工艺技术_冷轧工艺技术

1 冷轧工艺技术 1 冷轧的特点 1 轧制温度低 在轧制过程中将产生不同程度的加工硬化 有时需要多个轧程 冷轧时 尤其是轧较硬较薄的带钢时 如何减小轧制力是一个需要解决的问题 办法一是采用多辊轧机 减小工作辊直径 并采用大张力轧制 二是在冷轧中途进行中间软化退火 在每两次软化退火之间完成的冷轧过程叫一个轧程 带钢钢质越硬 成品越薄 所需轧程越多 当然 我们希望在一个轧程完成整个冷轧过程 以免进行中间软化退火 2 采用大张力轧制 冷轧中张力的作用主要是 防止带钢在轧制过程中跑偏 即保证 2 正确对中轧制 使带钢保持平直 改善板形 减轻轧件三向受压的应力状态 降低变形抗力 进而降低轧制力 减小轧辊弹性压扁 以利于轧制更薄的产品 适当调整各架主电机负荷 跑偏将破坏正常板形 轧后轧件出现楔形横断面和镰刀弯 而且一旦出现轧件偏向辊缝一侧轧制 则轧件有继续向这边偏移的趋势 如不加以控制 就不能保证稳定的轧制过程 甚至引起操作事故 设备事故 造成跑偏的根本原因是轧制中轧件的纵向 即轧件长度方向 延伸沿横向 即轧件宽度方向 不均匀分布 轧件总是向延伸小的一侧偏移 而引起延伸不均匀的因素有多种 比如咬入时喂钢不对中辊缝 轧件沿横向温度分布不均匀或组织性能分布不均匀 轧前辊缝未调平行 来料楔形等 因此跑偏是轧制操作中一个容易发生的问题 防止跑偏的方法有 1 控制轧机操作变量 如压下量 使工作辊缝 或称负荷辊缝 为轧钢时辊缝 为对称的凸形 即中间缝隙大 两边缝隙小 在这样的辊缝中轧制时 轧辊对轧件的作用力沿水平方向的分量迫使轧件自动定位于辊缝中心 2 采用侧导板夹持轧件 3 采用轧件对中控制 4 采用大张力轧制 3 3 工艺润滑 为保证轧后带钢有高的表面质量和板形 除采用高质量轧辊外 还要采用工艺润滑和冷却 工艺润滑主要作用是减小金属的变形抗力 同时也有降低轧件的变形热 冷却轧辊及改善板形的作用 在冷轧过程中 由于金属的变形及金属与轧辊的摩擦产生的变形热及摩擦热 使轧辊及轧件产生较大的温升 而辊面温度过高会引起工作辊淬火层硬度下降 并有可能促使淬火层内残余奥氏体发生分解 使辊面出现附加组织应力 同时辊面温度过高也会使冷轧工艺润滑剂失效 使润滑剂的油膜破裂 使轧制过程不能正常进行 此外 在冷轧中 轧件温度过高会使带钢产生浪形 造成板形不良 一般带钢的正常轧制温度希望控制在90 130 但在实际生产中带钢的温度容易高于200 出现这种情况时应停轧 工艺润滑剂有轧制油和乳化液两大类 润滑剂的选用与轧制品种 规格及轧机形式有关 一般冷轧时使用兼有润滑和冷却两种功能的乳化液 通过冷却和过滤可以循环使用 到一定时间进行更换 此外 为了控制带钢局部凸起等板形缺陷 宽带轧机采用在辊身长度方向多段冷却和各段冷却液流量单独可调方式 以便在不同段 喷射不同量的乳化液进行辊身凸度调节 4 2 冷轧对金属材料组织和性能的影响 2 1晶粒形态的变化 1 铁素体晶粒形态的变化 晶粒被拉长或者压扁 晶粒被拉长或者压扁成为细条状组织和纤维组织 晶粒破碎成亚晶粒 等轴晶粒 未变形原始晶粒 轻微变形的滑移线 拉长或压扁的晶粒 细条状组织和纤维组织 5 2 2晶体微观缺陷的变化 塑性变形 原子排列发生畸变 晶格扭曲 晶体缺陷增多 