TWI655294B - 降低分條鋼板之弧形值的方法 - Google Patents

Abstract

一種降低分條鋼板之弧形值的方法。在此方法中，提供鋼板，其中此鋼板歷經軋延製程。對鋼板進行冷卻製程。於冷卻製程後，對鋼板進行冷整平製程，以均勻化鋼板之塑性變形。於冷整平製程後，對鋼板進行分條製程。

Description

降低分條鋼板之弧形值的方法

本發明是有關於一種鋼板分條技術，且特別是有關於一種降低分條鋼板之弧形值的方法。

鋼鐵類板材通常需要經過多道熱處理及軋延程序後，才能製得具有所需物理性質的板材。在這些過程中，板材的溫度會上升，所以需要透過冷卻程序將板材的溫度下降。在冷卻程序中，加速控制冷卻(accelerated controlled cooling，ACC)過程中的噴水降溫會導致鋼板邊緣過冷，而造成鋼板內的殘留應力過大。而殘留應力是決定鋼板分條後之彎曲程度的關鍵。

一般而言，鋼板分條會彎曲主要有下列三個因素：鋼板沿其寬度方向上的長度不均、鋼板沿其寬度方向的殘留應力過大、以及鋼板沿其寬度方向之殘留應力的擺盪振幅太大且不穩定。前面兩個因素屬於同個問題。一般來說，鋼板沿其寬度方向上長短不均是在加速控制冷卻的噴水冷卻處理時，鋼板的組織相變而導致晶粒成長的不一致，進而使得受冷的鋼板邊緣部分較短，鋼板的中間部分較長。在鋼 板內之殘留應力的平衡中，鋼板長度較短的部分會有較大的正應力，長度較長的部分會有負應力。在鋼板分條切割時，受到鋼板內不均勻的正負殘留應力的影響，使得鋼板分條後會彎曲。針對第三個因素，若鋼板的殘留應力值的跳動幅度不大，鋼板分條後的曲率會比較小，即便鋼板切割後還是會向外彎或向內彎，但不影響分條的曲率程度。

為了改善加速控制冷卻過程時鋼板邊緣過冷的情況，使用遮邊器(edge masking)來防止噴水過量。根據鋼板的厚度、寬度與冷卻水量，並經由程控系統來調整遮邊器的作動量。然而，由於理論計算與實際情況之間的誤差，或是鋼板在行進過程中跑偏，常使得遮邊量不均勻，導致鋼板內的殘留應力仍舊過大。為了改善理論計算的誤差，目前提出一種透過影像處理裝置對板材影像進行處理，並藉此計算出板材的偏移量，而提供給遮邊器的控制設備來控制遮邊器的位置。

雖然目前已能較準確的控制遮邊量，但製程中的溫度變化會使鋼材產生組織應力與熱應力，而在這兩個應力交互影響下，鋼板內之殘留應力的預測更加的複雜。

由上述說明可知，遮邊量之調整的設定相當複雜，至今尚無法完全精準地藉由遮邊來預測鋼板內部的殘留應力情況。況且，遮邊冷卻後至鋼板最後分條階段尚需經過熱整平與堆冷，鋼板內的殘留應力值會再改變。因此，想藉由遮邊來改善鋼板分條的弧形值極其困難。

因此，本發明之一目的就是在提供一種降低分條鋼板之弧形值的方法，其於鋼板的冷卻製程後，對鋼板進行冷整平製程，以均勻化鋼板的塑性變形，藉以減少鋼板的殘留應力，並使鋼板的殘留應力趨於穩定。故，可有效降低鋼板分條後的弧形值。

根據本發明之上述目的，提出一種降低分條鋼板之弧形值的方法。在此方法中，提供鋼板，其中此鋼板歷經軋延製程。對鋼板進行冷卻製程。於冷卻製程後，對鋼板進行冷整平製程，以均勻化鋼板之塑性變形。於冷整平製程後，對鋼板進行分條製程。

