攀钢热轧典型钢种中温区变形抗力研究_图文

1、第30卷 第2期2008年4月四川冶金S i chuan M e tall urgy V o.l 30 N o .2A pr i,l 2008作者简介:熊钰梅,女,自动化设备,助理工程师;联系电话:139*E m ai:l xuji nghuang2004攀钢热轧典型钢种中温区变形抗力研究熊钰梅(攀钢热轧板厂,四川攀枝花 617000摘 要 利用G leeb l e-1500热模拟试验机对攀钢各系列典型钢种进行了卷取温度区间(400800!变形抗力的试验研究,得到变形抗力试验曲线及图表,并分析了变形温度、变形速率、变形程度对变形抗力的影响,为攀钢热轧三期改造中卷取机力能参数的确定及卷取工艺制度

2、的优化提供依据。关键词 热轧 变形抗力 变形速度指数 强化强度STUDY OF RESISTANCE TO DEFOR MATI ON IN M I DDLE TE M PERATURE RANGE OF TYPI CALHOT ROLLED STEELS IN PZH STEELX iong Yu m ei(H ot SteelM ill of Panzh i hu a S teel Group C o m pany ,Panzh i hua 617000,S ichu an ,Ch i n aA bstract By G leeble-1500t h er m a l si m ulati

3、on testi n g m achine ,the resistance to defor m ation i n co ili n g te mperature range (400800!o f series typ ica l stee ls i n PZ H S tee l have been stud ied ,the test curve and graph of resi s tance to defor m ation are ga i n ed ,and it has been ana l y zed that the i n fluence to re sistance

4、o f defor m ati o n fro m de for m ati o n te m perature ,defor m a ti o n speed rate ,and defor m ation leve,l the resu lt can o ffer so m e data to defi n i n g the co iler m echan ica l para m eter and opti m izing the coili n g techno l o gy i n the th ird hot r o lled m odificati o n i n PZ H S

5、tee.l Key w ords hot rolled ,resistance to defor m ati o n ,defor m ati o n velocity index ,harden i n g strength1 前言金属的变形抗力是热轧过程中计算各种压力过程变形力的重要参数。精轧机组各机架的轧制压力计算、弹跳量的设定、辊缝的设定以及卷取机张力等参数的设定均离不开变形抗力的确定。变形抗力的大小不仅与钢种的化学成分有关,而且还取决于金属的变形温度、变形速度和变形程度,这已被国内外学者大量的实验研究所证实。攀钢热轧三期改造新增了两台地下卷取机,涉及到卷取张力、力矩等参数范围的设定,

6、这就需要正确地确定金属在卷取温度下的变形抗力。国内外研究多是针对钢种高温下的变形抗力而言,而在带钢卷取温度(800!以下区间的中温区变形抗力的研究资料较少;并且由于冶炼方式、化学成分的差异,以及试验方法和试验设备不统一,往往导致试验结果有较大的差异。所以,针对企业自身生产工艺、设备和资源开展的变形抗力研究是必要的。为此利用国内较精密的G leeble-1500热模拟试验机对攀钢各系列典型钢种I F 、St w 22、Q235、J55、P510L 、09CuPT i R E 等进行卷取温度区间(400800!变形抗力的试验研究,得到变形抗力试验曲线及图表,分析各钢种变形抗力影响因素,为攀钢热轧三

7、期改造中卷取机参数确定及卷取工艺制度的优化提供依据。2 试验内容2.1 试样情况由于不同钢种的卷取工艺制度不同,根据目前热轧板厂产品结构,按冲压系列、普碳系列、低合金高强度钢系列来确定试验钢种,如表1所示,各钢种化学成分见表2。试样取自热轧板厂中间坯,按要求机加工成 812mm的压缩试样,试样上下端面带凹槽,见图1所示。表1试验钢种系列冲压系列普碳系列低合金高强度钢钢种IF、S t w22Q235J55、P510L、09CuP T i RE表2试样化学成分(%钢种C S i M n P S V T i A ls Cu C r Re IF0.00230.0190.1720.0110.00810.

