轧钢基础知识

第一节轧钢基础知识

一、轧制原理

1.冷轧塑性变形基本参数

冷连轧的主要工艺参数为轧制力和前滑，由于冷轧过程中存在下述特殊现象而使轧制力

及前滑的计算公式复杂化。

（1）轧制过程中材料加工硬化现象严重，如果确定各种材料退火状态下的变形阻力以及

随累计加工率而硬化的增加率将是精确确定轧制力的一个重要课题。

（2）在一定的工艺润滑下如何确定轧辑与轧件在变形区接触面上的摩擦力（摩擦系数）

将是精确确定轧制力和前滑的另一个重要课题。

（3）冷轧过程前后张力较大，有关张力对轧制力及前滑的影响应给予足够重视。

（4）冷轧时变形区单位压力极高，轧辐将产生明显的弹性压扁，轧辐压扁一方面增加了

轧辑与轧件的接触面积，同时又将使接触弧加长，加剧了外摩擦对轧制力的影响，并通过改

变中性角而影响到前滑。

（5）轧件在出口处的弹性恢复，对于压下量不太大的道次将不容忽视，这亦将影响总的

轧制力值。

所有这•切现象都将使冷连轧的轧制力和前滑公式复杂化。

1.1轧制变形区及其参数

1.1.1基本参数

变形区是轧件在轧制过程中直接与轧辑相接触而发生变形的那个区域，如图1-1所

示。其基本参数为：D为轧辑直径，mm;R为轧辑半径，mm;ho为轧制前轧件之高度（或称

厚度），mm；%为轧制后轧件之高度（或称厚度），mm;%为轧件的平均高度，

（h+hl）

hm=°,mm；Ah为压下量（或称绝对压下量），mm;b。为轧制前轧件的

2

宽度，m;bl为轧制后轧件的宽度，m；△b=bl-bo为轧制前轧件之长度，m;L为轧制后轧件

之长度,m;a为咬入角（变形区所对应的轧辑中心角）；cosa=l-△h/D;r为中性角；AB为咬

入弧或1触弧;Lc为咬入角（接触弧）水平投影的长度，

Lc=mmo

1.1.2变形系数

轧制时轧件塑性变形，使轧件尺寸在三个方向上都发生了变化，即：

轧制之高度由ho减少到hi,比值hMho=n为轧件高度方向上的变形，n叫做压下系数。

图卜1变形区基本参数

轧件之宽度bo增加到bi,比值bi/bo=x为轧机宽度方向上的变形，X叫做宽度系数。冷

轧带钢宽度极小，一般假设宽度系数等于1。

轧件之长度山L。增加到L,比值L/Lo=A为轧件长度方向上的变形，入叫做延伸系数。

一般认为轧件在轧制前后体积不变，既体积不变定律。

三个变形系数之间的关系，可根据轧制前后轧件的体积不变定律推得。

即hoboLo=h)biLi

或

所以n♦x•入=1

对冷轧带钢亦可写成n•入=1

1.1.3绝对和相对压下量

轧制时一般以绝对压下量表示轧件高度方向的变形，其值为

△h=ho-h|

绝对压下量与轧件原始高度之比值称相对压下量(或称变形程度)，用符合C表示。

e=Ah/ho

一般用百分数表示，即

e=[(h<rhi)/ho]X100%,

当无宽展时，则

e=(ho-hi)/ho=l-(hi/ho)=1-(1/X)

或X=1/1-e

在大变形量情况下往往采用真正变形程度e表示，即

积分后得

e=ln=ln

1.1.4变形速度

相对变形(变形程度)对时间的导数，即单位时间内的变形量称

变形速度。变形速度一般用U表示。

由于de=

所以x=

为线压缩速度，所以变形速度也可以用下式表示

P

x=

式中hx------变形物体的瞬时高度，mm

VO——轧短线速度，mm/s

在轧制时，接触弧区间内，变形速度是变化的。轧制时变形区中离轧较连线为x的任意断面

的速度如下图所示。

其平均变形

图1-2

um=

积分后得

1.1.5轧制时的前滑

由于在变形区内被轧金属遵守体积不变定律，因此在变形区中随着厚度的变小，金属移

动速度将逐步加快，如假设轧制无宽展，并且轧件均匀变形，其速度变化如上图所示。考虑

到轧幅上各点的水平分速度从入口点到出口点的变化仅为cos到，而由于

式中-一一入口（水平）速度，m/s

--出口速度，m/s

因此-要比小。由此可知，在变形区中必定有一断面，其轧件的水平速度和该点轧

辑水平速度相等，此断面称为中性面，轧辐上的该点称为中心点，中性点和轧辑中心的连线

与轧辑连心线间的夹角称为中性角。

中性面至出口断面区域内各断面的水平速度将比轧辐在该处的水平速度要高，因此称

为前滑区。中性面和入口断面区域则是轧辑水平速度比轧件水平速度高，称为后滑区。

对于连轧过程来说，为了保持轧件同时在几个机架中进行轧制，必须使各机架速度协

调，因此需要列出前滑计算公式。轧制时前滑定义为

f=*100%

式中f-—前滑

v——轧件出口速度,m/s

---轧辐线速度,m/s

因此v=(1+f)