依據本發明之一實施例，上述之冷卻製程包含加速控制冷卻程序。

依據本發明之一實施例，上述進行加速控制冷卻程序時包含利用遮邊技術。

依據本發明之一實施例，於冷卻製程與該冷整平製程之間，上述方法更包含對鋼板進行熱整平製程、以及於熱整平製程後，對鋼板進行堆冷程序。

依據本發明之一實施例，上述之冷整平製程係在室溫下進行。

根據本發明之上述目的，另提出一種降低分條鋼板之弧形值的方法。在此方法中，提供鋼板，其中此鋼板歷經軋延製程以及冷卻製程。對鋼板進行量測製程，以量測鋼板之表面的殘留應力。於量測製程後，對鋼板進行冷整平 製程，以降低鋼板之殘留應力。於冷整平製程後，對鋼板進行分條製程。

依據本發明之一實施例，上述之冷卻製程包含加速控制冷卻程序。

依據本發明之一實施例，上述進行加速控制冷卻程序時包含利用遮邊技術。

依據本發明之一實施例，於冷卻製程與量測製程之間，上述之方法更包含對鋼板進行熱整平製程、以及於熱整平製程後，對鋼板進行堆冷程序。

依據本發明之一實施例，上述之冷整平製程係在室溫下進行，且熱整平製程之製程溫度大於冷整平製程之製程溫度。

100‧‧‧步驟

110‧‧‧步驟

120‧‧‧步驟

130‧‧‧步驟

140‧‧‧步驟

150‧‧‧步驟

160‧‧‧步驟

200‧‧‧鋼板

202‧‧‧寬度方向

210‧‧‧頭端

210a‧‧‧距離

212‧‧‧虛線

220‧‧‧中段

222‧‧‧虛線

230‧‧‧尾端

230a‧‧‧距離

232‧‧‧虛線

300‧‧‧鋼板

302‧‧‧分條鋼板

310‧‧‧鋼板

312‧‧‧分條鋼板

320‧‧‧鋼板

322‧‧‧分條鋼板

330‧‧‧鋼板

332‧‧‧分條鋼板

340‧‧‧鋼板

342‧‧‧軋延方向

344‧‧‧寬度方向

346‧‧‧負載

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：〔圖1〕係繪示依照本發明之一實施方式的一種降低分條鋼板之弧形值之方法的流程圖；〔圖2〕係繪示依照本發明之一實施方式的一種鋼板之量測位置的示意圖；〔圖3〕係繪示依照本發明之一實施方式的一種鋼板之殘留應力的分布曲線圖； 〔圖4〕係繪示依照本發明之一實施方式的一種鋼板之殘留應力的模擬分布曲線圖；〔圖5〕係繪示對應〔圖4〕之鋼板之殘留應力之模擬分布曲線所得到之分條鋼板之曲率的模擬曲線圖；〔圖6〕係繪示依照本發明之一實施方式的一種鋼板之殘留應力的分布曲線圖；〔圖7〕係繪示〔圖6〕之鋼板經分條後之分條鋼板的彎曲示意圖；〔圖8〕係繪示依照本發明之一實施方式的一種鋼板之殘留應力的分布曲線圖；〔圖9〕係繪示〔圖8〕之鋼板經分條後之分條鋼板的彎曲示意圖；〔圖10〕係繪示依照本發明之一實施方式的一種鋼板之殘留應力的分布曲線圖；〔圖11〕係繪示〔圖10〕之鋼板經分條後之分條鋼板的彎曲示意圖；〔圖12〕係繪示依照本發明之一實施方式的一種鋼板之殘留應力的分布曲線圖；〔圖13〕係繪示〔圖12〕之鋼板經分條後之分條鋼板的彎曲示意圖；〔圖14〕係繪示依照本發明之一實施方式的一種鋼板之殘留應力模型的分布曲線圖；〔圖15〕係繪示〔圖14〕之鋼板彎折時的示意圖； 〔圖16〕係繪示〔圖14〕之鋼板經一次彎曲後之殘留應力的分布曲線圖；〔圖17〕係繪示依照本發明之一實施方式的一種鋼板尚未經彎曲前的微應變條狀圖；〔圖18〕係繪示〔圖17〕之鋼板經彎曲後的微應變條狀圖；〔圖19〕係繪示依照本發明之一實施方式的一種鋼板經不同程度的彎曲後之殘留應力的分布曲線圖；〔圖20〕係繪示依照本發明之一實施方式的一種鋼板之整平前後的殘留應力的分布曲線圖；以及〔圖21〕係繪示依照本發明之一實施方式的一種鋼板之整平前後的殘留應力的分布曲線圖。

