一種卷取溫度偏差引起的高強鋼不對稱收縮控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及冶金機械及自動化、乳制技術，具體指一種卷取溫度偏差引起的高強 鋼不對稱收縮控制方法。 技術背景
[0002] 隨著鋼鐵工業的飛速發展，礦產資源、能源、環境等與鋼鐵工業之間的矛盾日益突 出，調整產品結構，提高產品附加值已經成為各個鋼鐵企業的重要工作，高強鋼作為近些年 鋼鐵工業的重要產品，在軌道交通、航空航天、船舶、建筑等各個領域均發揮著重要作用。熱 乳帶鋼經過乳制、層流冷卻后通過卷取機卷取成卷，并在鞍座上進行自然冷卻。卷形是熱乳 帶鋼質量的一項重要指標，良好的卷形既是保證下游工序和客戶正常使用的基本要求，也 是企業乳鋼技術水平的體現。目前已經廣泛使用層流快速冷卻技術進行高強鋼生產，由于 冷卻速率快，卷取溫度控制相比普碳鋼困難，卷取溫度通常會在目標值附近頻繁波動，如圖 1所示。按照設計的目標溫度，帶鋼在進入卷取機前已經完成了相變，但即使設定了合理的 卷取目標溫度，難免有控制偏差，如果波動幅度稍大，特別是溫度高的部分，卷取完成以后 仍會存在一部分殘余奧氏體，這部分殘余奧氏體會繼續發生相變。在殘余奧氏體相變誘導 塑性和鋼卷自身重力的綜合作用下，在靠近鞍座一側會出現鋼卷收縮現象，如圖2所示，鋼 卷上部仍然保持圓形，鋼卷整體則類似于瓢形。
[0003] 鋼卷不對稱收縮受很多因素影響，主要有：1)卷取溫度，鋼卷發生不對稱收縮主要 是因為殘余奧氏體相變誘導塑性，如果保證在卷取前完成相變，鋼卷中無奧氏體，則帶鋼成 卷后，僅在自身重力的作用下，應力遠小于屈服強度，不會發生塑性變形，不對稱收縮即可 避免，但直接大幅度調整卷取目標溫度會影響帶鋼的性能，故卷取溫度的調節需要適量;2) 板帶長度，板帶長度直接影響鋼卷卷徑大小，也就影響鋼卷下部的受力大小，一般來說，板 帶越長，鋼卷越容易發生不對稱收縮，但熱乳很難實現在線分卷;3)帶鋼厚度，帶鋼越厚，鋼 卷的剛度也越大，鋼卷越不容易發生不對稱收縮，薄規格帶鋼鋼卷更易出現不對稱收縮;4) 卷取張力，適度增大卷取張力可以增大鋼卷的整體剛度，提高其抵抗變形的能力，但卷取張 力過大會將帶鋼拉斷或者拉窄；5)卷取后堆放條件，如果以鋼卷的側面作為支撐面放置，就 不會因為重力的作用使鋼卷發生不對稱收縮，但這不利于鋼卷的堆垛和行車的搬運，現場 無法實施。
[0004] 文獻 "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)提到了鋼卷卷取以后的不對稱收 縮現象，并采用有限元的方法模擬了相變過程及變形過程，沒有提到采用何種具體措施解 決這一質量缺陷。
[0005] 專利"一種防止熱乳帶鋼扁卷的卷取方法"（【申請號】201010233029.6)提到了一種 卷取完成以后鋼卷的整體變形，稱為扁卷或塌卷，并主要通過在卷取內停留20s-60s來消除 這種缺陷。此專利中提到的整體變形和本專利的不對稱收縮具有一定的相似性，其中一部 分原因也是卷取和空冷過程中相變導致，但這一相變可能是各段的溫度工藝制度設計不合 理導致，另外，此專利提出的在卷取機內停留20s-60s雖然具有一定的可行性，但此方法會 影響生產線的乳制節奏和卷取機的利用率。本專利在溫度控制方面提出降低卷取溫度控制 實際值，使得相變在進入卷取前就完成，和專利"一種防止熱乳帶鋼扁卷的卷取方法"提出 的在卷取機內停留并完成相變的方法具有本質的區別。
[0006] 專利"消除熱乳薄規格花紋板扁卷的控制方法"（申請號:201510272198.3)提到了 一種解決薄規格花紋板扁卷的控制方法，主要考慮花紋板豆高使得鋼卷層與層之間存在間 隙，通過張力，夾送輥，助卷輥的相關工藝參數優化，消除扁卷。此專利提到的扁卷產生的原 因和本專利同樣具有本質的區別。
[0007] 專利"一種防止熱乳鋼帶扁卷的卷取方法"（申請號:02144917.1)提到將含碳量大 于0.25的鋼帶卷取溫度控制在Arl+(-10°C~+60°C)范圍，使鋼卷的相變從外層及卷筒接觸 的芯部向中間層逐步進行。和本文提到的高強鋼卷取后不對稱收縮控制方法相比，此專利 主要考慮了改變卷取目標溫度，沒有考慮到控制精度偏差帶來的扁卷問題，同時也沒有考 慮不同厚度規格的區別。
[0008] 專利"一種消除捆帶鋼熱卷扁卷缺陷的方法"（【申請號】201510158416.0)提到了采 用控制冷卻溫度、冷卻模式和提高卷取張力來消除扁卷缺陷，此專利提出的方法從原理上 可行，但在溫度控制中同樣未考慮控制精度偏差帶來的扁卷問題，在張力控制中，則沒有說 明不同厚度的鋼種采用何種增幅，容易導致寬薄規格鋼卷在提高卷取張力后出現帶鋼拉窄 的現象。
[0009] 除此以外，部分期刊論文也提到了層流冷卻溫度控制和卷取張力能夠緩解扁卷問 題，但同樣均沒有考慮由于控制精度偏差帶來的相變及不同規格卷取張力的大小設置。
[0010] 基于此，本發明通過優化卷取溫度控制的實際值，在不影響帶鋼性能的前提下使 帶鋼在進入卷取之前完成相變，并且根據帶鋼厚度優化卷取張力，在不影響帶鋼寬度拉窄 的前提下增大鋼卷的整體剛度，增加其抵御變形的能力，大大減少熱乳高強鋼卷取后發生 不對稱收縮的比例。

【發明內容】

[0011] 通過建立高強鋼鋼卷的有限元模型，對鋼卷從成卷到冷卻至室溫的過程進行分 析。研究了卷取后奧氏體相變存在的前提下，帶鋼厚度對鋼卷不對稱收縮的影響。鋼卷的不 對稱收縮的程度用不對稱系數來表示，指得是鋼卷變形后的高寬比。附圖3為有限元模型計 算得到的不同厚度帶鋼冷卻過程中的不對稱系數的變化，從圖中可以看出，厚度越小的高 強鋼，發生不對稱收縮的程度越大。為解決本專利提到的卷取溫度控制精度導致的卷取過 程中相變問題及不同規格的不對稱收縮程度不一樣，本專利從兩個方面進行考慮，做出如 下
【發明內容】
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[00?2] 1)對于厚度規格為1 · 8mm~6 · Om