D0:10.13374h.issn1001-053x2011.06.014 第33卷第6期 北京科技大学学报 Vol.33 No.6 2011年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2011 卷取温度对热轧X70管线钢层流冷却过程残余应力 的影响 余伟卢小节 陈银莉徐耀文 北京科技大学高效轧制国家工程研究中心，北京100083 ☒通信作者，E-mail:yuwei(@nercar.usth.cd.cn 摘要通过热膨胀仪和Gleeble35O0热模拟试验机检测X70钢的膨胀系数、高温屈服强度和弹性模量，采用Marc有限元软 件计算了热轧带钢在层流冷却中卷取温度分别为500、550和600℃时的温度场、相变体积分数、残余应力随时间的变化.结果 表明：层流冷却过程中，在水冷前期带钢边部的应力超过了该温度下钢板的屈服强度，带钢板形会向着边浪发展：水冷结束 时，边部应力值再次超过屈服强度并发生了塑性变形，带钢板形会向着中浪发展.在保证X70管线钢性能的条件下，降低卷取 温度有利于钢板贝氏体相变的完成和层流冷却阶段残余应力的降低 关键词热轧：带钢：层流冷却：相变；残余应力：有限元 分类号TG335.56 Effect of coiling temperature on residual stresses in hot-rolled X70 pipeline steel strips during laminar cooling YU Wei,LU Xiao-jie,CHEN Yin-i,XU Yao-een National Engineering Research Center for Advanced Rolling Technology,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:yuwei@nercar.ustb.edu.cn ABSTRACT The thermal expansion coefficient,high-temperature yield strength and Young's modulus of hot-rolled X70 pipeline strips were tested with a thermal expansion instrument and a thermal simulation test machine Gleeble3500.The temperature field,bai- nitic volume fraction and residual stresses in the hot-rolled strips during laminar cooling were calculated with the finite element software Marc when the coiling temperature is 500,550 and 600 C,respectively.It is shown that stresses in the strip edge exceed the yield strength of the steel at the same temperature in the earlier water cooling stage,leading to edge waves;but in the end of water cooling, stresses in the strip edge exceed the yield strength again and generates plastic deformation,which causes center waves.Reducing the coiling temperature is in favor of completing bainite transformation and decreasing residual stresses in the hot rolled strips on the as- sumption that the properties of X70 pipeline steel are ensured. KEY WORDS hot rolling:strip steel:laminar cooling:phase transitions:residual stresses:finite element method 现代热轧带钢生产中，为了获得良好的力学性 程中产生塑性变形，造成残余应力，不利于带钢保持 能，在带钢离开末架轧机进入卷取机之前，于输出 良好的板形-习 辊道上进行快速冷却，通过控制带钢的卷取温度来 近年来，国内外学者对于铁素体一珠光体类型 达到性能要求.随着温度的降低，带钢发生相变，相 钢研究较多，其属高温相转变类型钢则；X70管线 变体积膨胀使带钢产生相变应力，同时相变过程还 钢要求以针状铁素体组织为主，属于中温相转变类 将释放相变潜热影响温度场的变化；带钢沿宽度和 型钢.X70管线钢的卷取温度不同，其相变比例 厚度方向的不均匀冷却必将导致热应力不均匀分 差异很大，基于该相变特点，有必要对其层流冷却直 布，同时使相变不均匀，这些都将导致带钢在冷却过 至卷取后的板形问题进行深入研究. 收稿日期：2010-07-05 基金项目：“十一五”国家科技支撑计划资助项目(N.2006BAE03A06)第 33 卷 第 6 期 2011 年 6 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 33 No． 6 Jun． 2011 卷取温度对热轧 X70 管线钢层流冷却过程残余应力 的影响 余 伟 卢小节 陈银莉 徐耀文 北京科技大学高效轧制国家工程研究中心，北京 100083 通信作者，E-mail: yuwei@ nercar． ustb． edu． cn 摘 要 通过热膨胀仪和 Gleeble3500 热模拟试验机检测 X70 钢的膨胀系数、高温屈服强度和弹性模量，采用 Marc 有限元软 件计算了热轧带钢在层流冷却中卷取温度分别为 500、550 和 600 ℃时的温度场、相变体积分数、残余应力随时间的变化． 结果 表明: 层流冷却过程中，在水冷前期带钢边部的应力超过了该温度下钢板的屈服强度，带钢板形会向着边浪发展; 水冷结束 时，边部应力值再次超过屈服强度并发生了塑性变形，带钢板形会向着中浪发展． 在保证 X70 管线钢性能的条件下，降低卷取 温度有利于钢板贝氏体相变的完成和层流冷却阶段残余应力的降低． 关键词 热轧; 带钢; 层流冷却; 相变; 残余应力; 有限元 分类号 TG335. 5 + 6 Effect of coiling temperature on residual stresses in hot-rolled X70 pipeline steel strips during laminar cooling YU Wei ，LU Xiao-jie，CHEN Yin-li，XU Yao-wen National Engineering Research Center for Advanced Rolling Technology，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China Corresponding author，E-mail: yuwei@ nercar． ustb． edu． cn ABSTRACT The thermal expansion coefficient，high-temperature yield strength and Young’s modulus of hot-rolled X70 pipeline strips were tested with a thermal expansion instrument and a thermal simulation test machine Gleeble3500． The temperature field，bai￾nitic volume fraction and residual stresses in the hot-rolled strips during laminar cooling were calculated with the finite element software Marc when the coiling temperature is 500，550 and 600 ℃，respectively． It is shown that stresses in the strip edge exceed the yield strength of the steel at the same temperature in the earlier water cooling stage，leading to edge waves; but in the end of water cooling， stresses in the strip edge exceed the yield strength again and generates plastic deformation，which causes center waves． Reducing the coiling temperature is in favor of completing bainite transformation and decreasing residual stresses in the hot rolled strips on the as￾sumption that the properties of X70 pipeline steel are ensured． KEY WORDS hot rolling; strip steel; laminar cooling; phase transitions; residual stresses; finite element method 收稿日期: 2010--07--05 基金项目:“十一五”国家科技支撑计划资助项目( No． 2006BAE03A06) 现代热轧带钢生产中，为了获得良好的力学性 能，在带钢离开末架轧机进入卷取机之前，于输出 辊道上进行快速冷却，通过控制带钢的卷取温度来 达到性能要求． 随着温度的降低，带钢发生相变，相 变体积膨胀使带钢产生相变应力，同时相变过程还 将释放相变潜热影响温度场的变化; 带钢沿宽度和 厚度方向的不均匀冷却必将导致热应力不均匀分 布，同时使相变不均匀，这些都将导致带钢在冷却过 程中产生塑性变形，造成残余应力，不利于带钢保持 良好的板形［1--3］． 近年来，国内外学者对于铁素体--珠光体类型 钢研究较多，其属高温相转变类型钢［2--4］; X70 管线 钢要求以针状铁素体组织为主，属于中温相转变类 型钢［5--6］． X70 管线钢的卷取温度不同，其相变比例 差异很大，基于该相变特点，有必要对其层流冷却直 至卷取后的板形问题进行深入研究． DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2011.06.014