CN112605166B - 一种带钢矫直方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带钢矫直方法及其装置，所述方法包括沿带钢运动方向依次对所述带钢施加第一张力、第二张力和第三张力，在所述第一张力和所述第二张力的作用点之间设置延伸辊组，在所述延伸辊组沿所述带钢运动方向设置展平辊组，在所述第二张力和所述第三张力的作用点之间设置均化辊组，所述均化辊组包括相对错位设置的第一均化辊和第二均化辊，所述带钢从中穿过形成连续多个弯曲方向相反的圆弧，从而对所述带钢上的残余应力进行均化。该方法可以消除来料加工造成的浪形影响，消除延伸不均匀产生的横弯和纵弯，并均匀化残余应力，从而获得高强度的带钢，尤其适用于超高强带钢的加工生产。

Description

一种带钢矫直方法及其装置

技术领域

本发明涉及冷、热轧带钢生产领域，尤其是一种带钢矫直方法及其装置。

背景技术

带钢是各类轧钢企业为了适应不同工业部门工业化生产各类金属或机械产品的需要而生产的一种窄而长的钢板。带钢又称钢带，是宽度在1300mm以内，长度根据每卷的大小略有不同。超高强带钢是指屈服强度大于1000Mpa的带钢，这种带钢在生产过程中的来料(即原料)板形很差，具有较大的浪形，同时又具有高强度，难以通过常规压制方法使其平整，造成带钢局部弯曲，平直度不佳。

现有技术中也有通过对带钢施加张力的方式来改善平整度，然而，对钢材的机械加工和强化工艺都能引起残余应力。残余应力(Residual Stress)是指消除外力或不均匀的温度场等作用后仍留在物体内的自相平衡的内应力。如冷拉、弯曲、切削加工、滚压、喷丸、铸造、锻压、焊接和金属热处理等，因不均匀塑性变形或相变都可能引起残余应力。当零件在不适当的热处理、焊接或切削加工后，残余应力会引起零件发生翘曲或扭曲变形，甚至开裂。或经淬火、磨削后表面会出现裂纹。残余应力的存在有时不会立即表现为缺陷，而当零件在工作中因工作应力与残余应力的叠加，使总应力超过强度极限时，便出现裂纹和断裂。由于残余应力分布不均，当受到高强度例如1000Mpa作用时，带钢便会出现裂纹和断裂。因此，超高强带钢采用施加拉力的方式虽然可以获得平整度的提高，却带来屈服强度下降的问题，带钢的整体机械性能无法提升。

因此，改善冷、热高强钢带材平直度和降低残余应力一直都是带钢生产企业的生产要点和难点，特别是对于屈服强度大于1000Mpa的超高强带钢，以目前的工艺技术保证品质十分困难，是目前高强钢生产领域的瓶颈，严重阻碍了产品质量提升和产业结构升级。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的带钢平直度不佳，残余应力分布不均造成质量等级下降的问题，提供一种带钢矫直方法及其装置。

本发明中，第一张力、第二张力和第三张力可以根据带钢加工要求进行设定，所述第一张力与所述第三张力的方向相反，并且所述第三张力的绝对值大于所述第一张力，所述第二张力等于所述第三减去所述均化辊组的张力减损，所述第二张力大小大于所述第一张力，从而使得带钢沿第二张力的方向运动。

优选地，所述第一张力与所述第三张力皆为水平方向，从而使带钢自左至右地被牵引移动，依次经过延伸辊组、展平辊组和均化辊组。

本发明中，延伸辊组通过错位对应方式使带钢被延伸，优选地，所述延伸辊组包括相对错位设置的第一延伸辊和第二延伸辊，所述带钢从所述第一延伸辊和所述第二延伸辊之间穿过，并依次接触所述第一延伸辊和所述第二延伸辊，所述第一延伸辊和所述第二延伸辊对所述带钢在垂直于所述带钢运动方向上的作用力大小相同，方向相反。相对错位中的相对是指第一延伸辊和第二延伸辊的辊压面相对，错位是指第一延伸辊和第二延伸辊的辊压面并不是正对，而是在水平方向上错开一定距离，并且在垂直方向上相向地深入一定距离，从而使的所述第一延伸辊和所述第二延伸辊对所述带钢在垂直于所述带钢运动方向上的作用力方向相反，带钢经过延伸辊组后被延伸，可以消除带钢来料造成的较大浪形影响。带钢的延伸率取决于第二张力和延伸辊组对带钢的弯曲度，延伸率正比于第二张力。

