冷轧基础知识

第二节影响轧制的主要因素一、轧件的咬入1、咬入条件为了实现轧制过程，首先必须使轧件咬入轧辊，然后才能使金属充满轧辊的间隙，进行轧制。实践证明，金属的咬入和轧制过程的建立，并不是在任何情况下都能实现的，因此有必要研究轧辊咬入轧件的条件。在轧件的咬入瞬间，每个轧辊将向轧件作用两个力。一个是垂直于轧

辊和金属相接触的法线力（径向力）N,另一个是轧辊与轧件表面相

切处的摩擦力T,力N和力T之垂直分力的方向相同，使金属产生

压缩变形，而力N和力T的水平分力则方向相反，水平分力力求将

轧件拖入轧辊之间，而水平分力则力求将轧件推出轧辊。显然，根据

此二力的作用可以看出：⑴如果＞时，则轧辊不可能将轧件咬入，轧制过程不能实现。⑵如果=时，则处于平衡状态，轧件仍然不可能被自然咬入。⑶如果V时，则轧辊可将轧件咬入。因此，如果不考虑咬入时的惯

性力，要实现咬入，必须具有以下条件：,当轧件被咬入充满辊间后，轧件与轧辊的接触面积逐渐增大，轧辊对

轧件的合压力作用点也逐渐向内移动，最大咬入角与摩擦角的关系也

随之发生变化。2、影响轧件咬入的因素⑴轧辊直径与压下量的影响：当板厚一定时，轧辊直径愈大，则咬入

1/12角愈小，愈易咬入。⑵轧件形状影响：由于轧件前端形状不同，对咬入难易有很大关系。

当轧件前端大于后端时不利于咬入，当轧件前端小于后端，特别是两

端呈尖形或船形者有利于咬入。因开始咬入瞬间，轧件与轧辊接触点

的位置与接触面的大小不同，显然，接触点愈向内移和接触面积愈大，

则愈有利于咬入。为了易于咬入，常将铸锭的前端（或后端）制成尖

楔形，圆形或椭圆形。⑶轧辊表面状态对咬入的影响轧辊表面愈粗糙（例如工作几个班之后的普通材料轧辊）摩擦系数大，有利于咬入。反之，轧辊表面光滑（如冷轧的抛光辊）轧件的咬入就困难。⑷轧制速度对咬入的影响轧制速度提高，不利于轧件咬入，轧制速度降低，则有利于轧件的咬

入。轧制速度影响咬入的原因，一方面是由于轧制速度的提高，降低

了轧辊与轧件间的摩擦系数，使咬入困难，另一方面是由于轧制速度

的提高产生了妨碍轧件咬入的惯性力。在某些轧机上，为了保持轧制过程的高生产率，但又避免由于提高轧

制速度给咬入带来的不良影响，通常采用可调节速度的轧制方式。在

咬入时期，辊速降低一称为咬入速度，当轧件咬入后，提高辊速，进

行正常轧制。二、前滑在轧制时，金属从轧辊抛出的速度比轧辊圆周的线速度大，这种现象称为前滑，前滑值可用下式表示：（V1）X100%S——前滑值V一轧辊圆周线速度V1——轧件离开轧辊的速度冷轧时，根据加工率、张力、摩擦系数等条件的不同，前滑值一般在

0—6%范围之内。1、前滑值的确定实验法中比较易行的是刻痕法，即在轧辊表面上刻痕，距离为L。，轧制后在轧件表面的压痕距离为L1,则可按以下公式示求出前滑值（L1—L。）/LoX100%，用此法测定前滑值时，不但准确而且简