8、0020.0790.043 S t w220.0750.0220.2760.0210.0130.0050.0010.027 P510L0.1150.4940.9920.0190.00820.0710.0020.002 09C uPT i RE0.0580.3270.3990.1220.0130.0190.2810.0140.03 J550.1050.313 1.460.0210.00420.0790.0170.025Q2350.0920.2150.3040.0180.0150.0040.0010.002 图1 压缩试样2.2 试验方案在G leeb le-1500热模拟试验机上进行不同变形温度

9、、变形速度和变形程度的压缩试验,试验方案见表3。其中变形温度主要参照目前相应钢种的卷取温度,并在目标卷取温度基础上适当扩大范围即可。考虑到一些新的工艺,比如超细晶粒钢的研制就要求较低的卷取温度,所以,温度范围可以适当放宽,有利于新工艺和新技术的应用。表3试验方案表钢种变形速度变形程度变形温度(!IF3 S t w22Q235J55P510L 09C uPT i RE按1、5、10、15、20s-1控制连续压缩至20%800、750、700、650、600、550、500700、650、600、550、500800、750、700、650、600、550、500、450、400700、650、6

10、00、550、500750、700、650、600、550、500750、700、650、600、550、5002.3 试验方法试样在G leeb le-1500热模拟试验机的真空实验室里以10!/s高频加热到900!,保温5m in,然后以10!/s的速度冷却到变形温度,在工作室里直接压缩,保证试样的变形温度。在试验过程中,凹槽里充满玻璃粉润滑剂,以消除端面磨擦对变形抗力的影响,保证得到单向压应力。计算机采集变形过程中的压力、位移和时间信号并保存。3 试验结果及分析3.1 变形温度对变形抗力的影响变形温度是影响变形抗力诸因素中最为直观又最为强烈的因素。图2a-f为变形程度e=0 2时各钢种实

11、测变形抗力与变形温度的关系。由图2可知:(1变形抗力随着变形温度的升高而下降,这是因为随着变形温度的升高,金属原子热振动加剧,变形抗力减小1。(2在高温下,因为涉及到相变过程,铁素体的体积分量等因素会非常明显的影响变形抗力值,所以变形抗力与变形温度的关系较为复杂,并非简单地随变形温度上升而下降,往往会在相变点附近出现波动。而在各钢种卷取温度区域,奥氏体向铁素体的转变已完成,相变作用对变形抗力的影响已消失,因而变形抗力与温度的关系较高温下简单明了,变形抗力随变形温度的升高而单调下降。3.2 变形速度对变形抗力的影响图3a-f表明了在变形程度e=0.2时变形速度与变形抗力的关系。随着变形速度的升高

12、,变形抗力增大,在中温区不同的变形温度下,变形抗力与变形速度呈线性关系,在图中反映成一系列直线,这与高温下变形抗力与变形速度的关系相似。这是因为,金属在塑性变形过程中,在晶体内部产生强化和强化消除,在一定的变形程度下(即强化程度一定,变形速度越高,强化消除的时间就越短,这样强化消除的总量也就越少,因而变形抗力也就越大2。变形抗力与变形速度间的直线关系的斜率m 称为变形速度指数,它表征变形速度对变形抗力影响程度,m大小与变形温度有关,一般来说,变形温度越高,变形速度指数m越大,图3中各直线的斜#31#第2期 S i chuan M eta llurgy率m基本体现了这一规律,总体上随着变形温度的

13、升高而略有增加,但增加幅度不明显,甚至一些直线几乎平行。这表明,在中温区范围内,温度对变形速度指数m 影响不大。图2 变形温度对变形抗力的影响3.3 变形程度对变形抗力的影响当变形温度为600!时,各钢种不同变形速度下的变形抗力与变形程度的关系见图4a-f。一般来说,将变形抗力随变形程度增加的速度用强化强度来度量。强化强度可用强化曲线(应力-应变曲线在相应点上切线的斜率来表示。从图中可看出:(1在低温塑性变形过程中,金属存在着强化(加工硬化,因此变形抗力随变形程度的增加而明显增大。(2在变形速度为20s-1、15s-1时,其斜率逐渐减小,即强化强度随着变形程度的增加而明显降低;而在较小的变形速