本发明中，由于第一延伸辊和第二延伸辊对带钢上、下表面所产生的延伸率沿带钢中性层常常处于不对称状态(即带钢经过延伸辊组形成的上弯曲和下弯曲段所产生的延伸率不相等)，因此需要展平辊组进行补充，使得上、下表面延伸率对称；如果不设置展平辊组，那么不对称的延伸率会使带钢将有较大的纵弯，而且残余应力也不极不均衡。

本发明中，所述均化辊组包括相对错位设置的第一均化辊和第二均化辊，所述第一均化辊和所述第二均化辊均包括至少一排连续可转动辊，所述带钢从可转动辊之间穿过，形成连续多个弯曲方向相反的圆弧，从而对所述带钢上的残余应力进行均化。相对错位的相对是指第一均化辊和第二均化辊的辊压面相对，错位是指第一均化辊和第二均化辊的辊压面并不是正对，而是在水平方向上错开一定距离，并且在垂直方向上相向地深入一定距离，从而使的所述第一均化辊和所述第二均化辊对所述带钢在垂直于所述带钢运动方向上的作用力方向相反，使所述带钢从两排辊压面之间穿过时形成连续多个弯曲方向相反的圆弧，通过多个方向相反的圆弧段的形成过程，来反复消减残余应力，最终使残余应力被均匀化。这样做的意义在于：带钢在经过展平辊组后，容易发生横弯和纵弯；经过均化辊组的作用，进一步消除延伸不均匀产生的横弯和纵弯，并均匀化残余应力，从而提高屈服强度，优选地，所述第一均化辊和所述第二均化辊均包括至少3个可转动辊，从而保证均化效果。

本发明中，辊组相对错开的深度是指带钢与相对的辊的接触点，距离相对的辊的中心线的距离。例如，错开深度为0，则带钢穿过相对的辊后运动方向不发生改变，错开深度越大，带钢的运动方向发生改变的幅度越大，从而使带钢被拉伸而发生延伸率的改变。

具体方案如下：

一种带钢矫直方法，沿带钢运动方向依次对所述带钢施加第一张力、第二张力和第三张力，其中所述第一张力与所述第三张力的方向相反，所述第二张力与所述第三张力的方向相同，并且所述第三张力的绝对值大于所述第一张力，所述第二张力的绝对值大于所述第一张力的绝对值；

在所述第一张力和所述第二张力的作用点之间设置延伸辊组，所述延伸辊组使得所述带钢被延伸；

在所述延伸辊组沿所述带钢运动方向设置展平辊组，所述展平辊组提供所述第二张力，使得所述带钢被展平；

在所述第二张力和所述第三张力的作用点之间设置均化辊组，所述均化辊组包括相对错位设置的第一均化辊和第二均化辊，所述第一均化辊和所述第二均化辊均包括至少一排连续可转动辊，所述带钢从可转动辊之间穿过，形成连续多个弯曲方向相反的圆弧，从而对所述带钢上的残余应力进行均化。

进一步的，所述第二张力等于所述第三张力减去所述均化辊组的张力减损，从而使得带钢沿第二张力的方向运动。

进一步的，所述带钢的延伸率取决于所述第二张力和所述延伸辊组对所述带钢的弯曲度，延伸率正比于所述第二张力。

进一步的，所述延伸辊组包括相对错位设置的第一延伸辊和第二延伸辊，所述带钢从所述第一延伸辊和所述第二延伸辊之间穿过，并依次接触所述第一延伸辊和所述第二延伸辊，所述第一延伸辊和所述第二延伸辊对所述带钢在垂直于所述带钢运动方向上的作用力大小相同，方向相反；

