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1、32轧制 321轧制过程及基本原理 什么是轧制？ 指金属坯体经过转动轧辊间的 缝隙，产生压缩变形，主要在长度 方向产生延伸的过程。 轧制演示 轧制的目的 轧制得到广泛应用，大部分金属以轧态使用。如： 钢材 90% 铝及合金 3545% 铜及合金 6070% 以简单理想轧制过程为例，阐述轧制过程的基本概念。 简单理想轧制过程：两轧辊均被驱动 ，直径相等，转速相同，轧件的机械 性质及运动均匀，无外加推力或拉力 作用，靠轧辊力实现轧制的过程。 v 变形区轧件在轧辊作用下产 生变形的区域。 v 外区或刚端变形区以外两端 不产生变形区域。 轧制过程如图5-23示意图所示。 1. 变形区主要参数 R-轧辊
2、半径 咬入角 L变形区长度，是接触弧（对应 的弧度）的水平投影 h0, h1轧件入口厚度和轧后厚度 L0, L1 轧件轧制前后的长度 b0, b1 轧件轧制前后的宽度 工艺参数的定义 2. 轧制过程的金属流动 设：轧件无宽展，垂直截面水平流动速度相同，则按体积不变条件可知， 变形区流动速度变化： 在轧辊入口：金属的流动速率 轧辊表面圆周速度 则在变形区存在一个金属流速 = 轧辊表面园周速度的地方中性面 轧辊入口-中性面之间的区间后滑区 中性面-轧辊出口之间的区间前滑区，对应的轧辊圆心角称为中性角 中性面 轧辊入口 轧辊出口 后滑区 前滑区 由变形区力平衡和几何条件分析，可导出轧制过程变 形与几
3、何条件的内在联系，计算得中性角 - 中性角 - 咬入角 - 摩擦角，据库仑定律确定 中性面 轧辊入口 轧辊出口 后滑区 前滑区 N施加轧件上的力 T摩擦力 3. 咬入条件 咬入条件轧件与轧辊接触后，轧辊能把轧件拉入辊缝进行 轧制的必要条件。 轧辊与轧件的受力关系如图所示 N施加轧件上的力 T摩擦力 Nx,Tx分别为其水平分量 咬入后 - 轧件作用力方向P与 出口区间的夹角 - 轧件端部与出口的 夹角 1. 开始咬入的情况 N施加轧件上的力 T摩擦力 Nx,Tx分别为其水平分量 由力平衡关系，有 NX TX 时，轧件咬入辊缝，则咬入的条件为： 据库仑定律： 则咬入条件为： 咬入后，在建立稳定的轧
4、制过程中，轧辊对轧件的作用力方向改变。 此时的咬入条件为： 设：作用力方向P与出口区间的夹角 为，轧件端部与出口的夹角为 当 = （轧制开始时），咬入条件 当 = 0 时（轧件充满变形区），则 2. 咬入以后的情况 4. 轧制压力 (1) 轧制压力的概念 轧制压力是轧制时轧辊施加于轧件的变形力，但通常，轧件 施加于轧辊总压力的垂直分量称为轧制压力，见图5-25 p作用在轧件上的单位压力 t单位接触摩擦力 变形区内任一角度 在简单理想轧制情况下，轧制压力方向与轧辊中心线平行（图5-25）。 在入口和出口作用有张力时，轧件作用于轧辊的合力前倾（图5-26）。 忽略轧件宽度方向上接触应力的变化。 轧
