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1、冷轧基础理论知识,一、冷轧的特点,冷轧是指在再结晶温度以下的轧制生产方式。由于冷轧温度低，在轧制过程中不会出现动态再结晶，产品温度只可能上升到回复温度，因此加工硬化率大。 冷轧的优点是：板带材尺寸精度高，且表面质量好；板带材的组织与性能更均匀；配合热处理可获得不同状态的产品；能轧制热轧不可能轧出的薄板带。冷轧的缺点是：变形能耗大，道次加工率小。,二、冷轧机的分类,冷轧机分为块片轧机和卷材轧机 卷材轧机根据机架数分为单机架冷轧机、双机架或多机架冷连轧机。 卷材轧机根据轧辊数分为二辊、三辊、四辊、六辊及多辊冷轧机。,1、 二辊轧机,二辊冷轧机主要用于轧制窄规格的板带材。该轧机在一些小型铝加工企业和
2、实验室使用。设备结构简单，无自动控制技术。,2、四辊轧机,四辊轧机轧制时，轧制压力通过工作辊的辊身传递给支撑辊，再由支撑辊的辊颈传递给压下螺丝。主要是支撑辊承担载荷，产生挠度。一般支撑辊直径比工作辊大24倍，因此挠度大为减少。为了进一步减少轧制工作辊的挠曲变形，在四辊轧机上安装了弯辊控制系统。四辊轧机是冷轧加工中应用最广泛的轧机，在国内外都有大量应用。普通四辊轧机的谩备组成如图所示。包括开卷机、入口偏导辊、五辊张紧辊、工作辊、支撑辊、出口导向辊或板形辊、卷取机及其相关配套设备。,四辊轧机设备组成简图,3、六辊轧机,为了在四辊轧机的基础上轧出更薄、精度要求更高的产品，有必要进一步增加轧机的刚度，
3、并使工作辊更细，因而人们开发了六辊冷轧机，六辊轧机是当今的发展趋势。 福州马尾瑞闽铝板带有限公司1996年投产了六辊CVC1850mm冷轧机，德国VAW公司的Greren-broich工厂安装了一条六辊冷轧机。 厦顺铝箔有限公司现有2300mm六辊冷轧机一台；,4、冷连轧机,连轧时，轧件同时在几个机架中产生塑性变形，各个机架的工艺参数等同时通过轧件相互联系又相互影响，一个机架的平衡状态遭到破坏，必然影响和波及到前后机架，在达到新的平衡之前，整个机组都会产生波动，因此要保证连轧过程处于平衡状态。,俄罗斯萨马拉冶金厂建有五机架冷连轧生产线、美国铝业公司田纳西轧制厂建有全连续三机架冷轧生产线、加拿大
4、铝业公司肯塔基州洛根卢塞尔维尔轧制厂建有三机架CVC冷连 轧机生产线、在阿尔诺夫铝加工厂建有双机架四辊CVC冷连轧机生产线。 西南铝业2006年开始建设2000mm双机架冷连轧机，预计2010年底最终建成；,三、冷轧的工艺制度与轧制张力,冷轧压下制度 冷轧的张力 冷轧质量控制,1、冷轧压下制度,冷轧压下制度主要包括总加工率的确定和道次加工率的分配。一般把两次退火之间的总加工率称为中间冷轧总加工率，而为控制产品的最终组织与性能所选取的总加工率称为成品冷轧总加工率。中间冷轧总加率在合金塑性和设备能力允许的条件下尽可能取大一些。成品冷轧总加工率主要由产品的组织性能和表面质量要求所决定。,冷轧的道次分
5、配方法是先按等压下率分配，按下式计算压下率，即： 轧制道次数的多少要结合材料塑性、设备条件、润滑条件、厚差控制、板形控制、表面控制的要求和平时工作经验进行安排。,例如坯料厚度为4. 5mm，最终成品厚度为0. 24 mm，需5道次轧到成品，按公式计算 出每道次平均压下率为1 - (0.24/4.5)1/5100%=44%，每道次变形量分配是4.5mm2.52mm(4.556%)1.41mm (2.5256%)0.79mm(1.4156%)0.44mm(0.79 56%)0.24mm。 在做完等压下分配后，结合上述条件的具体要求对道次变形量进行调整。压下量分配如下表所示：,2、冷轧的张力,张力的