任选的，通过改变所述第一延伸辊和所述第二延伸辊相对错开的深度，来改变所述第一延伸辊和所述第二延伸辊对所述带钢在垂直于所述带钢运动方向上的作用力大小，从而改变所述带钢的延伸率。

进一步的，所述延伸辊组的数目为1个或者多个，例如2个、3个或者4个，视带钢加工需求。

进一步的，所述展平辊组包括展平辊，通过改变所述展平辊垂于与所述带钢运动方向上的位移，来改变所述第二张力的大小。

进一步的，通过改变所述第一均化辊和所述第二均化辊相对错开的深度，来改变所述第一均化辊和所述第二均化辊对所述带钢在垂直于所述带钢运动方向上的作用力大小，从而改变所述带钢的残余应力被均化程度；优选地，所述第一均化辊和所述第二均化辊相对错开的深度，小于所述第一延伸辊和所述第二延伸辊相对错开的深度。

本发明还提供一种带钢矫直装置，包括沿带钢运动方向依次设置的入口拉伸装置、延伸辊组、展平辊组、均化辊组和出口拉伸装置，其中：

所述入口拉伸装置提供与所述带钢运动方向相反的第一张力；

所述延伸辊组包括相对错位设置的第一延伸辊和第二延伸辊，所述带钢从所述第一延伸辊和所述第二延伸辊之间穿过，并依次接触所述第一延伸辊和所述第二延伸辊，所述第一延伸辊和所述第二延伸辊对所述带钢在垂直于所述带钢运动方向上的作用力大小相同，方向相反；

所述展平辊组包括展平辊，所述展平辊对所述带钢产生与所述带钢运动方向垂直的第二张力；

所述均化辊组包括相对错位设置的第一均化辊和第二均化辊，所述带钢从所述第一均化辊和所述第二均化辊之间穿过，形成连续多个弯曲方向相反的圆弧，从而对所述带钢上的残余应力进行均化；

所述出口拉伸装置提供与所述带钢运动方向相同的第三张力。

进一步的，所述带钢矫直装置还包括辊组压入深度调节装置，所述辊组压入深度调节装置对所述延伸辊组、所述展平辊组或所述均化辊组中至少一个辊组的位置进行调整。

进一步的，所述均化辊组和所述出口拉伸装置之间还设置定位辊，所述定位辊使所述带钢沿水平方向运动。

有益效果：

本发明所述带钢矫直方法针对带钢的特点，通过延伸辊组配合张力作用，使得带钢的延伸率发生改变，以消除来料加工造成的浪形影响。

进一步的，经过展平后的带钢易发生横弯和纵弯，通过均化辊组消除延伸不均匀产生的横弯和纵弯，并均匀化残余应力，从而获得高强度的带钢。

本发明所述带钢矫直方法可以有效改善板形，消除残余应力，具有良好效果，尤其适用于超高强带钢的加工生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。

图1是本发明一个实施例1提供的带钢矫直装置结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

一种带钢矫直方法，包括：沿带钢运动方向依次对所述带钢施加第一张力、第二张力和第三张力，其中所述第一张力与所述第三张力的方向相反，并且所述第三张力的绝对值大于所述第一张力，所述第二张力与所述第三张力的方向相同；

在所述第一张力和所述第二张力的作用点之间设置延伸辊组，所述延伸辊组使得所述带钢被延伸；

在所述延伸辊组沿所述带钢运动方向设置展平辊组，所述展平辊组提供所述第二张力，使得所述带钢被展平；

在所述第二张力和所述第三张力的作用点之间设置均化辊组，所述均化辊组包括相对错位设置的第一均化辊和第二均化辊，所述第一均化辊和所述第二均化辊均包括至少一排连续可转动辊，所述带钢从可转动辊之间穿过，形成连续多个弯曲方向相反的圆弧，从而对所述带钢上的残余应力进行均化。

