拉彎矯直機破鱗機理的研究?

卞大鵬，周存龍，李中喜，梅小強，張艷峰，郭亞棟

（太原科技大學 山西冶金設備設計理論與技術重點實驗室，山西 太原 030024）

0 引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步，國內外市場對帶鋼質量的要求越來越高。然而近年來，因氧化鐵皮壓入等帶來的產(chǎn)品質量問題愈來愈引起人們的關注［1］。目前，拉彎矯直機對帶鋼板形質量的改善效果已被人們普遍接受。

拉彎矯直過程涉及拉彎、彈復、反彎、張力矯直和破鱗等方面。目前人們已經(jīng)普遍感受到除鱗功能對提高帶鋼總體質量水平具有重大意義。對拉彎矯直機的破鱗機理進行分析，其結果對拉彎矯直機結構的設計及其工藝的制定將起到重要的參考作用。

實際應用中，如何使拉彎矯直機更好地兼顧改善板型和除鱗雙重功能，這一問題的解決也有賴于對其破鱗機理的研究。

1 拉彎矯直機破鱗工作原理

利用帶鋼基體與表面氧化鐵皮材料性能的巨大差異，對帶鋼施加張應力，并通過機械方法反復彎曲。基體材料受力后產(chǎn)生一定的彈塑性變形，而表面氧化皮不具有塑性，破環(huán)強度較低，且與帶鋼基體附著力差。當帶鋼基體形狀變化引起的內應力大于氧化鐵皮破壞強度時，氧化鐵皮就會破裂。帶鋼通過彎曲輥時，上、下表面氧化鐵皮處于不同的應力狀態(tài)，部分氧化鐵皮就會產(chǎn)生不同形式的剝落。相對于單一的輥式矯直機，經(jīng)過拉彎矯直機處理的帶鋼板形和表面外觀質量均可得到更好的改善［2］。

1．1 張應力作用下的破壞形式

拉彎矯直機通過張力輥對帶鋼施加張應力，帶鋼基體將張應力傳遞給氧化鐵皮。當張應力超過其臨界應力時，氧化鐵皮被拉斷，形成一個個孤立的氧化物塊，但不會剝落［3］，如圖1所示。

圖1 張應力作用下的氧化皮破壞形式

1．2 彎曲作用下的破壞形式

當帶鋼通過拉彎矯直機的彎曲輥時，帶鋼兩面氧化鐵皮受到的變形情況不同，如圖2所示。外側氧化鐵皮受到拉應力和切應力，氧化鐵皮產(chǎn)生裂紋，但不會剝落；內側氧化鐵皮受到壓應力和切應力的作用，主要是壓應力作用［4］，氧化鐵皮會被擠碎成網(wǎng)狀，有些會脫落。

圖2 彎曲作用下的氧化皮破壞形式

埃文斯的研究結果表明，氧化物受到壓應力時的剝落形式有兩種［5］，如圖3所示。①當氧化鐵皮與帶鋼基體界面結合強度高于氧化鐵皮自身強度時，氧化鐵皮內首先產(chǎn)生裂紋，進而擴展至界面，導致這部分氧化鐵皮剝落；②當氧化鐵皮自身結合強度較高時，裂紋首先在界面處形成，應力作用使氧化鐵皮發(fā)生彎曲，當界面裂紋擴展至氧化鐵皮內時，該區(qū)域的氧化鐵皮剝落。

圖3 壓應力作用下的破壞形式

2 拉伸和彎曲試驗

2．1 拉伸試驗

試驗材料選用2．5mmQ235普碳鋼。使用線切割機切成長度為220mm、寬度為20mm的試樣，其中試驗的有效長度為120mm。然后使用超聲波清洗試樣，去掉表面的油污。

為避免拉伸機夾頭夾住試樣兩端對試驗結果產(chǎn)生不利影響，將試樣兩端各50mm的表面氧化鐵皮用腐蝕液侵蝕掉。

拉伸試驗在25t萬能材料試驗機上進行，試驗步驟如下：

（1）使用分析天平測量試驗前試樣的質量。

（2）進行拉伸試驗，張應力分別為140MPa、160 MPa、180MPa、200MPa。

（3）拉伸后，用抹布輕輕地擦拭試樣表面，使用分析天平測量試驗后試樣的質量。

（4）通過酸洗去掉表面的氧化鐵皮，測量出帶鋼基體的質量。酸洗方法如下：酸洗液是質量濃度為160g／L～200g／L的HCl，酸洗溫度為30℃～40℃，當氧化鐵皮以片層狀剝離方式快速溶解、層狀剝離時為酸洗終點［6］。

表1為拉伸試驗數(shù)據(jù)。圖4為拉伸試驗表面氧化鐵皮金相照片。由表1和圖4可看出：張應力可拉斷試樣表面的氧化鐵皮，但氧化鐵皮剝落量較??；當張應力增大時，氧化鐵皮剝落量略有增大。

表1 拉伸試驗數(shù)據(jù)

圖4 拉伸試驗表面氧化鐵皮金相照片

2．2 彎曲試驗

彎曲試驗在WAW－1000微控電液伺服萬能實驗機上進行。試樣長度為120mm，寬度為20mm。試樣彎曲直徑分別為Φ60mm、Φ100mm、Φ130mm、Φ160mm。其他步驟與拉伸試驗相同。

表2為彎曲試驗數(shù)據(jù)，圖5為彎曲試驗表面氧化鐵皮金相照片。由表2和圖5看出：彎曲作用可使氧化鐵皮有明顯剝落；當彎曲直徑減小時，剝落效果明顯增大。

3 結語

（1）理論和試驗分析表明：拉彎矯直機通過張力輥向帶鋼施加張應力可拉斷氧化鐵皮，但氧化鐵皮仍然會粘附在帶鋼表面，剝落量較??；當帶鋼通過彎曲輥時，氧化鐵皮有明顯剝落，且減小彎曲輥直徑可使剝落效果明顯提升。

（2）我們可以推斷出拉彎矯直機的理想工作情況應該是小張力大彎曲，這就要求彎曲輥在保證其強度 的同時選取盡可能小的直徑。

表2 彎曲試驗數(shù)據(jù)

圖5 彎曲試驗表面氧化鐵皮金相照片

［1］ 李紅，余廣火，原建華，等．鋼板卷筒后筒體表面凹坑缺陷的成因分析與預防［J］．寬厚板，2008，14（5）：11－13．

［2］ 吳毛里．拉矯破鱗機在冷軋廠的應用［J］．科技風，2010（9）：162．

［3］ 任濤．酸洗線拉伸彎曲矯直機的應用［J］．鞍鋼技術，2001（2）：17－18，21．

［4］ 王建國，李同慶．拉矯機破鱗原理的研究［J］．上海金屬，1999，21（1）：12－15．

［5］ 李美栓．金屬的高溫腐蝕［M］．北京：冶金工業(yè)出版社，2001．

［6］ 上海梅山鋼鐵股份有限公司．測定熱軋氧化鐵皮及其中氧化物相面密度的方法和用途：中國，CN200610147265．X［P］．2008－6－18．