5、制力 P 可按下式计算： 轧件平均宽度 第一项单位压力 p 的垂直分量 第二、三项分别为前、后滑区单位摩擦力 t 的垂直分量，方向不同。 通常这两项比较小，工程上可以忽略，则有： 取平均值形式，有： P 轧制压力 p 平均单位压力 F 接触面积（水平投影面积） 5. 轧制力矩 1)定义：轧制压力 P 与其作用点到轧制中心线距离（力臂） a 的乘 积，是确定轧制的主电机和轧辊传动机构负荷的重要参数。 2)计算： -力臂系数，一般取0.3-0.6 在简单轧制情况下，驱动两辊的轧制力矩 322轧制方法 1.按轧制温度分类 2. 按轧制产品分类 3. 按轧件、轧辊的位置和相对运动关系分类 图5-30
6、4. 按轧制产品成形特点分类 q 板带材轧制 q 管材轧制 q 型材轧制 q 线材轧制 5. 按轧制产品形状分类 1. 概述 2. 中厚板轧制 3. 热带钢轧制 4. 冷带钢轧制 323 板带材轧制 板带材是板材和带材的总称。 板带材的几何外形特征用宽厚比B/H表征。 B/H的大小代表了生产技术的难度。 (1) 板带材 1. 概述 （2）分类 板带材按厚度分为三大类： 按用途可分为： 造船板、锅炉、桥梁、压力容器、汽车、镀层（镀锡、锌）、电工、 屋面、深冲等。 按材料类别 板带钢、有色金属板带。 （3）板带材的技术要求： 尺寸精度 板形 表面粗糙度 性能 （4）板带材的生产方式 2. 中厚板轧
7、制 原始材料：扁锭、初轧 板坯、连铸板坯、压铸 板坯。 轧制生产工艺流程图 轧制工艺 轧制工艺分三阶段： 成形轧制 - 展宽轧制 - 精轧 钢板生产： 3. 热带钢轧制 热轧带钢 1.288mm q原料：连铸板坯、初轧板坯。 q轧制工艺：工艺基本与中厚板相同，但要限制展宽。 q轧制钢种 4. 冷带钢轧制 (1) 概要 v冷轧带钢和薄板 v轧制原料：以热轧带钢或钢板为原料，常温轧制 v轧制优点： 轧速高（40m/s） 道次压下率大 表面光洁，板形平直、尺寸精度高 机械性能好 v使用轧机：单机架可逆式、连续式。 v产品一般以卷供应。 （2）工艺流程： 一般工艺流程为：热轧卷料酸洗冷轧退火平整 3.
8、2.4 管材轧制 管材是金属中使用最广的产品，尤其是钢材，就钢管而 言，一般尺度范围为：0.1-4000mm X 0.01100mm。 生产方法： 无缝管 焊接管 1. 无缝管 (1) 热轧无缝钢管 穿孔： 用实心圆管坯经穿孔机穿孔成空心的厚壁管（毛管），常用 二辊斜轧穿孔机完成穿孔过程，见图5-35。 两轧辊轴线之间的斜角6-17o，当 轧辊运动时，管坯呈螺旋运动前 进，在固定的顶头作用下，穿成 空心毛管。 轧管： 穿孔机形成的毛管表面极不平整，尺寸精度差。因此，要在 自动轧管机上轧成薄壁荒管，然后，再经2-3道次轧制到成 品壁厚。总延伸率1.8-2.2 均整 消除荒管的内外表面缺陷和椭圆度
9、、壁厚均匀化。 用带芯棒斜轧方法完成。均整后管材直径扩大3-9%， 长度缩短1-6% 定径和减径 均整后的管材虽然壁厚达到了成品要求，但外圆在椭圆度 方面还难以达到要求，因此，用无芯棒连轧方法对其外圆 进行加工-定径 要生产直径小的热轧管，需要用减径机减径 定、减径机都是连轧机，采用的机架数各不相同，遵守金 属体积“秒流量相等原则”。 校直、切管、探伤、入库 无缝钢管生产工艺 （2）冷加工无缝钢管 v 以热轧或热挤压法生产的钢管为坯料进行冷轧、冷拔的 制管方法。精度高、强度好、表面光洁度好、尺寸范围 广。 v 旋压法是另一种重要的方法，可以生产薄壁、特大和异 型断面的管材和旋转体零件。 2.
