板材残余应力从哪来搞清楚来源才能对症校平

校平机矫不平板材，很多时候不是参数没调对，而是没搞清楚板材残余应力从哪来。不同来源的残余应力，分布规律不一样，校平策略也应该不一样。用同一套参数去矫不同应力来源的板材，效果自然参差不齐。今天就来讲讲板材残余应力的五大来源，以及怎么根据应力来源调整校平思路。

一、轧制应力——最主要的残余应力来源

绝大多数板材的残余应力是在轧制阶段产生的。轧制时板材通过轧辊，上下表面变形量不完全一致。上表面和轧辊接触，摩擦力大，变形受阻；下表面自由变形，延伸更充分。这种上下变形不均导致板材厚度方向产生应力梯度，出轧机后应力锁定在板材内部。

轧制应力的典型表现是板材出现纵向弯曲，也就是沿轧制方向向上或向下翘曲。向上翘说明上表面残余压应力大，向下翘说明下表面残余压应力大。校平机矫这种变形效果最好，因为反复弯曲正好能释放厚度方向的应力梯度。

热轧板的轧制应力比冷轧板大。热轧终轧温度800至900度，冷却过程中板材表面先冷收缩，芯部后冷，产生热应力。这种热应力和变形应力叠加，总残余应力可达200至400MPa。冷轧板没有大温差冷却问题，残余应力通常在100至200MPa。

二、冷却应力——厚板的主要问题

板材轧后冷却时，表面和芯部的冷却速度不一样。表面直接接触空气或冷却水，降温快；芯部靠热传导散热，降温慢。表面先收缩，芯部还热着不让缩，表面就被芯部撑住了产生拉应力，芯部受压应力。

冷却应力在厚板上特别明显。10mm以上的中厚板，表面和芯部温差可达100度以上，冷却应力占残余应力总量的40%至50%。薄板表面和芯部温差小，冷却应力占比不到20%。

冷却应力的特点是分布均匀但数值大，板材不会产生明显方向性变形，但整体应力水平高。这种板材校平后容易时效变形，因为应力释放是一个缓慢过程。厚板校平建议采用多遍小压下量，每遍释放一部分应力，避免一遍矫太猛导致应力集中。

三、切割应力——下料后的新增应力

板材从大板上切割下来成小块，切割过程会在边缘产生新的残余应力。不同切割方式的热输入不同，应力大小也不同。

火焰切割热输入最大，切割边缘温度可达1500度以上，热影响区宽度3至6mm。切割后边缘快速冷却收缩，产生很大的拉应力。火焰切割的板材如果不先去应力直接校平，边缘容易在校平过程中开裂。

等离子切割热输入中等，热影响区1至3mm，残余应力比火焰切割小50%左右。

激光切割热输入最小，热影响区0.5mm以内，残余应力很小，基本不影响后续校平。

水切割没有热输入，不产生热应力，但切口表面有机械挤压应力，数值很小可忽略。

切割应力的特点是集中在板材边缘，板材中间几乎没有。校平这种板材时，边缘和中间的应力分布不均匀，如果用均匀压下量，边缘可能过矫而中间欠矫。建议切割件校平前先做应力消除处理，或者采用分段递减压下量。

四、焊接应力——焊后板材的特有问题

焊缝及附近区域在焊接过程中被加热到熔点以上，冷却后收缩产生拉应力。焊缝远处的母材产生相应的压应力来平衡。焊接残余应力可达材料屈服强度的50%至80%，比轧制应力还大。

焊接应力对校平的影响很复杂。焊缝所在位置应力最大，远离焊缝逐渐减小。如果板材有多条焊缝，应力场叠加后分布很不规则。校平机用均匀辊缝去矫不规则应力场，很难一次矫平。

焊后板材建议先做整体去应力退火，把焊接应力降到100MPa以下再校平。直接上校平机矫焊后板材，不仅效果差，焊缝还可能在弯曲过程中开裂。

五、运输和存储应力——容易被忽略

板材在运输和存储过程中也会产生残余应力。吊装时板材自重导致弯曲，如果吊点位置不对，板材会产生塑性变形留下弯曲应力。堆放时底层板材承受上面所有板材的重量，长时间受压可能产生蠕变变形。

存储应力虽然不大，通常在20至50MPa，但叠加在轧制应力上会让板材变形更复杂。有些板材出厂时是平的，到用户手里却弯了，往往就是运输和存储应力导致的。

这种应力比较好处理，校平机一遍就能释放掉。关键是要意识到这个问题，别把运输变形误认为是轧制变形，用矫轧制应力的参数去矫运输应力，反而可能过矫。

六、怎么判断应力来源

看板材变形形态可以初步判断应力来源。沿轧制方向弯曲，多半是轧制应力。边缘局部翘曲或波浪，多半是切割应力。焊缝附近凸起或凹陷，是焊接应力。整体缓慢弯曲没有明显方向，可能是冷却应力或存储应力。

搞清楚应力来源，校平参数就能更有针对性。轧制应力用标准递减压下量，切割应力重点关注边缘，焊接应力先退火再矫，存储应力一遍轻矫即可。对症下药，校平效果自然好得多。