参考图1，图1给出了带钢矫直装置的结构示意图，下面结合图1对上述方法进行具体描述。

带钢0自左至右地运动，带钢矫直装置包括沿带钢运动方向依次设置的入口拉伸装置(未示出)、1#延伸辊组1、2#延伸辊组2、展平辊组3、均化辊组4、定位辊5和出口拉伸装置(未示出)，其中：所述入口拉伸装置提供与所述带钢0运动方向相反的第一张力T0，所述出口拉伸装置提供与所述带钢0运动方向相同的第三张力T2，T2＞T0，带钢0被牵引移动，依次穿过1#延伸辊组1、2#延伸辊组2、展平辊组3、均化辊组4和定位辊5。

所述延伸辊组包括2组结构相同的对辊组，分别为1#延伸辊组1和2#延伸辊组2，下面以1#延伸辊组1为例进行说明。1#延伸辊组1包括相对错位设置的第一延伸辊11和第二延伸辊12，所述带钢0从所述第一延伸辊11和所述第二延伸辊12之间穿过，并依次接触所述第一延伸辊11和所述第二延伸辊12，所述第一延伸辊11和所述第二延伸辊12对所述带钢0在垂直于所述带钢0运动方向上的作用力大小相同，方向相反。之后进入2#延伸辊组2，带钢0被进一步延伸，以消除来料造成的较大浪形。由于超高强钢来料板形很差，具有较大的浪形，需要施加一定的延伸率才能消除，因此通过1#延伸辊组1和2#延伸辊组2配合，来完成对来料浪形的清除。

1#延伸辊组1还连接1#深度调节装置13，例如压缩气缸或者推动杆，通过1#深度调节装置13改变第一延伸辊11和第二延伸辊12相对错开的深度，来改变对带钢0的延伸率的调整。同理，2#延伸辊组2还连接2#深度调节装置21。

由于带钢强度高，相对软钢而言需要更大的变形才能产生延伸率，例如带钢强度为1000Mpa以上，即σs≥1000Mpa，产生塑性变形所需要的延伸率为，ε＝σs/E，E为弹性模量，钢在冷态下的弹性模量为210000Mpa，因此带钢强度越高，对塑性变形所需要的延伸率越大，屈服强度大于1000Mpa带钢塑性延伸率为≥0.47％，因此，本发明通过1#深度调节装置13改变1#延伸辊组中对辊相对错开的深度，来改变带钢0的延伸率。

通过2#延伸辊组2后，带钢0进入展平辊组3，展平辊组3通过展平辊对所述带钢0产生与所述带钢0运动方向相同的第二张力T1。

展平辊组3还连接3#深度调节装置31，通过3#深度调节装置31推动展平辊组3发生位移，以改变第二张力T1的大小。

在经过展平辊组3后，带钢0容易发生横弯和纵弯，为此，继续进入均化辊组4，所述均化辊组4包括相对错位设置的第一均化辊41和第二均化辊42，所述带钢0从所述第一均化辊41和所述第二均化辊42之间穿过，形成连续多个弯曲方向相反的圆弧，从而对所述带钢0上的残余应力进行均化。第一均化辊41和第二均化辊42分别连接4#深度调节装置43和5#深度调节装置44，从而对第一均化辊41和第二均化辊42相对错开的深度进行调整。

定位辊5提供作用力将残余应力消减完的带钢牵引出所述装置，从而完成带钢加工。

在使用时，可以根据带钢0的加工要求进行工艺设定，包括：

1、设定出口张力T2，计算中间张力T1和入口张力T0；

2、设定1#延伸辊组和2#延伸辊组的延伸率，通过1#深度调节装置13和2#深度调节装置21来调整1#延伸辊压入深度和2#延伸辊压入深度；

3、设定均化辊组4中第一均化辊41和所述第二均化辊42压入深度，并调整4#深度调节装置43和5#深度调节装置44达到相应深度，直到带钢横弯和纵弯消除。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (12)

1.一种带钢矫直方法，其特征在于：沿带钢运动方向依次对所述带钢施加第一张力、第二张力和第三张力，其中所述第一张力与所述第三张力的方向相反，所述第二张力与所述第三张力的方向相同，并且所述第三张力的绝对值大于所述第一张力，所述第二张力的绝对值大于所述第一张力的绝对值；