单，因此被广泛采用，但其缺点是只能测定表面的滑动，不能测出金

属内部滑动，2、影响前滑的主要因素轧制过程中，影响前滑的因素很多，根据理论计算公式与许多实验证

明，影响前滑的主要因素是：压下量，轧辊直径，摩擦系数，前、后

张力，轧制速度与轧件宽度，至于轧制温度和金属种类则是以摩擦系

数的形式来影响前滑的。这些主要因素对前滑的影响如下：随着压下量、轧辊直径、摩擦系数和前张力的增加而使前滑值增加，反之随着后张力和轧制速度的增加而使前滑值的降低，前滑值也随着轧件宽度的变化而变化，但当轧件宽度达到一定限度后，再继续增加宽度时，前滑值则不发生变化。三、宽展宽展系指轧件在轧制过程中沿宽度方向上尺寸的变化，也称为横展。宽展是轧件横向变形的一种现象。表示宽展的方法有绝对宽展和相对宽展两种。绝对宽展是指轧件轧制前后宽度之差，相对宽展是指轧件轧制前后宽度之差与轧前宽度之比。四、摩擦1、摩擦在轧制过程中的实际意义在冷轧板材时，一般希望降低摩擦系数，因为在这种轧制条件下，限制轧制过程顺利进行的不是最大咬入角，而是轧机允许的最大压力。同时摩擦系数对单位压力的大小与其分布有重要影响，摩擦系数所产生的摩擦力，需要额外的功来克服它，摩擦系数的增加，使金属的变形抗力增大，即增加了变形的能量消耗。在轧制力计算时，应准确的确定沿咬入弧上摩擦系数的平均值，方能正确计算轧制力。2、不同轧制和润滑条件下的摩擦系数摩擦系数虽然如此重要，但直接测定摩擦系数是相当困难，因为摩擦系数与许多因素有关，如轧辊表面状态、润滑条件、轧制压力、轧制温度等。应当指出，在同一条件下，用不同测定方法往往得到互相矛盾的结果，所以对具体轧制条件下，在选择摩擦系数时，必须注意试验资料数据的原始条件。第三节冷轧制度的制定根据冷轧产品的性能，冷轧制度的制定应考虑以下几个方面的因素：一、第一类再结晶图第一类再结晶图是反映金属变形程度和变形后退火温度与金属再结晶晶粒大小的关系图形，在一定退火温度下，当变形程度很小时，常出现晶粒急剧长大的现象。通常把这种引起晶粒急剧长大的变形程度范围称为临界变形程度。临界变形程度的大小因金属与合金而异，在冷轧时必须考虑这一点，应使其总加工率远远超过临界变形程度，以便产品在一定温度下退火后，具有均匀而细小的晶粒组织。二、轧件的性能和方向性金属与合金在冷轧时，使晶粒形状沿最大主变形方向被拉长，拉细或压扁，在晶粒被拉长的同时，金属中的夹杂物和第二相也在被拉长或破碎，呈链状排列，这种组织称为纤维组织。冷轧过程中，当达到一定的变形程度以后，由于在晶粒内的晶格取向发生了转动，使其特定的晶面和晶向趋于排成一定方向，从而使原来位向紊乱的晶粒出现有序的变化，并有严格的位向关系，金属所形成的这种组织结构称为变形织构。纤维组织和变形织构的产生导致了金属的各向异性。在冷轧过程中，各向异性随着变形程度的增加而趋于明显，通常冷轧总加工率达到50%—60%以上时才出现明显的变形织构。如已形成明显变形织构的材料，经再结晶退火后变成另一织构即再结晶织构。这种织构对以后成型加工，例如拉伸成型、深冲成型等不利的。这种材料具有各向异性，它在深冲时，有的方向延伸较多而形成凸起，有的方向延伸较少而形成凹下，甚至破裂。凸起或凹下部分成对称分布，形成“制耳”。凸起部分与轧制方向可能呈0°或90°和45°角，通常分别称为0°或90°和45°制耳。