請參照圖1，其係繪示依照本發明之一實施方式的一種降低分條鋼板之弧形值之方法的流程圖。在一些實施例中，進行降低分條鋼板之弧形值的方法時，可先進行步驟100，以提供鋼板。鋼板可為鋼胚經過軋延製程後而形成。在一些示範例子中，鋼胚可經過多道熱處理，並搭配軋延製程，使所形成之鋼板具有所需的物理性質。

由於鋼板在熱處理與軋延製程後溫度會上升，因此接下來可進行步驟110，以對鋼板進行冷卻製程，來降低鋼板的溫度。在一些例子中，冷卻製程包含加速控制冷卻程序。在一些示範例子中，在進行加速控制冷卻程序時，可 利用遮邊技術，以利用遮邊器來防止噴水過量，藉此降低加速控制冷卻程序後鋼板的殘留應力。

在一些例子中，於鋼板之冷卻製程後，可進行步驟120，以對鋼板進行熱整平製程，藉以使鋼板的表面趨於平整。此外，完成鋼板之熱整平製程後，可再進行步驟130，以對鋼板進行堆冷程序，而將鋼板擺放在室溫環境下，使鋼板的溫度慢慢下降至室溫。

在一些例子中，完成鋼板的堆冷程序後，可進行步驟140，來對鋼板進行量測製程，以量測鋼板之表面的殘留應力。舉例而言，可利用磁性探頭來量測鋼板表面的殘留應力。請參照圖2，其係繪示依照本發明之一實施方式的一種鋼板之量測位置的示意圖。利用磁性探頭來量測鋼板200表面的殘留應力時，可例如量測鋼板200之頭端210、中段220與尾端230之表面。在一些示範例子中，為避免鋼板200之頭端210與尾端230因噴水冷卻或製程不穩造成量測製程的誤差，可取離頭端210相距一段距離210a與離尾端230相距一段距離230a之處沿鋼板200之寬度方向202量測。鄰近鋼板200之頭端210的量測處以虛線212表示，中段220之量測處以虛線222表示，鄰近鋼板200之尾端230的量測處以虛線232表示。舉例而言，虛線212與頭端210之間的距離可約為450mm，虛線232與尾端230之間的距離亦可約為450mm。

磁性探頭在鋼板200之表面上，例如鋼板200之上表面上，進行量測，量測到的鋼板200之磁通量密度數 值為鋼板200的殘留應力值。若所量測到的數值為正，代表鋼板200此處之殘留應力為拉應力，若數值為負，代表鋼板200此處之殘留應力為壓應力。在一示範例子中，可分別沿著鄰近頭端210的虛線212、中段220之虛線222、以及鄰近尾端230的虛線232，每5公分為一量測點進行量測。以橫軸為寬度且縱軸為應力，將所量測到的數值畫成曲線，如圖3所示。根據圖3所示之鋼板200之殘留應力的分布曲線圖可知，受到製程影響會使得鋼板200的二側附近有相對極大的拉應力。如此，將導致鋼板200在後續焰切分條時，而沿著切割道向外彎曲。

在一些例子中，為了有效了解鋼板200之殘留應力的分布歷程，可利用有限元素模擬軟體，例如ANSYS力學分析軟體或abaqus有限元素模擬軟體，來分析鋼板200之殘留應力與分條鋼板彎曲程度之間的關係。

