卞大鵬，周存龍，李中喜，梅小強(qiáng)，張艷峰，郭亞棟

（太原科技大學(xué) 山西冶金設(shè)備設(shè)計(jì)理論與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 太原 030024）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)對(duì)帶鋼質(zhì)量的要求越來(lái)越高。然而近年來(lái)，因氧化鐵皮壓入等帶來(lái)的產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題愈來(lái)愈引起人們的關(guān)注［1］。目前，拉彎矯直機(jī)對(duì)帶鋼板形質(zhì)量的改善效果已被人們普遍接受。

拉彎矯直過(guò)程涉及拉彎、彈復(fù)、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(duì)提高帶鋼總體質(zhì)量水平具有重大意義。對(duì)拉彎矯直機(jī)的破鱗機(jī)理進(jìn)行分析，其結(jié)果對(duì)拉彎矯直機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及其工藝的制定將起到重要的參考作用。

實(shí)際應(yīng)用中，如何使拉彎矯直機(jī)更好地兼顧改善板型和除鱗雙重功能，這一問(wèn)題的解決也有賴于對(duì)其破鱗機(jī)理的研究。

1 拉彎矯直機(jī)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(duì)帶鋼施加張應(yīng)力，并通過(guò)機(jī)械方法反復(fù)彎曲?；w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(qiáng)度較低，且與帶鋼基體附著力差。當(dāng)帶鋼基體形狀變化引起的內(nèi)應(yīng)力大于氧化鐵皮破壞強(qiáng)度時(shí)，氧化鐵皮就會(huì)破裂。帶鋼通過(guò)彎曲輥時(shí)，上、下表面氧化鐵皮處于不同的應(yīng)力狀態(tài)，部分氧化鐵皮就會(huì)產(chǎn)生不同形式的剝落。相對(duì)于單一的輥式矯直機(jī)，經(jīng)過(guò)拉彎矯直機(jī)處理的帶鋼板形和表面外觀質(zhì)量均可得到更好的改善［2］。

1．1 張應(yīng)力作用下的破壞形式

拉彎矯直機(jī)通過(guò)張力輥對(duì)帶鋼施加張應(yīng)力，帶鋼基體將張應(yīng)力傳遞給氧化鐵皮。當(dāng)張應(yīng)力超過(guò)其臨界應(yīng)力時(shí)，氧化鐵皮被拉斷，形成一個(gè)個(gè)孤立的氧化物塊，但不會(huì)剝落［3］，如圖1所示。

圖1 張應(yīng)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(dāng)帶鋼通過(guò)拉彎矯直機(jī)的彎曲輥時(shí)，帶鋼兩面氧化鐵皮受到的變形情況不同，如圖2所示。外側(cè)氧化鐵皮受到拉應(yīng)力和切應(yīng)力，氧化鐵皮產(chǎn)生裂紋，但不會(huì)剝落；內(nèi)側(cè)氧化鐵皮受到壓應(yīng)力和切應(yīng)力的作用，主要是壓應(yīng)力作用［4］，氧化鐵皮會(huì)被擠碎成網(wǎng)狀，有些會(huì)脫落。

圖2 彎曲作用下的氧化皮破壞形式

埃文斯的研究結(jié)果表明，氧化物受到壓應(yīng)力時(shí)的剝落形式有兩種［5］，如圖3所示。①當(dāng)氧化鐵皮與帶鋼基體界面結(jié)合強(qiáng)度高于氧化鐵皮自身強(qiáng)度時(shí)，氧化鐵皮內(nèi)首先產(chǎn)生裂紋，進(jìn)而擴(kuò)展至界面，導(dǎo)致這部分氧化鐵皮剝落；②當(dāng)氧化鐵皮自身結(jié)合強(qiáng)度較高時(shí)，裂紋首先在界面處形成，應(yīng)力作用使氧化鐵皮發(fā)生彎曲，當(dāng)界面裂紋擴(kuò)展至氧化鐵皮內(nèi)時(shí)，該區(qū)域的氧化鐵皮剝落。

圖3 壓應(yīng)力作用下的破壞形式

2 拉伸和彎曲試驗(yàn)

2．1 拉伸試驗(yàn)

試驗(yàn)材料選用2．5mmQ235普碳鋼。使用線切割機(jī)切成長(zhǎng)度為220mm、寬度為20mm的試樣，其中試驗(yàn)的有效長(zhǎng)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(jī)夾頭夾住試樣兩端對(duì)試驗(yàn)結(jié)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(yàn)在25t萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，試驗(yàn)步驟如下：

（1）使用分析天平測(cè)量試驗(yàn)前試樣的質(zhì)量。

（2）進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，張應(yīng)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(cè)量試驗(yàn)后試樣的質(zhì)量。

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

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

表1 拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖4 拉伸試驗(yàn)表面氧化鐵皮金相照片

2．2 彎曲試驗(yàn)

彎曲試驗(yàn)在WAW－1000微控電液伺服萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。試樣長(zhǎng)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(yàn)相同。

表2為彎曲試驗(yàn)數(shù)據(jù)，圖5為彎曲試驗(yàn)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(dāng)彎曲直徑減小時(shí)，剝落效果明顯增大。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）理論和試驗(yàn)分析表明：拉彎矯直機(jī)通過(guò)張力輥向帶鋼施加張應(yīng)力可拉斷氧化鐵皮，但氧化鐵皮仍然會(huì)粘附在帶鋼表面，剝落量較?。划?dāng)帶鋼通過(guò)彎曲輥時(shí)，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(jī)的理想工作情況應(yīng)該是小張力大彎曲，這就要求彎曲輥在保證其強(qiáng)度 的同時(shí)選取盡可能小的直徑。

表2 彎曲試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖5 彎曲試驗(yàn)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(yù)防［J］．寬厚板，2008，14（5）：11－13．

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

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

［4］ 王建國(guó)，李同慶．拉矯機(jī)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(cè)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(guó)，CN200610147265．X［P］．2008－6－18．