材料工程基础：3-2 轧制

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。变形区 轧件在轧辊作用下产生变形的区域。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-轧辊半径 咬入角 L变形区长度

2、，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何条件的内在联系，计算得中性角 - 中性角 - 咬入角 -

3、 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 - 轧件作用力方向与出口区间的夹角 - 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：作用力方向与出口区间的夹角为，轧件端部

4、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5-25p 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

5、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 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。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5-304. 按轧制产品成形特点分类 板带材轧制 管材轧制型材轧制线材轧制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

6、. 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 1.288m

7、m 原料：连铸板坯、初轧板坯。 轧制工艺：工艺基本与中厚板相同，但要限制展宽。 轧制钢种 4. 冷带钢轧制 (1) 概要 冷轧带钢和薄板 轧制原料：以热轧带钢或钢板为原料，常温轧制 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 机械性能好使用轧机：单机架可逆式、连续式。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 3.2.4 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

8、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、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

9、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。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. 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

10、得到广泛应用。 1. 热轧型钢 型钢分类 热轧型钢 冷弯型钢型钢的轧制方法 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

11、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5-452. 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轧机孔型系统多辊孔型系统：三角弧边、三角-圆孔型系统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 线材生产新技术。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