14、度1s-1、5s-1下,近似于一直线,说明强化强度在低变形速度下几乎不随变形程度发生改变(变形程度在00.25范围内。4 应用由于计算机采集的数据并不能直接应用,将采集到的数据进行处理后,各典型钢种变形抗力按不同变形温度、变形程度、变形速度绘制成曲线和表格,可直接查找使用,为热轧厂中低温下钢种变形抗力模型的建立与优化提供了依据,对热轧新卷取机各项力能参数极限值的合理确定起到了非常重要的作用,目前新卷取机已顺利投入了正常工业生产。另外,热轧板厂利用变形抗力曲线和图表,可对卷取工艺进行优化。在热轧板卷生产过程中,某些钢种为了保证性能,一般都采用相对低的卷取温度,这就常常造成卷不紧甚至不能正常卷取的

15、现象。为了解决这一问题,我们首先利用公式(1和公式(2计算出卷取机电机轴上总力矩M和卷筒传动功率N3M=(M z+Mw+M j+Mm/i(1 N=(M z+Mw+M j+Mm.v/(1020 R(2式中 M z卷取张力力矩,M z=z.B.h.R/2;Mw带钢弯曲力矩,Mw=0.987Bh2/4;M j卷筒加减速的动力矩;Mm卷筒机械摩檫力矩;I卷筒轴与电机轴的速比;z卷取张应力,MPa;B带钢宽度,m;h带钢厚度,m;V带钢线速度,m/s;传动总效率, =0.850.9;R钢卷外径,m;#32#四川冶金 第30卷 图3 变形速度对变形抗力的影响图4 变形程度对变形抗力的影响(T =600!#

16、33#第2期 S i chuan M eta llurgy带钢变形抗力,MPa。要解决带钢卷废的问题,必须满足:M%M额,且N%N额(M额、N额分别为为卷取机电机额定力矩和额定功率。通过以上公式可知,我们可以从卷取机的能力M额、N额出发,针对现场生产的不同规格的不同钢种,计算该钢种在一定变形速度和变形程度下,受卷取电机能力限制所允许的最大变形抗力值,再通过试验的曲线可确定卷取温度的下限值(见表4,这样就保证了设备的安全性,这对现场根据不同钢种和规格确定合理的目标卷取温度具有重要的指导意义。表4热轧典型钢种卷取温度下限计算值钢种IF S t w22Q235J55P510L09CuPT i R E

17、 规格(宽度*厚度mm10503.510503.510503.510505.010505.010505.0卷取温度下限(!4254454304504454655605805455655205405 结语(1在中温区范围内,因为不涉及到奥氏体向铁素体的相变过程,变形温度对变形抗力的影响较高温区范围内的影响简单明了,变形抗力随变形温度的升高单调下降。(2随着变形速度的升高,变形抗力增大,在中温区不同的变形温度下,变形抗力与变形速度呈线性关系,在图中反映成一系列直线,这与高温下变形抗力与变形速度的关系相似。变形速度指数m随着变形温度的升高而略有增加,但增加幅度不明显,表明:在中温区范围内,温度对变形

18、速度指数m影响不大。(3在中温区,变形抗力随变形程度的增加而增大。变形程度在00 25范围内,在高变形速度下,强化强度随着变形程度的增加而明显降低,在低变形速度下,强化强度几乎不随变形程度发生改变。(4利用试验所得到的不同变形温度、变形程度、变形速度下变形抗力曲线,为热轧厂中低温下钢种变形抗力模型的建立与优化以及新卷取机力能参数确定提供了依据,同时对新产品卷取工艺的制定,包括合理的目标卷取温度,卷取张力的确定都具有一定的指导意义。目前新卷取机已顺利投入了正常工业生产。参考文献1.李曼云,孙本荣.钢的控制轧制和控制冷却技术手册M.北京:冶金工业出版社,19902.周纪华,管克智.金属塑性变形阻力M.北京:机械工业出版社,19893.胡循铎,蔡正.厚带钢卷取温度下限的计算及应用J.钢铁,1999,(6(上接第8页万元以上,平摊到15年高炉设计炉龄就可达到133 3万元。新3号高炉采用干热煤气直送新3号高炉热风炉,减少新3号高炉热风炉的高炉煤气使用量(按照4号高炉的试验数据的1.5倍计,年降低高炉运行成本约236.34万元,同时提高了高炉煤气利用率。4 展望高炉煤气在攀钢的利用率逐年提高,尤其在利用高炉煤气的物理能方面(干式TRT和干热煤