請同時參照圖4與圖5，其中圖4係繪示依照本發明之一實施方式的一種鋼板之殘留應力的模擬分布曲線圖，圖5係繪示對應圖4之鋼板之殘留應力之模擬分布曲線所得到之分條鋼板之曲率的模擬曲線圖。圖4的虛線代表鋼板分切的寬度，切在鋼板的寬度0.4處時，可對應至圖5的原點處，即橫軸為10等分處，此時分條鋼板的曲率為0.045m^-1；切在圖4之鋼板的寬度0.3處時，可對應至圖5橫軸為20等分處，此時分條鋼板的曲率為0.0325m^-1；而切在圖4之鋼板的殘留應力值最小的寬度0.2處時，可對應至圖5橫軸為30等分處，此時分條鋼板的曲率最小。由此可知，鋼板之殘留應力值越小，分條鋼板的彎曲程度也隨之變小。

鋼板殘留應力之型態的不同也會讓分條鋼板之彎曲的方向不同。請參照圖6至圖9，其中圖6係繪示依照本發明之一實施方式的一種鋼板之殘留應力的分布曲線圖，圖7係繪示圖6之鋼板經分條後之分條鋼板的彎曲示意圖，圖8係繪示依照本發明之一實施方式的一種鋼板之殘留應力的分布曲線圖，圖9係繪示圖8之鋼板經分條後之分條鋼板的彎曲示意圖。如圖6與圖7所示，當鋼板300之靠邊的殘留應力為拉應力時，鋼板300切邊分條時，鋼板300中的分條鋼板302向外側彎曲。如圖8與圖9所示，當鋼板310之靠邊的殘留應力為壓應力時，鋼板310切邊分條時，鋼板310中的分條鋼板312向內側彎曲。

請參照圖10至圖13，其中圖10係繪示依照本發明之一實施方式的一種鋼板之殘留應力的分布曲線圖，圖11係繪示圖10之鋼板經分條後之分條鋼板的彎曲示意圖，圖12係繪示依照本發明之一實施方式的一種鋼板之殘留應力的分布曲線圖，圖13係繪示圖12之鋼板經分條後之分條鋼板的彎曲示意圖。若鋼板320的殘留應力值分布係如圖10所示的水平型態，鋼板320中的分條鋼板322較為筆直，如圖11所示。此外，由於鋼板320之靠邊附近為拉應力，因此分條鋼板322經分條後朝外側彎。但，由圖7與圖11可看出，切割出來的分條鋼板322與圖7之分條鋼板302有明顯差異，水平殘留應力的鋼板320切割出來的分條鋼板322較筆 直。導致這兩種情況的原因在於，鋼板有斜率的殘留應力分布時，有力矩作用於其上，切割後，力矩作用下會使得分條鋼板較為彎曲；而鋼板具有水平殘留應力分布時，有均布力作用於其上，切割後分條鋼板較為筆直。

同理，由於鋼板330之靠邊附近為壓應力，因此分條鋼板332經切割後朝內側彎曲。但，因鋼板330的殘留應力值分布係如圖12所示的水平型態，受到水平殘留應力的影響，使得分條鋼板332就算分切後的整體趨勢是朝內側彎，但分條鋼板332較為筆直。

根據上述說明可知，若能將鋼板整體的殘留應力值降低，或是降低鋼板內之殘留應力值的振幅，使鋼板內的殘留應力呈水平型態，均可改善分條鋼板的彎曲程度。

請再次參照圖1，可於鋼板的量測製程後，或者可省略鋼板的量測製程而直接進行步驟150，對鋼板進行冷整平製程，以均勻化鋼板的塑性變形，藉此可降低鋼板之殘留應力。鋼板的冷整平製程係在整平機中進行，其中整平機具有多支工輥，且這些工輥上下交錯排列。在冷整平過程中，鋼板經過整平機之工輥的彎曲，可在冷整平過程中產生往復的塑性變形，進而達到消除鋼板內之殘留應力的目的。可藉由調整整平機之交錯排列的工輥間的嚙合(intermesh)程度，或藉由增加鋼板之往復整平的道次，來降低分條鋼板的弧形值。在一些示範例子中，鋼板之冷整平製程係在室溫下進行。此外，鋼板之熱整平製程的製程溫度大於冷整平製程的製程溫度。

