第6期 余伟等：卷取温度对热轧X70管线钢层流冷却过程残余应力的影响 ·725· 的卷取温度时，带钢中部受拉应力最大值为 的屈服强度，也没有塑性变形；在水冷11s时，带钢 13.9MPa,边部受压应力最大值为-381MPa.随着 边部的拉应力计算值达到420MPa,超过了该温度 相变进行释放相变潜热使温度升高，边部和中部温 下的屈服强度306MPa,此时存在塑性变形，而中部 差减小.最终，卷取温度为500℃，带钢边部和中部 受拉应力；在水冷16s时，带钢中部受拉应力，边部 的温差为60℃，边部相变量达到80%，中部相变量 压应力超过该温度下的屈服强度，可能会产生塑性 达到40%，中部应力趋于零，边部存在很小的拉应 变形，带钢板形向着边浪发展；水冷结束时，带钢中 力.卷取温度为550℃时，带钢边部相变量达到 部受压应力：边部的拉应力计算值为520MPa,再次 40%,中部相变未开始，中部和边部均受压应力，最 超过了该温度下带钢的屈服强度351MPa,此时带 大值分别为-34MPa和-170MPa.因此，从控制 钢边部发生了2.1×10-4的塑性变形，带钢板形向 X70管线钢层流冷却残余应力的角度讲，卷取温度 着中浪发展.本计算卷取温度500℃，水冷前期16s 越低，相变越充分组织分布越均匀，最终带钢残余应 时的应力分布结果与王晓东研究得到的板形向 力越小 边浪发展的结果吻合，但水冷结束时的应力分布结 从图11（a)和图12可以看出：卷取温度为 果与Zou等得到的板形向中浪发展的结果一 500℃时，带钢中部的应力在整个冷却过程中都未 致，只是在应力大小上要稍大于他们的结果.这主 超过带钢该温度下的屈服强度，中部也没有塑性变 要是他们所研究的是铁素体一珠光体高温相转变类 形.但是，带钢边部的应力在冷却过程中变化较大 型钢，而X70属于中温相转变类型钢，后者的热膨 水冷开始时，带钢边部受到拉应力未超过该温度下 胀系数更大 600 600 600 600 ·边部。中部 (b ·-边部一中部 400 400 400 400 200 屈服强度 200 200 屈服强度 200 应尔 0 0 应力 200 屈服强度 -200 20 -200 400 400 屈霰强度-400 0102030405060 102030405060 时间s 时间 图11带钢中部和边部的上表面应力与屈服强度变化历史.(a)卷取温度500℃：(b)卷取温度550℃ Fig.11 Residual stress and yield strength histories in the edge and center of the strip upper surface:(a)coiling at 500C:(b)coiling at 550C 残余应力大77MPa 验取温度500℃·中部一边部 应该指出的是：对于管线钢X70来说，在层流 冷却过程中相变并未完成，部分相变发生在卷取过 程中及卷取后.层流冷却过程中的残余应力影响带 钢板形，而带钢最终板形与卷取过程中及卷取后的 残余应力有很大关系.这些问题需要进一步深入 研究. 102030405060 时间s 3结论 图12带钢中部和边部的上表面应变随时间变化 (1)比较X70带钢600、550和500℃不同的卷 Fig.12 Strain evolution in the edge and center of the 取温度发现，卷取温度越低，贝氏体相变完成越充 strip upper surface 分，组织分布越均匀，带钢层流冷却后的残余应力 从图11和图12可以看出，与卷取温度500℃ 越小 相比，卷取温度550℃时带钢中部未出现压应力，因 (2)层流冷却过程中，在水冷前期带钢边部应 为中部无相变.在水冷前期和水冷结束时，带钢边 力超过了该温度下的屈服强度，带钢板形会向着边 部均出现了应力超过了该温度下的屈服强度.