在所述第一张力和所述第二张力的作用点之间设置延伸辊组，所述延伸辊组使得所述带钢被延伸；

在所述延伸辊组沿所述带钢运动方向设置展平辊组，所述展平辊组提供所述第二张力，使得所述带钢被展平；

在所述第二张力和所述第三张力的作用点之间设置均化辊组，所述均化辊组包括相对错位设置的第一均化辊和第二均化辊，所述第一均化辊和所述第二均化辊均包括至少一排连续可转动辊，所述带钢从可转动辊之间穿过，形成连续多个弯曲方向相反的圆弧，从而对所述带钢上的残余应力进行均化。

2.根据权利要求1所述带钢矫直方法，其特征在于：所述第二张力等于所述第三张力减去所述均化辊组的张力减损，从而使得带钢沿第二张力的方向运动。

3.根据权利要求1所述带钢矫直方法，其特征在于：所述带钢的延伸率取决于所述第二张力和所述延伸辊组对所述带钢的弯曲度，延伸率正比于所述第二张力。

4.根据权利要求1-3任一项所述带钢矫直方法，其特征在于：所述延伸辊组包括相对错位设置的第一延伸辊和第二延伸辊，所述带钢从所述第一延伸辊和所述第二延伸辊之间穿过，并依次接触所述第一延伸辊和所述第二延伸辊，所述第一延伸辊和所述第二延伸辊对所述带钢在垂直于所述带钢运动方向上的作用力大小相同，方向相反。

5.根据权利要求4所述带钢矫直方法，其特征在于：通过改变所述第一延伸辊和所述第二延伸辊相对错开的深度，来改变所述第一延伸辊和所述第二延伸辊对所述带钢在垂直于所述带钢运动方向上的作用力大小，从而改变所述带钢的延伸率。

6.根据权利要求4所述带钢矫直方法，其特征在于：所述延伸辊组的数目为1个或者多个。

7.根据权利要求1-3任一项所述带钢矫直方法，其特征在于：所述展平辊组包括展平辊，通过改变所述展平辊垂直于所述带钢运动方向上的位移，来改变所述第二张力的大小。

8.根据权利要求4所述带钢矫直方法，其特征在于：通过改变所述第一均化辊和所述第二均化辊相对错开的深度，来改变所述第一均化辊和所述第二均化辊对所述带钢在垂直于所述带钢运动方向上的作用力大小，从而改变所述带钢的残余应力被均化程度。

9.根据权利要求8所述带钢矫直方法，其特征在于：所述第一均化辊和所述第二均化辊相对错开的深度，小于所述第一延伸辊和所述第二延伸辊相对错开的深度。

10.一种带钢矫直装置，利用权利要求1-9任一项所述带钢矫直方法进行带钢矫直，其特征在于：包括沿带钢运动方向依次设置的入口拉伸装置、延伸辊组、展平辊组、均化辊组和出口拉伸装置，其中：

所述入口拉伸装置提供与所述带钢运动方向相反的第一张力；

所述延伸辊组包括相对错位设置的第一延伸辊和第二延伸辊，所述带钢从所述第一延伸辊和所述第二延伸辊之间穿过，并依次接触所述第一延伸辊和所述第二延伸辊，所述第一延伸辊和所述第二延伸辊对所述带钢在垂直于所述带钢运动方向上的作用力大小相同，方向相反；

所述展平辊组包括展平辊，所述展平辊对所述带钢产生所述第二张力；

所述均化辊组包括相对错位设置的第一均化辊和第二均化辊，所述带钢从所述第一均化辊和所述第二均化辊之间穿过，形成连续多个弯曲方向相反的圆弧，从而对所述带钢上的残余应力进行均化；

所述出口拉伸装置提供与所述带钢运动方向相同的第三张力。

11.根据权利要求10所述带钢矫直装置，其特征在于：所述带钢矫直装置还包括辊组压入深度调节装置，所述辊组压入深度调节装置对所述延伸辊组、所述展平辊组或所述均化辊组中至少一个辊组的位置进行调整。

12.根据权利要求10或11所述带钢矫直装置，其特征在于：所述均化辊组和所述出口拉伸装置之间还设置定位辊，所述定位辊使所述带钢沿水平方向运动。

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