余伟等：热轧带钢的冷却参数与翘曲关系 ·1737 部进入卷取机之后，由于两端的约束，在线冷却时只会 表现为横向的C型翘曲四.采用热弹、塑性模型对带 19 钢层流冷却过程中应力、应变和翘曲进行计算. 图8为带钢各面上轧向应力随时间的变化规律 17 可以看出：在第一阶段的空冷过程中，带钢上下表面的 16 应力相同且为拉应力，中心面为压应力.第二阶段的 15 >◇◇ 000000 水冷过程中，前期上下表面冷却速度很快，中心温降相 对较慢，表面和心部产生不均匀的收缩，导致上下表面 13 上表面 下表面 产生拉应力，中心面产生压应力.随后由于上下表面 t 0 46810 1214 产生过冷，中心面的冷却速度逐渐大于上下表面的冷 厚度/mm 速，中心面的压应力开始转变为拉应力，上下表面的拉 图6卷取时带钢厚度方向贝氏体分布规律 应力逐渐转变为压应力，持续到水冷结束，中心面的温 Fig.6 Bainite distribution in the thickness direction during the ini- 降一直大于上下表面，此后这种应力状态会一直存在 tial coiling 卷取时上下表面应力基本相同，为-62MPa的压应 得出的组织与X70管线钢实际层流冷却后的组织一 力，中心面为10MPa的拉应力. 致，均为贝氏体（见图7）.同时，也可根据相变温度验 200 一上表面 证实验结果.取X70钢坯切取b4mm×10mm的小圆 一中心面 柱试样，用Formaster-Digital热膨胀仪测定其在不同冷 一下表面 却速率下的热膨胀曲线，采用热膨胀法确定相变温度 试样加热至1150℃保温3mi,然后以5℃·s的速度 冷至850℃保温10s,之后以不同的速度冷却至室温， 100 在15℃·s冷却速度下贝氏体开始转变温度为 -200 458℃.从X70钢层流冷却过程中钢板中部上表面的 温降曲线（见图4）和贝氏体转变计算结果（见图5）来 看，贝氏体转变开始时间为冷却开始后的21.9s,此时 10 20 30 40 时间 带钢温度为480℃，冷却速度为15.1℃·s,相变点开 始温度的实测值和计算值相对误差为22℃.因此，所 图8带钢厚度方向应力变化规律 建立的相变动力学模型具有比较高的精确性 Fig.8 Variation law of stress in the thickness direction 图9为轧向热应变、弹塑性应变之和所得到的总 应变：图10为不同时刻带钢横向的翘曲值.在4.5~ 11s时，在此过程中上下表面总应变之差小于零（图 9),且应变差值逐渐减小，带钢向上的翘曲值呈增加 状态（图10）.11s时应变差达到最小值-0.71× 103,边部的翘曲量达到最高点21.84mm,在此过程中 会造成带钢中部积水，发生次生不均匀冷却，使厚度方 向的冷却更加不均匀.在11~19.35s之间相应的轧 20 um 向总应变差逐渐增大，此时带钢呈现出向下翘曲的趋 图7X70钢层流冷却后的组织 势，到19.35s时上下表面的应变差达到最大值1.02× Fig.7 Microstructure of X70 steel after laminar cooling 10-3,边部翘曲量达到向下的最大值-44.94mm.之后 2.3应力、应变场和翘曲的分析 一直持续到水冷结束，上下表面的应变差逐渐减小，带 带钢冷却过程中，厚度方向上冷却速度不一致，不 钢向下的翘曲开始恢复. 均匀的膨胀和收缩，会产生不均匀分布的热应力：而相 第三阶段的空冷过程中，由于厚度方向贝氏体的 变使各材料温度下的热膨胀系数不一致，进入相变温 生成速度不一致，释放的相变潜热不同，产生的组织应 度区间时组织应力分布也不均匀.带钢头部进入卷取 力大小不一致.同时在水冷过程中，轧向应力超过了 机之前，只存在精轧机出口一端的约束，带钢上下表面 带钢的屈服强度，产生塑性应变，如图11所示，卷取时 的不均匀冷却只会产生沿长度方向的L翘：当带钢头 距离上下表面2.2mm的范围内发生塑性变形，轧向总余 伟等: 热轧带钢的冷却参数与翘曲关系 图 6 卷取时带钢厚度方向贝氏体分布规律 Fig． 