6、作用 张力大小的确定,张力的作用为： 降低单位压力。张力的作用使变形区的应力状态发生了变化，减小了纵向的压应力，从而使轧制时降低单位压力。 调节张力可控制带材厚度。通过改变张力大小来使轧出厚度发生变化。在其他条件不变化的情况下，增大张力能使带材轧得更薄。 防止带材跑偏、保证轧制稳定。轧制中带材跑偏的原因在于带材在宽度方向上出现了不均匀延伸。当轧件出现不均匀延伸时，沿宽向张力分布将发生相应的变化，延伸大的部分张力减小，而延伸小的部分则张力增大，结果张力起到自动纠偏作用。张力纠偏同步性好、无控制滞后。张力纠偏的缺点是张力分布的改变不能超过一定限度，否则会造成裂边、压折甚至断带。,张力大小的确定,张
7、力大小的确定要视不同的金属和轧制条件而定，但最大张应力值不能大于或等于金属的屈服强度，否则会造成带材在变形区外产生塑性变形，甚至断带，破坏轧制过程或使产品质量变坏。最小张力值必须保证带材卷紧卷齐。实际生产中张力的范围按下式选择，即：,一般来说，后张力大于前张力，带材不易拉断，保证带材不跑偏，即较平稳地进入辊缝。降低轧制压力，后张力比前张力更显著，但过大的后张力会增加主电机负荷，如来料卷较松会造成擦伤等。相反后张力小于前张力时，可以降低主电机负荷，在工作辊相对支撑辊的偏移很小的四辊可逆式带材轧机上，后张力小于前张力有利于轧制时工作辊的稳定性，能使变形均匀，对控制板形效果显著，但是过大的前张力会使
8、带材卷得太紧，退火时易产生粘结，轧制时易断带。,3、冷轧质量控制,（1）厚度控制 （2）板形控制 （3）表面质量控制 辊缝内轧件表面质量控制 辊缝外轧件表面质量控制,(1)厚度控制,高质量的冷轧带材不仅要求具有很小的“同板差”，而且要求在大批量生产中每卷的实际厚度都能保持高度一致。 轧制过程中对板带纵向厚度精度控制的影响因素很多，总的来说有两种情况：即对轧件塑性特性曲线形状与位置的影响，以及对轧机弹性特性曲线的影响。结果使两线的交点位置发生变化，产生了纵向厚度差。 板厚控制就是随着带材坯料厚度、性能、张力、轧制速度以及润滑条件等因素的变化，随时调整辊缝、张力或轧制速度的方法。 不同的冷轧机由于
9、装机水平的差异，厚控系统的配置不一样，下面着重介绍现代高速冷轧机的厚度控制系统及其在生产过程中的厚差控制技术。,（a）厚度控制系统组成,现代高速冷轧机的板厚控制通过液压压下实现，而液压压下则由压下位置闭环或轧制压力闭环系统控制。厚控系统的组成如上图所示，主要由压下位置闭环、轧制压力闭环、厚度前馈控制、速度前馈控制、厚度反馈控制（测厚仪监控）等几部分组成。其中压下位置闭环和轧制压力闭环是整个厚控系统的基础，厚控的最终操作通过这两个闭环中的一个实现。后面三个控制环节为更高级的控制环，它们给前两个闭环的给定值提供修正量。 当辊缝中没有轧件（辊缝设定）和穿带时，压下位置闭环工作。正常轧制时，轧制压力闭
10、环工作（位置闭环断开，不参与控制）。当轧制压力低于某一最小值时，由压力闭环自动地转换到位置闭环控制。,上图中符号说明如下： Wo轧制压力对入口厚度的偏导数P/H；M-轧机纵向刚度模数；W-轧件塑性刚度系数；H-来料厚度偏差；h-出口厚度偏差；V-轧制速度；V-轧制速度增量；So给定空载辊缝；ASo空载辊缝修正量；P-给定轧制力；P-轧制压力修正量；Soc实测空载辊缝；Pc实测轧制压力。 其中M和形的计算公式为： M=Mo+Kb W=P/b 式中Mo-轧机基本纵向刚度； Kb宽度修正系数； b-板宽。,（b）厚控系统功能,压下位置闭环 轧制压力闭环 厚度前馈控制 速度前馈控制 厚度反馈控制,压下
11、位置闭环,压下位置闭环的作用是，通过控制液压缸塞的位移，达到设定和控制空载辊缝的目的。它根据空载辊缝实测值与给定值（包括修正值）的差值，推动伺服阀和油缸动作，调整空载辊缝的大小，直到实测值与给定值相等为止。 在正常的轧制过程建立之前，由压下位置闭环设定辊缝，保证带头部的厚度满足要求。,轧制压力闭环,轧制压力闭环通过控制轧制压力达到控制厚度的目的。它根据轧制压力的实测值与给定值（包括修正值）的差值，推动伺服阀和油缸动作，调整轧制压力（同时也调整了辊缝），直到其差值为零为止。轧制压力的给定值，根据目标厚度确定。 位置闭环中，位移传感器的分辨率一般为1m，因此位置闭环的定位精度及厚控精度不高。轧制压