vhl=

所以

由于

因此前滑为

f==

式中D——轧辐直径，mm;

-—中性角。

由于较小，可假设

cos11-cos=2sin-22()2=

因此可写成

f=

从上面几个公式可以看一到，影响前滑的因素很多，例如轧件厚度、轧件宽度、压下量、摩擦

系数、张力等。所有这些因素对前滑的影响都是通过中性角的改变来体现，可以说，凡是促

使角(即前滑区)增大的因素，皆使前滑增加，例如前滑随压下量、摩擦系数以及前张力

增大而增大，宽展增加，使前滑下降等。

1.1.6轧制时应力状态

在轧制过程中，金属在轧辐间承受轧制力的作用而发生塑性变形。山于金属塑性变形时

体积不变，因此变形区的金属在垂直方向受到压缩时将在轧制方向产生延伸，在横向产生宽

展。而延伸和宽度受到接触面上摩擦力的限制，在变形区中金属呈三面压应力状态。

在整个变形区内部，各点的应力状态分布是不均匀的。一般，当有前后张力轧制时，在

变形区中部的金属呈三向压应力状态，在靠近入口和出口端，由于张力的作用，金属呈一向

拉应力，两向压应力状态，如图1-3所示。

图1-3变形区应力状态

变形区内应力状态的形成，主要是由于接触弧上单位压力和摩擦力的影响。造成应力状

态分布不均匀的现象，受许多因素影响。

在一定的应力状态下，金属是否产生塑性变形，要用塑性方程式来判别。

1.1.7冷轧轧制公式

冷轧带钢轧制力计算和热轧带钢轧制力计算相比有以下几点：

（1）轧件儿何形状更接近推导理论公式时所做的假设，即宽度比厚度大的多，宽展很小,

可以认为是平面变形问题。轧件厚度小，可认为平截面假设和前滑摩擦理论较符合实际，轧

件内部不均匀变形可以忽略，因此从这一点看，根据变形区力的平衡推导出的微分方程式比

较接近冷轧实际。

(2)冷轧时一般需采用润滑剂，这是由于冷轧时轧辐和轧件接触面上摩擦力对轧制力等

工艺参数的影响较大，采用不同的润滑剂及轧制条件不同时(如轧制速度、轧件和轧辐的材

料及表面状态等)摩擦系数不同，这就给轧制力理论计算带来很大困难。如何正确确定摩擦

系数大小，这是各理论公式不易精确的一个主要原因。但应看到在一定的设备和稳定的生产

条件下，上述那些影响因素的变化不是很大，因此结合具体情况，通过现场实测统计，找出

合适的计算公式(或找出理论公式中某些系数)是完全可能的。

(3)冷轧带钢的一个重要条件是采用较大的前后张力，带钢越薄张力的作用越大。张力

可减少轧制力，有利于冷轧的进行，且当板形不好时，通过横断面上张力分配的作用，可在

一定程度上自动改善板形，因此大张力轧制亦是为了获得平直板形所必须的，总之计算冷轧

带钢轧制力时，必须考虑前后张力的影响。

(4)冷轧时山于带钢越薄越硬，因此接触面中单位压力较大，使轧辑在接触弧处产生压

扁现象，因此加长了接触弧的实际长度，所以冷轧薄板时，轧辑的压扁现象不容忽略，在计

算轧制力时必须加以考虑。

(5)轧件材料的变形阻力由于有加工硬化的影响，故各道次的变形阻力往往和前面各道次

的加工率有关，而且对于本道次来说，它也是沿着接触弧变化的，出口处比入口处要硬，计

算时应取其平均值，一般按平均累计压下率来计算平均变形阻力。

考虑上述各点，冷轧轧制压力公式，一般采取下列形式

式中p----轧制力,KN

-一轧件平均宽度,m;

--考虑压扁后的变形区接触面积和接触弧长,mm;