驗證冷整平製程的效果時，可以有限元素模擬設定好鋼板模型之內部的殘留應力。請同時參照圖14與圖15，其中圖14係繪示依照本發明之一實施方式的一種鋼板之殘留應力模型的分布曲線圖，圖15係繪示圖14之鋼板彎折時的示意圖。鋼板340可具有軋延方向342與寬度方向344，其中軋延方向342又可稱為鋼板340的長度方向，軋延方向342可與寬度方向344大致呈垂直。在一些示範例子中，鋼板340之殘留應力模型的分布曲線如圖14所示。此殘留應力之模型的設定是根據鋼板340在加速控制冷卻過程中受到大量噴水，鋼板340之上表面容易積水，鋼板340下表面之噴水則容易飛濺，因而易造成鋼板340之邊緣過冷而產生極大拉應力。由於鋼板340之邊緣有極大的拉應力，因此可推估鋼板340分切後，分條鋼板必然會往外彎。如圖15所示，可施加負載346於鋼板340上，而將鋼板340往下彎曲，再從鋼板340上釋放負載346，模仿鋼板340進整平機時上下彎曲的過程，並觀察鋼板340與其內之殘留應力的變化趨勢。

請同時參照圖14與圖16，圖16係繪示圖14之鋼板經一次彎曲後之殘留應力的分布曲線圖。由圖14與圖16可看出，鋼板未經彎曲前，鋼板靠邊附近的最大應力為0.25，經彎曲後，鋼板靠邊附近的最大應力為約0.075，鋼板的殘留應力值向下降，且整體的座標階數(order)也從未彎曲前的0.05變成彎曲後的0.025。由此可知，鋼板僅僅經過一次彎曲，其殘留應力值即可獲得有效降低。

鋼板的不均勻塑性變形通常會導致其內有殘留應力產生，且這樣的不均勻塑性變形也會使得鋼板的邊緣與中間部分長短不一致。冷整平製程的原理是讓這樣的不均勻塑性變形變均勻，亦即使鋼板之邊緣與中間部分的長度從不等長趨於等長。請同時參照圖17與圖18，圖17係繪示依照本發明之一實施方式的一種鋼板尚未經彎曲前的微應變條狀圖，圖18係繪示圖17之鋼板經彎曲後的微應變條狀圖。由圖17與圖18可看出，彎曲前鋼板之中間與邊緣的微應變差為3762 μ ε，彎曲後鋼板之中間與邊緣的微應變差縮減至1668.37 μ ε。由於鋼板之中間與邊緣之間之長度差距的縮短可降低鋼板內的殘留應力值，因此可使分條鋼板彎曲的弧形值下降。

此外，透過模擬鋼板之彎曲程度來仿照整平機之工輥嚙合程度的大小，藉此觀察鋼板之應力變動趨勢。請參照圖19，其係繪示依照本發明之一實施方式的一種鋼板經不同程度的彎曲後之殘留應力的分布曲線圖。由圖19可看出，當工輥之嚙合程度越大時，鋼板之殘留應力會整體往下偏移，而可使得鋼板分切後所得之分條鋼板的彎曲量減小。然而，整平機之工輥的嚙合程度有極限值，工輥之嚙合程度太大時易使鋼板在穿帶時打到下工輥而造成整平機損壞，也可能導致鋼板承受太大的彎曲而損壞鋼板。

在一實驗中，取兩片軋製的鋼板，並以磁性探頭取得這兩片鋼板之鄰近頭端處、中段、以及鄰近尾端處沿鋼板寬度方向的殘留應力量測資料。第一片鋼板的厚度x寬 度x長度為26(mm)x2950(mm)x16040(mm)，第二片鋼板的厚度x寬度x長度為26(mm)x2828(mm)x11030(mm)，其中這兩片鋼板的厚度一樣，寬度與長度則均不同。相同厚度的鋼板具有較相同的製程條件，例如完軋溫度與完冷溫度等。此外，為了觀察鋼板之目標溫度達成率與殘留應力是否有相關影響，這兩片鋼板的目標溫度達成率不同，其中目標溫度達成率為鋼板於加速控制冷卻程序後的溫度與一預設溫度值之間的比值。第一片鋼板的目標溫度達成率為79，第二片鋼板的目標溫度達成率為26，其中第一片鋼板只有右半部過冷，第二片鋼板幾乎整片都過冷。