冷轧总加工率达90%的工业纯铝板，深冲时制耳率为5—6%，出现45°制耳，若增加中间退火，则深冲制耳率可降低到1—3%，为了减少制耳（一般要求小于3—4%），冷轧总加工率不宜过大，最好控制在50%左右。各向异性影响了某些产品的加工性能和产品质量，实际生产中应尽量避免或减轻产品的各向异性，均匀化退火是消除各向异性的有效措施，此外，对于某些特殊的产品，可以采取控制加工率，提高含铁量等措施进一步减少各向异性。三、道次加工率和总道次加工率的确定在冷轧过程中轧件发生冷作硬化，因而塑性下降。冷变形程度达45—55%以后，纯铝与几乎所有的铝合金的伸长率都大致相同，约为3—6%。但它们能够继续进行冷轧的能力却不一样。因此伸长率不能作为制定轧制制度的依据，而出现裂边时的变形量大小才可做为这种标准，如果每个道次压下量都能保持在不能引起裂边的大小，那么总的变形量可以达到很大的数值（轧制硬铝合金可达90—92%，轧制软铝合金时达95%以上），但是小的道次变形量将使轧件表面质量与轧出质量变坏，并由于增加道次数而大大降低冷轧机的生产率。良好的边部状态是获得优质轧件的基本条件之一。冷轧时，为防止裂边，规定一定总变形量后要进行中间退火。对某些铝合金必须达到一定的总变形量，否则，就是退火制品，产品的机械性能也难以保证。道次加工率在合金塑性范围内，并能获得良好表面6/12质量和轧出质量情况下，应尽量较大，以减少轧制道次，提高轧机的生产效率，但道次加工率的大小要考虑设备条件，主要是受到最大轧制力的限制，如果轧制力过大，易产生断辊事故，各道次的加工率曲线应平滑上升。在分配道次加工率时，要考虑轧机性能，工艺润滑和冷却条件、张力、原始辊型和操作水平。当有特殊要求时，如厚度偏差要求更严格，表面质量要求很高的产品，应选取较小的道次加工率，在轧制0.3—0.5毫米薄板时，为防止断带，要精心控制道次加工率，有意识地使轧件边部产生可切掉的边部小波浪。四、轧制速度随着轧制技术的发展，轧机的轧制速度不断提高。轧制速度提高，即缩短辅助时间，因而得到高的生产效率。采用高速轧制时要解决一系列问题，其中主要有：1、必须具有可控制而且有效的冷却系统。在高速轧制过程中，它能有效地降低轧辊与轧件的温度，避免轧辊温度过高而产生粘铝。2、工艺润滑剂的各种性能应能满足高速轧制时的要求。例如粘温特性，润滑性能等都应符合高速轧制要求。3、高速轧制要求有相应的自动控制系统。例如，快速而准确的停车和断带的自动保护装置等。4、能够准确、与时测量并控制厚度。如摩擦系数与轧制速度的关系所述，随着轧制速度的增加，摩擦系数降低，反映在带材厚度上，轧制速度提高，则带材厚度减薄。因此在轧机升速，减速或其它速度变化时，应能够自动调节辊缝，使带材纵向厚度均一。冷轧生产第一节板型控制现代化的冷轧机，装有板型仪，它通过微型电子计算机把液压弯辊，轧制力，冷却剂以与张力等联接起来形成闭环，实现板型自动控制系统，即依靠板型仪发出信号，通过微型电子计算机来实现自动控制板型。一、轧辊的选择1、轧辊的表面状态冷轧工作辊表面应无缺陷，光洁度符合要求。表面坚硬，中心韧软，并且使用寿命长。工作辊一般为合金钢经锻造制成，辊身硬度要求在肖氏95—100°以上。辊颈硬度为肖氏45—50°以上。支持辊的硬度应低于工作辊。避免磨伤工作辊表面。支持辊硬度一般为肖氏60—65°其辊颈为肖氏42°。支持辊一般半年更换并重磨一次。由于轧制时产生很大的接触应力和频繁的交变应力，使用一段时间之后支持辊发生疲劳。其表面则出现剥落，当剥落不大时，经过清理有的还可继续使用。