冷轧镀锌线带钢翘曲产生原因及解决方案.pdf

2024年第1期新疆钢铁总第169期冷轧镀锌线带钢翘曲产生原因及解决方案陈瑶，王昭，刘景波（首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北 唐山 063200）摘要：某冷轧厂镀锌机组在生产过程中发现，2#卷取机下线钢卷存在纵向翘曲缺陷。本文主要介绍了针对该质量缺陷问题，通过理论计算分析，查找纵向翘曲产生的原因，同时结合现场工况提出并实施了改造方案，最终解决了2#卷取机下线钢卷翘曲缺陷，使带钢质量得到了有效提升。关键词：冷轧镀锌线；翘曲；解决方案DOI：10.20146/ki.1672-4224.2024.01.047中图分类号：P642.26文献标识码：A文章编号：1672-4224（2024）01-0144-03Reasons and Solutions for the Warping of Cold-rolled Galvanized Strip SteelYao Chen,Zhao Wang,Jingbo Liu(Shougang Jingtang Steel United Co.,Ltd.,Tangshan,Hebei 063200)Abstract:During the production process of a galvanizing unit in a certain cold rolling plant,it was found that the steel coils ofthe 2#coiler had longitudinal warping defects.This article mainly introduces the problem of quality defects.Through theoretical calculation and analysis,the cause of longitudinal warping is identified.At the same time,a renovation plan is proposedand implemented based on on-site conditions,ultimately solving the warping defect of the steel coil in the offline production ofthe 2#coiler,effectively improving the quality of the strip steel.Key words:cold-rolled galvanized wire;warping;wolution作者简介：陈瑶，男，34岁，本科，中级工程师，首钢京唐钢铁联合有限责任公司。E-mail：引言冷轧镀锌线由CMI设计，随着市场竞争愈发激烈，产品结构逐步走向高端化。3#镀锌线主要生产高端汽车板，目前已实现为宝马、大众、长城等品牌批量供货。其中关于BH钢种订单，客户反馈在使用过程中，开卷落料后存在明显纵向翘曲缺陷，样板无法被机器臂吸附，且冲压成型后尺寸偏差较大，影响冲压产线的生产及后续零件的焊接组装，客户对问题钢卷提出了质量异议。为此，产线工作人员立即展开攻关，查找翘曲产生原因及解决方案。1缺陷调查经过客户反馈及重卷开卷检查统计，发现所有BH钢纵向翘曲缺陷均由2#卷取机产生，同钢种，同参数1#卷取机下线钢卷正常。反查其它钢种，发现纵向翘曲缺陷也均由2#卷取机产生，但是翘曲程度较轻微。对于异常点进行宏观分析对比，发现BH钢（参数），经验判断更容易产生翘曲；1、2#卷取机结构相同，只有2#卷取机相对于1#卷取机多经过一根250导板台托辊，如图1所示。且纵向翘曲方向与托辊作用力方向一致。2带钢产生纵向翘曲的理论研究2.1带钢翘曲定义带钢沿其长度方向产生的弯曲变形即为纵向翘曲。带钢的纵向翘曲如图2所示。板带在经过轧制完成后在通过转向辊或在卷取时会产生弯曲变形，如果弯曲曲率比较小，带钢此时仅发生弹性变形，但是当弯曲曲率较大时，带钢的厚度方向的最外层可能会超过带材的屈服极限，从而产生塑性变形。超过塑性变形的拉伸应力和弹性变形的压缩应力，两者作用的结果是带钢向压缩的一侧弯曲，即产生纵向翘曲。2.2带钢纵向翘曲受力模型冷轧镀锌带钢可视为线性强化弹塑性材料。由材料力学可知，线性强化弹塑性材料的应力和应变关系，如图3所示：144新疆钢铁总第169期2024年第1期在弹性变形阶段：=E（公式1）在塑性变形阶段，即材料所受应力大于材料屈服强度s时：=s+E1(-s)（公式2）带钢在张力作用下通过转向辊后，带钢厚度方向产生最大形变的一次单侧塑性变形过程如图 4所示。