10、焊 管 利用轧制方法将钢板或带钢弯曲成钢管形状（图5-36）， 然后焊接成型（图5-37）的制管方法。 炉焊管 电焊管 对接焊管 搭接焊管 直缝焊管（图5-38） 螺旋焊管（图5-39） 3.2.5 型材轧制 型材轧制主要用于各种型钢生产；有色金属型材主要采 用挤压、拉拨生产。型钢在各行各业得到广泛应用。 1. 热轧型钢 1) 型钢分类 热轧型钢 冷弯型钢 2) 型钢的轧制方法 在轧辊上加工出轧槽，将两个或两个以上的轧辊轧槽对 应装配起来，形成孔型。轧制时通过一系列孔型，达到所 要求的尺寸。孔型示意图见图5-40 孔型设计是型钢生产的主要环节 简单断面型钢的轧制 角钢轧制 槽钢轧制 工字钢轧型
11、 H钢型的轧制 简单断面型钢的轧制 粗轧（延伸）孔型 椭圆-方、菱-方、箱-箱 、菱-菱、椭圆-圆 延伸孔型可以单独或组 合使用，延伸孔型实现 大变形延伸，轧出方断 面坯料供精轧。 精轧孔型 由粗轧和精轧两环节完成 角钢轧制 经蝶式孔型系统或扁平孔型系统轧制而成，见图5-42。 槽钢轧制 蝶式孔型或直线式孔型系统轧成，见图5-43 工字钢轧型 直线式孔型系统 、倾斜式孔型系统轧制而成，见图5-44 H钢型的轧制 采用万能轧机轧制。 成形拐角边缘时，万能轧机与水平式二辊轧边机串联配置 。见图5-45 2.冷弯型钢 冷弯型钢主要有： 槽形钢、角形钢、帽形、Z形、V形、方管、矩形管、波纹板 、瓦垄板
12、等，见图5-46。 冷弯型钢优点 冷弯型钢的生产：在冷弯成形机上进行成形，使带钢连续通 过顺序排列的3-20架冷轧机，依次成形加工，最后精轧到所 要求的形状的生产方法。见图5-47 品种多 断面经济合理 强度高 表面质量高 尺寸精确。 3.2.6 线材轧制 线材，也叫盘条，一般直径5.59mm 用途：Al、Cu线材主要用于拔制电线。钢线材用作建筑 钢筋，制成机械零件。 线材轧制用原料 断面尺寸8080mm130130mm；长度322m 重量：几十公斤-两吨半 1线材轧制特点 总延伸率大，轧制温降快，头尾温差大，轧速高（100m/s ） 机架多，分工细 具特殊孔型系统 多辊孔型系统 45轧机孔型
13、系统 (a)多辊孔型系统：三角弧边、三角-圆孔型系统 (b)45轧机孔型系统：椭-椭-圆、弧菱-弧菱-圆、 椭-圆-椭-圆、平-平-椭-圆 2线材生产工序和轧机布置 线材铸轧录象资料 3线材控制冷却线 通过轧制过程控制冷却，获得所要求的结晶组织和沿线材 全长的均匀性能，并使氧化铁皮减少1%，拔丝前酸洗周 期缩短50%。提高随后拔丝的总延伸率，减少退火次数等 。 l 1964年，加拿大斯太尔柯钢铁公司和美国摩根公司联合研制 的高速线材轧机，首次采用了线材散卷控制冷却工艺，称之 为斯太尔摩控制冷却方法。这是线材生产发展史上的重大技 术革命之一，并在世界高速线材轧机控冷线上得到了广泛的 应用。 l
14、是基于钢在冷却时组织的转变规律而设计出的一种控制冷却 工艺，是控制线材组织性能的关键工序，在线材生产中有着 广泛的应用。 l 控制冷却的实质是利用轧件轧后的轧制余热，以一定的控制 手段控制其冷却速度，从而获得所需要的组织和性能，以达 到提高产品质量的目的。 l 控制冷却工艺中要求控制的参数:主要是终轧温度、吐丝温 度、相变区冷却速度（通过调节运输机速度、风量大小及保 温时间来达到）与集卷温度等。 l 斯太尔摩控冷工艺有三种类型：（1）标准型：（2）缓慢型 ：(3)延迟型: 斯太尔摩（stelmorcooling）控制冷却方法 作业题与思考题 1. 什么是塑性加工？如何分类？主要有哪些塑性加工方法 ？列举每类加工方法的典型产品。 2. 什么是金属轧制加工？主要有哪些方法？解释板、管、 型、线材轧制的基本原理。 3. 金属材料的塑性是一成不变的吗？请解释其原理在材料 塑性加工工艺中的应用。 4. 板带材轧制时，有的采用热轧，有的采用冷轧，为什么 ？两者工艺参数、效果有何不同？