有的轧机当发现剥落时，不管面积大小，深度多少，都必须换辊，磨削掉剥落部分之后方可重新使用。为防止表面剥落现象，支持辊使用一定时间（一般半年）后，应进行回火恢复处理。冷轧的辊型因受压力和变形热的影响而发生变化，轧辊因受轧制力而弯曲的辊型（简称压力辊型），轧辊因受热不均匀而产生不均匀膨胀，即中部比边部膨胀大（简称温度辊型）。为了补偿因压力和温度所引起辊型的变化，轧辊予先要磨成一定的弧度，一般称为轧辊的辊型。对冷轧机来说，压力辊型是主要的，因此通常冷轧机的轧辊辊型所选择的弧度为凸度。凸度的大小与轧制压下量，轧件的屈服强度和宽度，轧辊的受热条件，轧件和轧辊的材质以与轧制时的张力，润滑剂性能等许多因素有关。轧辊应在专用轧辊磨床上进行磨削，磨削的目的是清除轧辊表面的凹陷，撞伤，划伤，粘铝等缺陷,获得所需要的辊型和粗糙度。磨削后的轧辊辊型，凸度最大处应在辊身长度中心点上，并逐渐圆滑地向两侧对称过渡。3、辊型的配置方法辊型的配置方法是指某轧机所需的冷轧辊型或轧辊凸度如何向各个轧辊上分配的问题,是平均分配在上、下工作辊上或是只磨在上辊或下辊上。辊型的配置应考虑轧辊研磨，辊型调整是否简易等条件，在保证产品质量的前提下，根据具体情况来确定，通常配置方法是：⑴二重冷轧机，多数采用上、下辊均带有凸度的配置方法，只有极少数仅上辊有凸度下辊为圆柱形的辊型。⑵四重冷轧机，大多数是工作辊有凸度，支持辊为圆柱形，如总凸度不大时，则仅上工作辊有凸度，下工作辊为圆柱形。如凸度较大，则把总凸度平均分配在上、下工作辊上。二、辊型的控制带式轧制法，在轧制过程中，由于轧制压力和金属的变形热等一些轧制因素的波动，引起辊型发生较大变化，使带板产生厚度不均或出现波浪，这些波浪有时出现在中部，有时出现在边部。出现波浪说明辊型已经发生变化，引起带板在宽度方向上的压力分布不均，波浪的出现对轧制不利，过大时可能成为最终废品或在轧制过程中产生断带，为获得良好轧出状态的带板和有利于继续正常轧制，需要与时对板型进行控制。1、辊型控制的一般方法在轧制速度较低时板带出现波浪应根据波浪的大小和位置通过调整喷淋、弯辊、张力、压下量和速度等因素而消除之。板型控制的一般措施如下：控制因素波浪出现的部位轧制油加大边部或减少中部喷淋减少边部或加大中部喷淋张力适当增加张力适当减小张力压下量适当减小压下量适当增加压下量轧制速度适当提高轧制速度适当降低轧制速度10/122、利用液压弯辊装置控制板型轧制过程中出现波浪，无论在带板边部或中部，都不利于继续轧制，虽然上述消除波浪的一般措施有一定调节能力，但调节速度太慢，调节的范围较小，例如张力，如调节范围过大易使带板拉裂造成断带。近年来，在支撑辊和工作辊轴承箱上，装设液压装置，用液压缸迫使支撑辊或工作辊发生弯曲的办法来控制所需的辊型。这种调整方法称为液压弯辊法。轧制过程中尤其是高速轧制过程中一旦出现波浪，能迅速而有效的消除，可明显地改善产品的平整度，其控制方法是：当带板边部出现波浪时，增大P力或减少Q力使轧辊凸度增加，这种类型的弯辊叫做正弯，当带板中部出现波浪时增大Q力或减少P力使轧辊凸度减少，这种类型的弯辊叫做负弯。3、辊型的自动控制现代化的冷轧机，装有板型仪，它通过微型电子计算机把液压弯辊、轧辊倾斜、轧制力、冷却剂以与张力等联结起来形成闭环，实现板型自动控制系统，即依靠板型仪发出信号，通过电子计算机来实现自动控制板型。三、张力控制近代轧制带材的轧机一般都设有较强大的前