D0I:10.13374/i.issnl00It03.2007.04011 第29卷第4期 北京科技大学学报 Vol.29 No.4 2007年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2007 退火冷轧钢卷开卷时表面横折印问题 韩广秀张杰曹建国侯福祥吴长春杨光辉 北京科技大学机械工程学院，北京100083 摘要冷轧带钢钢卷在平整机上开卷时，带钢表面有时会出现横折印缺陷，为了减小带钢表面的横折印缺陷，通过建立平 整机开卷过程有限元模型，研究了冷轧带钢钢卷在开卷过程中应力的大小分布及影响因素，分析了开卷张力、板厚、粘结程度 和钢卷半径等与产生横折印的关系，提出了减小带钢在打开过程中的反弯和罩式炉中的粘结程度来克服带钢表面横折印缺 陷的途径，并发现增大开卷张力有利于减轻或避免横折印的产生，消除了关于开卷张力与横折印关系的错误认识. 关键词冷轧带钢：表面缺陷：折印：粘结：开卷机 分类号TF306 经过罩式炉退火的冷轧钢卷在平整机上开卷 印缺陷的塑性变形)， 时，带钢表面有时会出现横折印缺陷]，缺陷表 现为宽度方向的横向条纹或指甲状弧形条纹，不仅 肉眼可见，严重时会有手感，厚度大于0.5mm的带 钢易出现这种缺陷6] 一般认为，带钢这种缺陷和钢卷层与层间的粘 结有关，而粘结是在罩式炉内因退火温度过高、升降 温度过快、热胀冷缩不均匀等因素造成的，已发 图1开卷过程示意图 生粘结的带钢在平整机上开卷时，在开卷力作用下， Fig.1 Sketch map of uncoiling process 带钢所受到的应力可能会超过屈服极限发生塑性变 形，在带钢表面产生滑移线形成表面横折印8]，因 开卷过程中带钢这种复杂的变形及应力状态难 此，研究带钢在开卷过程中应力分布及影响因素，对 以直接测量，因此需要采用数值仿真的方法进行研 于解决表面横折印缺陷具有重要意义 究O.本文采用有限元软件ANSYS进行计算.假 设带钢宽度方向的开卷张力和粘结力均匀分布，故 1开卷过程及其仿真模型 可简化为平面应力问题山]. 如图1所示，钢卷在开卷张力T的作用下打 在钢卷的打开区域附近选取一段带钢进行分 开，假设带钢是完全柔性且没有发生粘结，带钢应在 析，该段带钢分为两段，粘结区L1和打开区L2,如 与钢卷相切的α处打开.由于粘结的存在，带钢与 图2所示·在粘结段带钢的下表面施加位移约束， 钢卷的实际打开点在b处，因带钢有一定的刚性， 约束力的极限值为最大粘结力，该力由实际的粘结 故在接近打开处有一段反弯区，将张力T的方向 程度确定，这里用粘结应力表示，L1和L2的长 与钢卷表面过b点切线的夹角定义为展开角0.该 度越大，计算的结果越精确。但实际计算结果表明， 角与粘结强度和张力大小有关：粘结越强，0越大； 当这些长度与带钢厚度的比值大到一定数值时 张力越大，6越小. 显然，在开卷过程中，带钢受到拉、弯联合作用， 处于比较复杂的受力状态，应力大小与开卷张力 (a)施加张力前 T、板厚H、粘结程度、钢卷半径R等有关.当表 MX MN 面应力超过屈服极限时，就可能出现造成表面横折 (b)施加张力前 收稿日期：2006-01-07修回日期：2006-08-28 图2开卷过程计算模型 作者简介：韩广秀(1980-)，女，硕士研究生：张杰(1960-)，男， 教授，博士生导师 Fig.2 Simulating model of uncoiling process退火冷轧钢卷开卷时表面横折印问题 韩广秀 张 杰 曹建国 侯福祥 吴长春 杨光辉 北京科技大学机械工程学院‚北京100083 摘 要 冷轧带钢钢卷在平整机上开卷时‚带钢表面有时会出现横折印缺陷．为了减小带钢表面的横折印缺陷‚通过建立平 整机开卷过程有限元模型‚研究了冷轧带钢钢卷在开卷过程中应力的大小分布及影响因素‚分析了开卷张力、板厚、粘结程度 和钢卷半径等与产生横折印的关系‚提出了减小带钢在打开过程中的反弯和罩式炉中的粘结程度来克服带钢表面横折印缺 陷的途径‚并发现增大开卷张力有利于减轻或避免横折印的产生‚消除了关于开卷张力与横折印关系的错误认识． 关键词 冷轧带钢；表面缺陷；折印；粘结；开卷机 分类号 TF306 收稿日期：20060107 修回日期：20060828 作者简介：韩广秀（1980—）‚女‚硕士研究生；张 杰（1960—）‚男‚ 教授‚博士生导师 经过罩式炉退火的冷轧钢卷在平整机上开卷 时‚带钢表面有时会出现横折印缺陷［1—5］．缺陷表 现为宽度方向的横向条纹或指甲状弧形条纹‚不仅 肉眼可见‚严重时会有手感．厚度大于0∙5mm 的带 钢易出现这种缺陷［6］． 一般认为‚带钢这种缺陷和钢卷层与层间的粘 结有关‚而粘结是在罩式炉内因退火温度过高、升降 温度过快、热胀冷缩不均匀等因素造成的［7］．已发 生粘结的带钢在平整机上开卷时‚在开卷力作用下‚ 带钢所受到的应力可能会超过屈服极限发生塑性变 形‚在带钢表面产生滑移线形成表面横折印［8］．因 此‚研究带钢在开卷过程中应力分布及影响因素‚对 于解决表面横折印缺陷具有重要意义． 1 开卷过程及其仿真模型 如图1所示‚钢卷在开卷张力 T 的作用下打 开‚假设带钢是完全柔性且没有发生粘结‚带钢应在 与钢卷相切的 a 处打开．由于粘结的存在‚带钢与 钢卷的实际打开点在 b 处．因带钢有一定的刚性‚ 故在接近打开处有一段反弯区．将张力 T 的方向 与钢卷表面过 b 点切线的夹角定义为展开角θ．该 角与粘结强度和张力大小有关：粘结越强‚θ越大； 张力越大‚θ越小． 显然‚在开卷过程中‚带钢受到拉、弯联合作用‚ 处于比较复杂的受力状态‚应力大小与开卷张力 T、板厚 H、粘结程度 σF、钢卷半径 R 等有关．当表 面应力超过屈服极限时‚就可能出现造成表面横折 印缺陷的塑性变形［9］． 图1 开卷过程示意图 Fig．1 Sketch map of uncoiling process 开卷过程中带钢这种复杂的变形及应力状态难 以直接测量‚因此需要采用数值仿真的方法进行研 究［10］．本文采用有限元软件 ANSYS 进行计算．假 设带钢宽度方向的开卷张力和粘结力均匀分布‚故 可简化为平面应力问题［11］． 图2 开卷过程计算模型 Fig．2 Simulating model of uncoiling process 在钢卷的打开区域附近选取一段带钢进行分 析‚该段带钢分为两段‚粘结区 L1 和打开区 L2‚如 图2所示．在粘结段带钢的下表面施加位移约束‚ 约束力的极限值为最大粘结力‚该力由实际的粘结 程度确定‚这里用粘结应力 σF 表示．L1 和 L2 的长 度越大‚计算的结果越精确．但实际计算结果表明‚ 当这些长度与带钢厚度的比值大到一定数值时 第29卷 第4期 2007年 4月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．4 Apr．2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．04．011