择优取向 织构 2 渗碳体对碳钢变形的影响 阻碍铁素体的变形 数量 尺寸 形态 渗碳体含量增加 阻碍作用增大 层片越细 阻碍作用增大 片状的比球状的阻碍作用大 网状的比片状的更大 阻碍变形 取决于 空位 位错 晶界 亚晶界 各晶粒内原子排列位向趋于一致 6 2 3金属材料性能的变化 物理 化学性能 电阻增加 抗腐蚀能力降低 力学性能 强度 硬度升高 塑性 韧性下降 2 4残余应力 加工硬化 金属性能 经过塑性变形 残余压应力和残余拉应力 由于材料内部各部分变形不均匀变形造成的 7 2 5织构对材料性能的影响 各晶粒内原子排列位向趋于一致 称为织构或者择优取向 导致金属材料出现各向异性 有利的影响 变压器铁心硅钢片的导磁性能沿扎制方向显著提高 提高变压器的效率 不利的影响 在深冲杯形工件时 容易出现制耳现象 导致杯口边沿不齐 造成废品 8 2 6残余应力的影响 由于材料内部各部分变形不均匀变形造成的 不利的影响 导致工件尺寸不稳定抵抗腐蚀能力降低 解决方法 去应力退火 有利的影响 提高材料的疲劳强度 产生残余压应力的方法 喷丸滚压 限于表层残余压应力 9 3 冷轧轧制压力计算 影响轧件对轧辊总压力的因素3 1总压力计算公式的一般形式F 轧件与轧辊的接触面积 平均单位压力 可由下式决定 因此 计算轧制力在于解决两个基本参数 计算轧件与轧辊间的接触面积计算平均单位压力 10 3 2影响平均单位压力的因素 影响轧件机械性能的因素影响轧件应力状态特性的因素影响轧件机械性能 简单拉 压条件下的实际变形抗力 的因素有金属的本性温度变形程度和变形速度 可写成下式 式中 考虑温度 变形程度和变形速度对轧件机械性能影响的系数及普通静态机械实验条件下的金属屈服极限 11 影响轧件应力状态特性的因素 有外摩擦力外端及张力等可写成下式 考虑轧件宽度影响的应力状态系数 外摩擦影响的系数 外端影响的系数 张力影响的系数 根据以上所述轧制平均单位压力可用下列公式的一般形式表示 表明确定轧辊的总压力 需求接触面积 应力状态系数及变形抗力 12 3 3金属实际变形抗力 的确定 变形抗力取决于屈服极限 轧制温度 速度和变形程度的影响 下面分别予以简单的讨论 1 金属及合金屈服极限 s的影响通常用屈服极限 s来反映金属及合金本性对实际变形抗力的影响 在选取 s时 一般最好用压缩时的屈服极限 因它与轧制变形较接近 当在静态机械性能实验中很难测出 s 可用 02 来代替 近年来由于热变形模拟试验机的出现 为各种状态下的 s测定提供了有利条件 13 2 冷轧及热轧金属实际变形抗力的确定方法 冷轧金属实际变形抗力的确定冷轧时温度和变形速度对金属变形抗力的影响不大 nT 1 nu 1n 影响大 在变形区内各断面处变形程度不等 通常根据加工硬化曲线取本道次平均变形量所对应的变形抗力值 本道次轧前的预变形量 本道次轧前的预变形量 冷轧前轧件的厚度 H 本道次轧前轧件的厚度 h 本道次轧后轧件的厚度 14 3 4斯通平均单位压力公式 上式经积分后 得出斯通平均单位压力公式 考虑弹性压扁的变形区长度 前后单位张力的平均值 15 斯通平均单位压力公式计算图表 利用弹性压扁接触弧长公式经数学变换 可得下式 按上式可作出图表 根据具体轧制条件计算出y z 值 两