6 Bainite distribution in the thickness direction during the ini￾tial coiling 得出的组织与 X70 管线钢实际层流冷却后的组织一 致，均为贝氏体( 见图 7) ． 同时，也可根据相变温度验 证实验结果． 取 X70 钢坯切取 4 mm × 10 mm 的小圆 柱试样，用 Formaster-Digital 热膨胀仪测定其在不同冷 却速率下的热膨胀曲线，采用热膨胀法确定相变温度． 试样加热至 1150 ℃保温 3 min，然后以 5 ℃·s － 1 的速度 冷至 850 ℃保温 10 s，之后以不同的速度冷却至室温， 在 15 ℃·s － 1 冷 却 速 度 下 贝 氏 体 开 始 转 变 温 度 为 458 ℃ ． 从 X70 钢层流冷却过程中钢板中部上表面的 温降曲线( 见图 4) 和贝氏体转变计算结果( 见图 5) 来 看，贝氏体转变开始时间为冷却开始后的 21. 9 s，此时 带钢温度为 480 ℃，冷却速度为 15. 1 ℃·s － 1 ，相变点开 始温度的实测值和计算值相对误差为 22 ℃ ． 因此，所 建立的相变动力学模型具有比较高的精确性． 图 7 X70 钢层流冷却后的组织 Fig． 7 Microstructure of X70 steel after laminar cooling 2. 3 应力、应变场和翘曲的分析 带钢冷却过程中，厚度方向上冷却速度不一致，不 均匀的膨胀和收缩，会产生不均匀分布的热应力; 而相 变使各材料温度下的热膨胀系数不一致，进入相变温 度区间时组织应力分布也不均匀． 带钢头部进入卷取 机之前，只存在精轧机出口一端的约束，带钢上下表面 的不均匀冷却只会产生沿长度方向的 L 翘; 当带钢头 部进入卷取机之后，由于两端的约束，在线冷却时只会 表现为横向的 C 型翘曲［11］． 采用热弹、塑性模型对带 钢层流冷却过程中应力、应变和翘曲进行计算． 图 8 为带钢各面上轧向应力随时间的变化规律． 可以看出: 在第一阶段的空冷过程中，带钢上下表面的 应力相同且为拉应力，中心面为压应力． 第二阶段的 水冷过程中，前期上下表面冷却速度很快，中心温降相 对较慢，表面和心部产生不均匀的收缩，导致上下表面 产生拉应力，中心面产生压应力． 随后由于上下表面 产生过冷，中心面的冷却速度逐渐大于上下表面的冷 速，中心面的压应力开始转变为拉应力，上下表面的拉 应力逐渐转变为压应力，持续到水冷结束，中心面的温 降一直大于上下表面，此后这种应力状态会一直存在． 卷取时上下表面应力基本相同，为 － 62 MPa 的压应 力，中心面为 10 MPa 的拉应力． 图 8 带钢厚度方向应力变化规律 Fig． 8 Variation law of stress in the thickness direction 图 9 为轧向热应变、弹塑性应变之和所得到的总 应变; 图 10 为不同时刻带钢横向的翘曲值． 在 4. 5 ～ 11 s 时，在此过程中上下表面总应变之差小于零( 图 9) ，且应变差值逐渐减小，带钢向上的翘曲值呈增加 状态( 图 10 ) ． 11 s 时应变差达到最小值 － 0. 71 × 10 － 3 ，边部的翘曲量达到最高点 21. 84 mm，在此过程中 会造成带钢中部积水，发生次生不均匀冷却，使厚度方 向的冷却更加不均匀． 在 11 ～ 19. 35 s 之间相应的轧 向总应变差逐渐增大，此时带钢呈现出向下翘曲的趋 势，到19. 35 s 时上下表面的应变差达到最大值1. 02 × 10 － 3 ，边部翘曲量达到向下的最大值 － 44. 94 mm． 之后 一直持续到水冷结束，上下表面的应变差逐渐减小，带 钢向下的翘曲开始恢复． 第三阶段的空冷过程中，由于厚度方向贝氏体的 生成速度不一致，释放的相变潜热不同，产生的组织应 力大小不一致． 同时在水冷过程中，轧向应力超过了 带钢的屈服强度，产生塑性应变，如图 11 所示，卷取时 距离上下表面 2. 2 mm 的范围内发生塑性变形，轧向总 ·1737·