一种卷取温度偏差引起的高强钢不对称收缩控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及冶金机械及自动化、乳制技术，具体指一种卷取温度偏差引起的高强 钢不对称收缩控制方法。 技术背景
[0002] 随着钢铁工业的飞速发展，矿产资源、能源、环境等与钢铁工业之间的矛盾日益突 出，调整产品结构，提高产品附加值已经成为各个钢铁企业的重要工作，高强钢作为近些年 钢铁工业的重要产品，在轨道交通、航空航天、船舶、建筑等各个领域均发挥着重要作用。热 乳带钢经过乳制、层流冷却后通过卷取机卷取成卷，并在鞍座上进行自然冷却。卷形是热乳 带钢质量的一项重要指标，良好的卷形既是保证下游工序和客户正常使用的基本要求，也 是企业乳钢技术水平的体现。目前已经广泛使用层流快速冷却技术进行高强钢生产，由于 冷却速率快，卷取温度控制相比普碳钢困难，卷取温度通常会在目标值附近频繁波动，如图 1所示。按照设计的目标温度，带钢在进入卷取机前已经完成了相变，但即使设定了合理的 卷取目标温度，难免有控制偏差，如果波动幅度稍大，特别是温度高的部分，卷取完成以后 仍会存在一部分残余奥氏体，这部分残余奥氏体会继续发生相变。在残余奥氏体相变诱导 塑性和钢卷自身重力的综合作用下，在靠近鞍座一侧会出现钢卷收缩现象，如图2所示，钢 卷上部仍然保持圆形，钢卷整体则类似于瓢形。
[0003] 钢卷不对称收缩受很多因素影响，主要有：1)卷取温度，钢卷发生不对称收缩主要 是因为残余奥氏体相变诱导塑性，如果保证在卷取前完成相变，钢卷中无奥氏体，则带钢成 卷后，仅在自身重力的作用下，应力远小于屈服强度，不会发生塑性变形，不对称收缩即可 避免，但直接大幅度调整卷取目标温度会影响带钢的性能，故卷取温度的调节需要适量;2) 板带长度，板带长度直接影响钢卷卷径大小，也就影响钢卷下部的受力大小，一般来说，板 带越长，钢卷越容易发生不对称收缩，但热乳很难实现在线分卷;3)带钢厚度，带钢越厚，钢 卷的刚度也越大，钢卷越不容易发生不对称收缩，薄规格带钢钢卷更易出现不对称收缩;4) 卷取张力，适度增大卷取张力可以增大钢卷的整体刚度，提高其抵抗变形的能力，但卷取张 力过大会将带钢拉断或者拉窄；5)卷取后堆放条件，如果以钢卷的侧面作为支撑面放置，就 不会因为重力的作用使钢卷发生不对称收缩，但这不利于钢卷的堆垛和行车的搬运，现场 无法实施。
[0004] 文献 "A finite element analysis for asymmetric contraction after coiling of hot-rolled steel"（Journal of Materials Processing Technology,2010, Volume 210，Issues 6-7，lApril 2010，Pages 907-913)提到了钢卷卷取以后的不对称收 缩现象，并采用有限元的方法模拟了相变过程及变形过程，没有提到采用何种具体措施解 决这一质量缺陷。
[0005] 专利"一种防止热乳带钢扁卷的卷取方法"（【申请号】201010233029.6)提到了一种 卷取完成以后钢卷的整体变形，称为扁卷或塌卷，并主要通过在卷取内停留20s-60s来消除 这种缺陷。此专利中提到的整体变形和本专利的不对称收缩具有一定的相似性，其中一部 分原因也是卷取和空冷过程中相变导致，但这一相变可能是各段的温度工艺制度设计不合 理导致，另外，此专利提出的在卷取机内停留20s-60s虽然具有一定的可行性，但此方法会 影响生产线的乳制节奏和卷取机的利用率。本专利在温度控制方面提出降低卷取温度控制 实际值，使得相变在进入卷取前就完成，和专利"一种防止热乳带钢扁卷的卷取方法"提出 的在卷取机内停留并完成相变的方法具有本质的区别。
[0006] 专利"消除热乳薄规格花纹板扁卷的控制方法"（申请号:201510272198.3)提到了 一种解决薄规格花纹板扁卷的控制方法，主要考虑花纹板豆高使得钢卷层与层之间存在间 隙，通过张力，夹送辊，助卷辊的相关工艺参数优化，消除扁卷。此专利提到的扁卷产生的原 因和本专利同样具有本质的区别。
[0007] 专利"一种防止热乳钢带扁卷的卷取方法"（申请号:02144917.1)提到将含碳量大 于0.25的钢带卷取温度控制在Arl+(-10°C~+60°C)范围，使钢卷的相变从外层及卷筒接触 的芯部向中间层逐步进行。和本文提到的高强钢卷取后不对称收缩控制方法相比，此专利 主要考虑了改变卷取目标温度，没有考虑到控制精度偏差带来的扁卷问题，同时也没有考 虑不同厚度规格的区别。
[0008] 专利"一种消除捆带钢热卷扁卷缺陷的方法"（【申请号】201510158416.0)提到了采 用控制冷却温度、冷却模式和提高卷取张力来消除扁卷缺陷，此专利提出的方法从原理上 可行，但在温度控制中同样未考虑控制精度偏差带来的扁卷问题，在张力控制中，则没有说 明不同厚度的钢种采用何种增幅，容易导致宽薄规格钢卷在提高卷取张力后出现带钢拉窄 的现象。
[0009] 除此以外，部分期刊论文也提到了层流冷却温度控制和卷取张力能够缓解扁卷问 题，但同样均没有考虑由于控制精度偏差带来的相变及不同规格卷取张力的大小设置。
[0010] 基于此，本发明通过优化卷取温度控制的实际值，在不影响带钢性能的前提下使 带钢在进入卷取之前完成相变，并且根据带钢厚度优化卷取张力，在不影响带钢宽度拉窄 的前提下增大钢卷的整体刚度，增加其抵御变形的能力，大大减少热乳高强钢卷取后发生 不对称收缩的比例。
【发明内容】
[0011] 通过建立高强钢钢卷的有限元模型，对钢卷从成卷到冷却至室温的过程进行分 析。研究了卷取后奥氏体相变存在的前提下，带钢厚度对钢卷不对称收缩的影响。钢卷的不 对称收缩的程度用不对称系数来表示，指得是钢卷变形后的高宽比。附图3为有限元模型计 算得到的不同厚度带钢冷却过程中的不对称系数的变化，从图中可以看出，厚度越小的高 强钢，发生不对称收缩的程度越大。为解决本专利提到的卷取温度控制精度导致的卷取过 程中相变问题及不同规格的不对称收缩程度不一样，本专利从两个方面进行考虑，做出如 下
【发明内容】
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[00?2] 1)对于厚度规格为1 · 8mm~6 · Om