R'=R(l+2.2*105)

R----轧辑半径,mm;

R'-----压扁后轧较半径,mm;

平均单位压力，Mpa；

Qp——考虑压扁后的外摩擦应力状态系数；

——张力影响系数；

K——考虑宽度方向主应力影响系数后的变形阻力，宽展很小时，一般取K=

1.15,Mpa;

——考虑加工硬化（累积）的材料变形阻力，Mpa

山此可知轧制力公式由三部分组成；

i接触面积-----几何因素

ii变形阻力K=L15-----物理因素。

iii应力状态系数Qp及张力影响系数——力学因素。

其中Qp为公式的核心。Qp以及目前常用的有多种结构的公式，著名的理论公式有采利

柯夫、Blang-Ford公式及STONE公式等。下面简要介绍Blang-Ford公式

Blang-Ford冷轧轧制公式在西方比较流行，它在理论上较为严谨，公式全面考虑了外摩擦、

张力、轧辑弹性压扁等因素，是冷轧轧制力经典理论公式之一。

Blang-Ford公式的基本假设为：

i轧辑弹性压扁后接触弧仍保持圆弧形，但其轧短半径变为R'

ii宽展可以忽略。

出服从平截面假设。

iv服从干摩擦理论，且摩擦系数在变形区内为常数。

v变形区内K将随加工硬化而变，但为了简化公式设K为系数经计算后证明这样处理带来的

误差小于2%。

vi遵守塑性方程，在平截面上作用的主应力（径向单位压力p近似等于垂直主应力）。

vii由于很小，因此sin,cos1,1-cos

经理论推导得

P=B

2、弹塑性曲线

在轧制过程中轧件和轧辑相互作用，轧件受轧辐作用产生塑性变形（当然也伴有微小的

弹性变形），而工具受轧件的作用产生弹性变形。

图1-4

厚H的轧件经过轧车昆压下A卜，但由于轧辑弹性变形使轧件减少压下Ah”同时轧件出

轧车昆后，由于弹性变形恢复又使轧件减少压下Ahz,结果最后轧件实际压下为：

△h=△hs-（△hi+△hz）

由上式可知，当

AhE=Ahi+Ah2

时，轧件通过轧辐将不产生压下,这在轧制上叫最小可轧厚度（最小可轧厚度有不同的定义）。

轧件的塑性变形和轧辐的弹性变形是一个问题的两个方面。在技术上要求轧件应尽可能

产生大的塑性变形，工具应产生尽可能小的弹性变形，然而轧件塑性变形愈大，压力愈大，

则工具的弹性变形愈大，因而产生的矛盾，随之出现一系列生产实践问题，诸如：

轧件不能无限地轧到最薄：

轧件尺寸除取决于轧缝外，尚决定于工具（以及工件）的弹性变形，而这个弹性变形又

是压力等的复合函数，这给工艺调整、自动控制带来极大的困难。

因此进行分析是十分必要的。首先我们从对轧制弹塑曲线的考察开始。

所谓轧制弹塑曲线是轧机的弹性变形曲线与轧件的塑性变形曲线的总称。

2.1轧件的塑性曲线

如图1-5所示，纵坐标表示轧制力，横坐标表示轧件厚度，所构成P-H曲线，叫做塑性

曲线。用这条曲线，不同轧制因素的影响都可以比较清楚的被放映出来。如图b,金属的变

形抗力较大（摩擦系数较大，或张力大，或推力大，等等）的曲线较陡，在同样轧制力下，

所造成的轧件的厚度要厚一些（h2>hO。

图「5轧件塑性曲线

a——塑性曲线；b——各因素的影响

图1-5表示轧件原始厚度的影响。轧件愈薄，则压下愈小，曲线也愈陡。当轧件原始厚

度薄到一定厚度时，曲线近乎垂直。此时，无论施以多大的轧制力，也不能使轧件变薄，也

就是达到“最小可轧厚度”的临界条件了。

至于其他因素的影响，都可用类似的曲线表示出来，我们就不一一举例了。

2.2轧机弹性曲线

在轧制力作用下，轧机各部件都要产生弹性变形，轧机弹性曲线。在最初有一弯曲阶段,

过后则可近似视为直线，在这种情况下，曲线的斜率对已知轧机来说则为常数，而这个斜率

则称为轧机的刚性系数k,它的物理意义是：使轧机产生单位弹性变形所需施加的负载量

(t/mm),因此，对某一轧机其刚性系数可通过弹性曲线求其斜率来计算出来。曲线下部的