图1 产线结构示意图图2 带钢纵向翘曲示意图图3 应力和应变曲线图4 单侧弹塑性变形时板带应力状态图图 4 中，s带钢的屈服应力；Zs弹性核厚度；Zn中性层偏移距离。过程a：带钢在整个截面上仅发生弹性变形，在张力作用下，中性层向下偏移，上下表面所受的应力均没有超过材料的屈服极限，无塑性变形产生。过程b：带钢在拉伸和弯曲应力共同作用下，仅在上表面一部分超过了材料的屈服极限，下表面依然是弹性变形，中性层也向下偏移，但是偏移量很小1。过程c：带钢上表面发生塑性应变的厚度增加，塑性变形超过板带厚度的一半，带钢下表面仍旧是弹性变形。2.3带钢的弯曲曲率半径计算由图4可知，过程a带钢只发生弹性变形，不会弯曲；过程b开始出现单侧塑性变形。因此，带钢不出现纵向翘曲的条件为：Zs-Znh2（公式3）本文采用日本学者给出的计算带钢曲率半径公式2，用其计算带钢在转向辊上的最小曲率，计算公式如下：=d2+h(531.2s2s+T*10.28-243.2)（公式4）公式 4中，T带钢的拉应力；带钢的弯曲曲率半径；带钢在转向辊上的包角；h 带钢的厚度；d 转向辊直径。2.4弹性核厚度计算带钢经过转向辊后，受到拉伸应力和弯曲应力，如图5所示。图5 带钢拉伸弯曲变形示意图r中性层曲率半径。表示线应变=2r-22=r-（公式5）由图5可知中性层曲率半径r=+ZS（公式6）所以=r-=ZS（公式7）由图3可知，在弹塑性变形范围内，带钢屈服应力s对应的应变为：s=sE（公式8）E带钢弹性模量。1452024年第1期新疆钢铁总第169期由（公式7）和（公式8）可得：Zs=sE（公式9）2.5中性层偏移距离计算由图4a到4b过渡临界点，按照纯弹性应力分布计算，由于板带所受的内力和外力平衡可得：h2+Znh2-ZnEZdz=Th（公式10）解得：Zn=TE（公式11）由公式3、4、9、11可解得，带钢经过转向辊不产生纵向翘曲的条件为：d+2h(531.2s2s+T*10.28-243.2-hES-T0（公式12）2.6导板台转向辊作用分析2.6.1带钢各项参数统计表1 带钢各项参数表2.6.2带钢各项参数统计纵向翘曲计算验证上述参数带入（公式12）进行验证：250+2*0.65(531.2*1802*180+17*10.28-243.2)-0.68*200*1000180-17=-380.160（公式13）满足产生纵向翘曲条件，所以板带经过转向辊会产生纵向翘曲，与现场现象吻合。3带钢纵向翘曲解决方案由（公式12）可知，带钢在张力作用下经过转向辊后产生纵向翘曲的影响因素有转向辊直径、带钢包角、带钢张力、带钢厚度、带钢屈服应力、带钢弹性模量。由于带钢参数已经确定，只有转向辊直径、带钢包角、带钢张力可以进行优化。由于带钢卷曲张力对于成品卷带头印和塌卷影响较大，已无优化空间。因此，要解决带钢纵向翘曲问题，需要对转向辊直径、带钢包角进行分析，见图6。由（公式12）可知，转向辊直径越大，带钢包角越小，越不易产生塑性变形。结合现场设备结构，最终确定将转向辊直径由250 mm 改为 400 mm，转向辊中心线降低 450 mm（转向辊带钢包角2.92）。代入（公式12）验证：400+2*0.65(531.2*1802*180+17*10.28-243.2)-0.68*200*1000180-17=45.020（公式14）不满足产生纵向翘曲条件，所以带钢经过转向辊不会产生纵向翘曲。图6 改造后带钢通道示意图4结论通过上述计算和分析可知，产线产生纵向翘曲实际情况与理论计算结果基本吻合，在原结构参数的情况下，带钢使用2#卷取机产生纵向翘曲符合实际。对使用2#卷取机经过导板台的结构进行优化以后，对改造后的导板台及辊子参数再次进行计算，带钢经过转向辊不会产生纵向翘曲。同时根据改造后现场使用情况和重卷开卷检查可知，带钢纵向翘曲缺陷消除，最终解决了2#卷取机下线钢卷翘曲缺陷。针对CMI其它镀锌产线的带钢纵向翘曲问题，有借鉴意义，具有推广价值。参考文献1 龙泉，罗会信，陈文俊等.拉伸弯曲矫直机矫直机理的仿真分析 J.铸造技术，2011，32（02）：230-233.2MISAKA Y,MASUI T.Shape Correction of Steel Strip byTension Leveller J.Transactions of the Iron and Steel Institute of Japan,2019,18(8):475-484.带钢厚度h带钢屈服强度s带钢拉应力T带钢弹性模量E转向辊直径d转向辊板带包角0.65 mm180 MPa17 MPa200 GPa250 mm14.59146