机采用9辊平辊式矫直机；低碳贝氏体钢板在矫直前的表面温度控制在370℃～410℃。