12、力闭环的压力控制精度和厚控精度比位置闭环的高，所以正常轧制时，由值置闭环自动转换到压力闭环控制板厚，即由控制位置转换到控制压力。,厚度前馈控制,厚度前馈控制可以消除来料厚度偏差对出口板厚的影响。由人口测厚仪测出来料厚度偏差H，将其转换为空载辊缝调整量So或轧制压力调整量P，然后迭加到位置闭环的给定空载辊缝So上或压力闭环的给定轧制力P上，去调整辊缝或轧制压力，以消除H的影响。,速度前馈控制,速度前馈控制可以消除加、减速对出口厚度的影响。加速时，摩擦系数减小，出口厚度变薄；减速时，摩擦系数增大，出口厚度变厚。速度对厚度的影响通过调整压下消除。 由测速计测出轧制速度变化量V，将其转换成空载辊缝调整
13、量S。或轧制压力调整量P，然后迭加到位置闭环的给定空载辊SO上或压力闭环的给定轧制压力P上，去调整辊缝或轧制压力，以消除V的影响。,厚度反馈控制,厚度反馈控制用以消除轧辊磨损、热膨胀及位移与压力测量误差等原因对出口厚度的影响。由测厚仪测出出口厚度偏差h，将其转换为空载辊缝调整量So或轧制压力调整量P，然后迭加到位置闭环的给定空载辊缝So或压力闭环的给定轧制压力P上，去调整辊缝或压力，以消除h。,(c)厚度测量,从上图及上述功能可知，厚度测量在整个厚度控制系统中起着非常重要的监控作用，测厚系统本身的测量精度对整个厚度控制的精度具有决定性的作用。 现代高速冷轧机的厚度在线检测，一般采用同位素测厚仪
14、和X射线测厚仪。在线测厚要求具有测量快速、连续、无接触和非破坏性的特性。同位素测厚仪的放射源具有半衰期长、放射剂量稳定、不受温度影响等优点，因此同位素测厚仪在高速冷轧机上得到广泛应用。,（d）厚差不合格现象及原因分析,A 厚差不合格现象 厚度中心点漂移：整体偏厚与偏薄。 厚度波动：有规律的周期性波动与无规律的上下波动。,B原因分析,产生厚度中心点漂移的原因是厚度反馈控制中的出口测厚仪测量数据不真实和操作人员对厚度中心点设定不恰当所致。 影响出口测厚仪测量准确性的因素有：用于校核测厚仪的标准板厚度不准确引起厚度中心点设定不正确，以及测厚仪厚度补偿系数不准确；放射源发出的射线被其他物件所挡；测厚仪
15、厚度补偿系数不准确；测厚仪自动清零功能不稳定。 产生厚度波动的原因。有规律的周期性波动的产生原因主要是由于轧辊磨削精度不高所致。轧辊在径向上的尺寸精度在厚控上表现出很强的遗传性。 无规则上下波动，一是由于来料厚度波动大引起的遗传以及材质不均匀；二是由于生产过程中频繁加减速和其他工艺参数的变化；三是厚控调节机构中产生振荡；四是测厚仪相关部位产生了松动或电离室漏气等。,C 厚差不合格的解决途径与办法,定期对轧机测厚仪进行标定、修正和维护，提高测厚仪的精度和准确性。 提高磨削操作技能，规范工作辊和支撑辊的管理。因轧辊在径向上的尺寸精度在厚 优化冷轧生产工艺，减小卷材遗传性厚差影响。由厚度控制原理可知
16、工艺参数的合理设定与控制对厚差影响很大，如生产道次的安排，张力和速度的稳定，润滑条件的控制等。由于热轧毛料或铸轧毛料的厚度偏差一般都比较大，为确保厚差可适当增加道次，使成品轧制时，入口厚差波动小。轧制过程中尽量采用一次升减速以减少厚差波动。 定期对推上或压下缸的伺服阀系统、对轧辊轴承间隙等进行检查，确保处于良好状态。,(2)板形控制,板形是指板带材的外貌形状，板形不良是指板面不平直，出现板形不良的直接原因是轧件宽向上延伸不均。,出现板形不良的根本原因是轧件在轧制过程中，轧辊产生了有害变形，致使辊缝形状不平直，导致轧件宽向上延伸不均，从而产生波浪。因此板形控制的实质就是如何减少和克服这种有害变形。要减少和克服这种有害变形，需要从两方面解决：一是从设备配置方面，包括板形控制手段和增加轧机刚度；二是从工艺措施方面。 从板形控制手段方面现在已普遍采用的有弯辊控制技术、倾辊控制技术和分段冷却控制技术。其他已开发成熟的板形控制手段还有抽辊技术（HC系列轧机）、胀辊技术（VC和I