最终 浪发展：水冷结束时，边部应力再次超过该温度下的 的残余应力为-165MPa,比500℃卷取温度的最终 屈服强度并发生塑性变形，带钢板形会向着中浪第 6 期 余 伟等: 卷取温度对热轧 X70 管线钢层流冷却过程残余应力的影响 的 卷 取 温 度 时，带钢中部受拉应力最大值为 13. 9 MPa，边部受压应力最大值为 － 381 MPa． 随着 相变进行释放相变潜热使温度升高，边部和中部温 差减小． 最终，卷取温度为500 ℃，带钢边部和中部 的温差为 60 ℃，边部相变量达到 80% ，中部相变量 达到 40% ，中部应力趋于零，边部存在很小的拉应 力． 卷取温度为 550 ℃ 时，带钢边部 相 变 量 达 到 40% ，中部相变未开始，中部和边部均受压应力，最 大值分别为 － 34 MPa 和 － 170 MPa． 因此，从控制 X70 管线钢层流冷却残余应力的角度讲，卷取温度 越低，相变越充分组织分布越均匀，最终带钢残余应 力越小． 从图 11 ( a) 和 图 12 可 以 看 出: 卷 取 温 度 为 500 ℃ 时，带钢中部的应力在整个冷却过程中都未 超过带钢该温度下的屈服强度，中部也没有塑性变 形． 但是，带钢边部的应力在冷却过程中变化较大． 水冷开始时，带钢边部受到拉应力未超过该温度下 的屈服强度，也没有塑性变形; 在水冷 11 s 时，带钢 边部的拉应力计算值达到 420 MPa，超过了该温度 下的屈服强度 306 MPa，此时存在塑性变形，而中部 受拉应力; 在水冷 16 s 时，带钢中部受拉应力，边部 压应力超过该温度下的屈服强度，可能会产生塑性 变形，带钢板形向着边浪发展; 水冷结束时，带钢中 部受压应力; 边部的拉应力计算值为 520 MPa，再次 超过了该温度下带钢的屈服强度 351 MPa，此时带 钢边部发生了 2. 1 × 10 － 4 的塑性变形，带钢板形向 着中浪发展． 本计算卷取温度 500 ℃，水冷前期 16 s 时的应力分布结果与王晓东［1］研究得到的板形向 边浪发展的结果吻合，但水冷结束时的应力分布结 果与 Zhou 等［12］得到的板形向中浪发展的结果一 致，只是在应力大小上要稍大于他们的结果． 这主 要是他们所研究的是铁素体--珠光体高温相转变类 型钢，而 X70 属于中温相转变类型钢，后者的热膨 胀系数更大． 图 11 带钢中部和边部的上表面应力与屈服强度变化历史 . ( a) 卷取温度 500 ℃ ; ( b) 卷取温度 550 ℃ Fig． 11 Residual stress and yield strength histories in the edge and center of the strip upper surface: ( a) coiling at 500 ℃ ; ( b) coiling at 550 ℃ 图 12 带钢中部和边部的上表面应变随时间变化 Fig． 12 Strain evolution in the edge and center of the strip upper surface 从图 11 和图 12 可以看出，与卷取温度 500 ℃ 相比，卷取温度 550 ℃时带钢中部未出现压应力，因 为中部无相变． 在水冷前期和水冷结束时，带钢边 部均出现了应力超过了该温度下的屈服强度． 最终 的残余应力为 － 165 MPa，比 500 ℃ 卷取温度的最终 残余应力大 77 MPa． 应该指出的是: 对于管线钢 X70 来说，在层流 冷却过程中相变并未完成，部分相变发生在卷取过 程中及卷取后． 层流冷却过程中的残余应力影响带 钢板形，而带钢最终板形与卷取过程中及卷取后的 残余应力有很大关系． 这些问题需要进一步深入 研究． 3 结论 ( 1) 比较 X70 带钢 600、550 和 500 ℃不同的卷 取温度发现，卷取温度越低，贝氏体相变完成越充 分，组织分布越均匀，带钢层流冷却后的残余应力 越小． ( 2) 层流冷却过程中，在水冷前期带钢边部应 力超过了该温度下的屈服强度，带钢板形会向着边 浪发展; 水冷结束时，边部应力再次超过该温度下的 屈服强度并发生塑性变形，带钢板形会向着中浪 ·725·