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第 9卷第 6期宽厚板
December 2003
· 34· 2003年 12月 W IDEAND HEAVY PIATE
· 国外冶金技术·
冷却和堆垛对钢板翘曲的影响
路素娟
(济南钢铁集团公司)
Effect of Cooling and Stacking on Buckling of Plates
Lu Shujuan
(JinanIron and Steel(Group)Corp.)
在钢板生产中,冷却时经常遇到钢板翘曲。观宽带钢。该轧机能生产9~ 1 64mm 厚、94~ 1
察发现,一些热堆垛空气冷却钢板,卸垛时有翘 2 590mm 宽的非连续钢板。1995年又安装了输
曲。尽管冷却后矫直和矫平工艺可以在一定程度出辊道和重型矫直机。
上修正翘曲,但钢板的平整度仍不能满足造船板、实践证明,钢板在热状态下堆垛时,延伸率和
零部件加工和机动设备用户的要求。一些翘曲钢韧性比完全在输出辊道上冷却时的成功率高。
板因受工艺和设备能力的限制,甚至得不到恢复。最近,Corus Tuscaloosa开发了 25mm 的非
为了提高机械性能、增加产量,钢板生产者采连续钢板,钢种为 API B/X42/X52,延伸率达到
用了很多冷却和堆垛技术。直接冷却方法包括空 50%以上,,0℃时的冲击功超过 23oj。APIX60/
气冷却、水/气喷雾、水幕、层状喷射和水淬等。用 X65热堆垛的初步试验结果令人满意。
这些方法,20mm 钢板的冷却速度为 2~40~C/s。
2 钢板翘曲的基本原理
实际生产中的冷却方法取决于产品大纲和平整度
众所周知,温度变化使材料膨胀或收缩。不均
要求。
衡热膨胀或收缩导致热应力;但只有当热应力超
堆垛条件分为 3种:200℃以下的冷堆垛、400
过屈服强度时才出现残余应力。
~ 500℃的温堆垛和 500 620℃的热堆垛。这里
一块钢板的上下表面,从初始高温以相同冷
的堆垛温度与钢的脆化温度范围相似。
却速度冷却时,表面温度远远低于中间面温度。这
合理利用堆垛技术也可大大提高钢板的延展
在中间面内产生压力,在表面沿长度方向产生张
性和冲击强度。
力,如图 1(a)。中间面和上下表面的温度差超过
下面是直接热堆垛和空气冷却过程中钢板翘
临界值时,上下纤维超过其屈服强度并进入塑性
曲的基本原理。研究发现,翘曲的本质特性在于残
状态。钢板纤维的塑性行为在中间面内产生弹性
余应力。残余应力自相变和热应力。为模拟钢板
的热力场,我们用变量分割法建立钢板温度模型, 纤维,从而变为无应力。
随着温度差的不断增加,塑性纤维数目增加,
用热有限元法预测热应力分布,还引用了钢板的
临界翘曲应力。为了方便,推导出了不均匀冷却模表面附近弹性面积也扩大。这样,冷却完成后,弹
性区域内就不可避免地出现残余应变。
式下的临界翘曲温度差。残余应力的分布用塑性
有限元法解出。为了提高产品质量,本文还采用了在接下来的冷却过程中,中间面温度比上下
表面温度下降得快。换言之,中间面纤维的相对收
钢板翘曲最小化策略。现分男蚧绍如下。
缩比上下表面大。热应力分布