實驗結果如圖20與圖21所示，其中圖20為第一片鋼板之整平前後的殘留應力的分布曲線圖，圖21為第二片鋼板之整平前後的殘留應力的分布曲線圖。由圖20與圖21可看出，整平前兩片鋼板之中段的殘留應力都屬不規則跳動，且殘留應力之振幅的波動也很大；而整平後不論是溫度達成率高的第一片鋼板或達成率低的第二片鋼板，殘留應力之振幅可收斂至接近水平。由此可知，雖然鋼板的製程條件未達標準，經由冷整平製程後可將鋼板之殘留應力的振幅縮小。另外，鋼板之靠邊附近約30公分處因其剛性較小且拉應力較大，是較容易切邊側彎處。經過冷整平製程後，可看出鋼板之二側邊緣的殘留應力也從整平前很大的振幅縮減至近乎水平，因此可大幅降低分條鋼板的弧形值。

請再次參照圖1，於冷整平製程後，可進行步驟106，以對鋼板進行分條製程。由於鋼板經冷整平製程後， 無論是殘留應力值，或是殘留應力的振幅，都有顯著的下降，因此鋼板經分條後，分條鋼板的彎曲度大幅減少，故可有效降低分條鋼板的弧形值。

由上述之實施方式可知，本發明之一優點就是因為本發明之降低分條鋼板之弧形值的方法於鋼板的冷卻製程後，對鋼板進行冷整平製程，以均勻化鋼板的塑性變形，藉以減少鋼板的殘留應力，並使鋼板的殘留應力趨於穩定。因此，可有效降低鋼板分條後的弧形值。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何在此技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (10)

1. 一種降低分條鋼板之弧形值的方法，包含：提供一鋼板，其中該鋼板歷經一軋延製程；對該鋼板進行一冷卻製程；對該鋼板進行一熱整平製程；於該熱整平製程後，對該鋼板進行一冷整平製程，以均勻化該鋼板之一塑性變形；以及於該冷整平製程後，對該鋼板進行一分條製程。
2. 如申請專利範圍第1項之降低分條鋼板之弧形值的方法，其中該冷卻製程包含一加速控制冷卻程序。
3. 如申請專利範圍第2項之降低分條鋼板之弧形值的方法，其中進行該加速控制冷卻程序時包含利用一遮邊技術。
4. 如申請專利範圍第1項之降低分條鋼板之弧形值的方法，其中於該冷卻製程與該冷整平製程之間，該方法更包含：於該熱整平製程後，對該鋼板進行一堆冷程序。
5. 如申請專利範圍第1項之降低分條鋼板之弧形值的方法，其中該冷整平製程係在室溫下進行。
6. 一種降低分條鋼板之弧形值的方法，包含： 提供一鋼板，其中該鋼板歷經一軋延製程以及一冷卻製程；對該鋼板進行一熱整平製程；於該熱整平製程後，對該鋼板進行一量測製程，以量測該鋼板之一表面的一殘留應力；於該量測製程後，對該鋼板進行一冷整平製程，以降低該鋼板之該殘留應力；以及於該冷整平製程後，對該鋼板進行一分條製程。
7. 如申請專利範圍第6項之降低分條鋼板之弧形值的方法，其中該冷卻製程包含一加速控制冷卻程序。
8. 如申請專利範圍第7項之降低分條鋼板之弧形值的方法，其中進行該加速控制冷卻程序時包含利用一遮邊技術。
9. 如申請專利範圍第6項之降低分條鋼板之弧形值的方法，其中於該冷卻製程與該量測製程之間，該方法更包含：於該熱整平製程後，對該鋼板進行一堆冷程序。
10. 如申請專利範圍第6項之降低分條鋼板之弧形值的方法，其中該冷整平製程係在室溫下進行，且該熱整平製程之製程溫度大於該冷整平製程之製程溫度。