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热轧带钢冷却不均匀产生变形研究
[摘 要]热轧带钢轧后层流冷却沿宽度方向、厚度方向都是不均匀的，冷却速度越快，厚度越大，越不均匀。带钢热卷取后冷却也是不均匀的。不均匀冷却可能导致带钢产生浪形、拱形或潜在的板形缺陷，在热轧带钢板形系统控制中应加以考虑。
[关键词]热轧带钢 冷却不均匀 应力 变形 浪形 中图分类号：TG335.11 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）20-0301-01 前言
热轧带钢轧后通常要进行层流冷却，有的还加上超快速冷却，以控制相变过程，获得特定组织结构和性能的带钢。但带钢在快速冷却过程中，由于散热条件不同，带钢宽度方向、厚度方向冷却速度、温度是不同的，内部产生热应力，加之相变不同时的组织应力，引起带钢产生浪形、弯曲等变形。 1.层流冷却应力和变形
热轧带钢终轧温度一般为850―950℃，在10s左右时间内，经过空冷→层流冷却→空冷，温度达到550―700℃时进行卷取。由于边部散热条件好，带钢
边部冷却速度快于中间部位，层流冷却后，带钢中部受拉应力，边部受压应力。过大的压应力会导致带钢边部发生局部塑性变形，造成冷却后带钢边浪板形缺陷。
采用ABAQUS软件仿真分析表明，带钢在层流冷却段温度差导致的压应力最大可以达到接近80MPa，主要集中在距离带钢边部120mm的范围内（图1）。由此可知，带钢内部残余应力形成和增大的原因是带钢横向的温度分布不均和高冷却速率[1]。 为了提高卷前带钢平坦度，精轧末架目标板形宜设定为中浪，使冷却不均产生的边浪与轧制产生的中浪合理叠加。
2.超快速冷却应力和不均匀变形
热轧带钢轧后快速冷却，不仅带钢宽度方向存在温度差，厚度方向也存在温度差。由图2可知，采用ANSYS软件，利用直接耦合法进行热力耦合瞬态分析，在超快速冷却（UFC）条件下，带钢横断面心部比上下表面温度高，差异最大时可以达到接近450℃。厚度方向温度差可能导致带钢拱形。较大的温度差异使UFC冷却时横断面上热应力分布的差异较常规层流冷却时大得多，UFC冷却时上下表面拉应力在数值上比常规层流冷却时的值大104倍，沿厚度方向的热
应力变化梯度也比常规冷却时的大。
在快冷过程中，带钢内部应力是随时间变化的，快冷结束时形成的横断面参与应力为：上下表面为压应力，心部为拉应力，可能引起带钢弯曲、扭曲变形。对于厚度小于6mm的带钢，可以采用前置式UFC装置进行超快速冷却。当厚度在6 mm以上时，厚度方向温度差必须考虑，可采用后置式UFC进行超快速冷却[2]。
3.热轧带钢卷取后不均匀冷却和变形
带钢卷取后在空气中冷却，外圈冷去快，内圈冷却慢。冷后残余切向应力在靠近钢卷外部为拉应力，内部为压应力，尽管此应力并未超过屈服极限，但压应力与轧制、层流冷却时带钢内部残余应力相叠加引起开卷后带材的失稳，产生屈服变形。要解决热连轧钢板纵剪后偏弯缺陷，必须消除带钢沿长度方向上的曲率变化，使钢板上下表面的残余应力均匀化，这种情况下需要调整带钢的矫直工艺[3]。 4.结语
由于热轧带钢上表面中部存在水滞留，新水直接冲击边部等原因，使得层流冷却过程中带钢宽度方向冷却速度、温度不均，在带钢内部产生热应力。如与组织应力叠加，产生过大的应力，导致带钢形成浪形、
飘曲。带钢厚度方向、钢卷径向冷却速度、温度不均，也会产生热应力，可能使较厚规格带钢产生拱形，开卷、纵切后产生偏弯。 参考文献
[1] 苏艳萍 杨荃 何安瑞 等，ASP1700热轧层流冷却过程中影响板形变化的热应力求解[J]，钢铁，2008（5）：58-59.
[2] 韩斌 佘广夫 焦景民 等，热轧板带钢冷却过程中热力耦合计算及变形分析[J]，钢铁， 2005（4）：41-42.
[3] 孟传胜 苏毅 吴成林，大梁板纵剪分条时产生偏弯缺陷的原因及对策[A]，2006先进轧钢精整工艺、装备和工具技术学术研讨会[C]：107。