弯曲段是由于缝隙、装配表面不平以及公差存在造成的。由于弯曲段的存在，所给直线已不

相交于坐标原点，而在横坐标上相交于S。处，此时轧机变形为So+P/k。再进一步分析，如

果把轧机的轧缝也考虑进去，设原始轧缝为S,那么曲线将不由0开始，。由此曲线可直接

读出在一定短缝和一定负荷下，所轧出的轧件厚度之值，即

图1-6轧件厚度影响

卜.式把轧件、工具以及轧制过程联系起来，使它具有物理内容。轧机刚度系数很容易实测得

到。也可以用理论方法计算。

轧机弹性变形

图1-7轧机弹性曲线

2.3弹塑曲线

下面再把弹性曲线和塑性曲线结合起来做进一步讨论。

把弹性曲线和塑性曲线绘在同•图.匕可使我们得出•些明确的概念，下面举例来说明。

图『8轧件尺寸在弹性曲线上的表示

已知轧机和轧件的弹塑曲线（实线），在一定负荷P下将厚度H的轧件轧制为厚度h。

但由于某些原因，例如：润滑系统发生故障，致使摩擦系数增加，此时塑性曲线如虚线所示,

如果轧缝未变，由于压力的改变将出现新的平衡点，此时负荷增大到P',而轧件最终厚度

增加到h,因此摩擦系数升高而使压力增加、压下量减小。如果希望仍得到规定的产品厚

度h,就应当调整压下，使弹性曲线平行左移至虚线处，与塑性曲线相交于新的平衡点，此

时轧制力将增至P'。这样，弹塑曲线把摩擦系数影响轧制过程以及产品精度的情况清晰地

表示出来。

同理，任何轧制因素都可以用弹塑曲线反映出来。

轧件轧至厚度h,需轧制力P（A点），如以压下来使产品厚度改变6h,则压下一个6

s距离时，弹塑交于B点，轧制力增加了6P。在微量情况下，如果把曲线段AB近似地看成

直线并设其斜率为M,则

6P/5h=M

图1-9,摩擦系数对产品尺寸的影响

从图中可知：

8s=6P/K+8h

由上式代入得：8S=M•6h/K+6h(2-218)

或者

8s/8h=M/K+l

及

8h/8S=K/(K+M)

3h/6s比值叫做辐缝传递函数，并以G®表示。它的物理意义为对变化轧件压下厚度所需

调整压下的距离。如

G(h)=8h/6s=l/5

它表明压下调整距离应为变更厚度的五倍。

图1-10辑缝传递函数

每一个轧钢调整工都知道，对于厚而软的轧件，压下移动较少就可调整尺寸偏差。另一

方面，如轧制薄而硬的轧件，则调整压下至相当的量才能校正尺寸偏差。当到一定值时，压

下螺丝如何调整，轧件也不能再压下。

图1T1为不同刚度轧机的轧制情况，在刚度较小的轧机上（图a）,如果来料厚度有

一个6H的变化，那么产品厚度就相应的有一个6h的变化，而当轧机刚度较大时，如果也

有相同的来料厚度变化6H的变化，但是产品厚度变化却比第一种情况小得多。从这里就可

以

看出低刚度轧机的严重缺点。而当轧制参数稍有波动，立刻就会在成品尺寸上反映出来，不

仅造成压下距离调整要大，而且还增加了调整频率。

ab

图1-11轧制软硬不同金属的情况

a—厚软金属;b■—薄硬金属

p

图1-12不同刚度轧机的轧制情况

a一轧机刚性小；b一轧机刚性大

2.4弹塑性曲线的实际意义

轧制时的弹塑性曲线也图解的方式，直观的表达了轧制过程的内在矛盾，因此它获得

了广泛的应用。

通过弹塑曲线可以分析轧制过程中造成厚差的原因，通过弹塑曲线可以说明轧机的调

整原则。当出现厚差时，最常用的调整方法是移动压下以改变短缝消除厚差（由（1）移至

（2））o但在连轧机上还可用改变张力（或速度）的方法来消除厚差（由2移至3）。此

外，利用弹塑曲线还可探索新的调整方式，如可以通过改变刚度即曲线斜率的方法（由（1）

移至（3））来消除厚差。新式的液压变刚度轧机就是在这种指导思想下设计的。

图1-13轧机调整原则图示

1)弹塑曲线为厚度自动控制提供了理论基础。例如，如能测定S和P,则可设计h,

如果此h值与目标值h*不符，则可调整，改变S和P,直到达到所要求的厚度

为止。这就是自动厚控的基本原理。

3、乳液

在冷轧生产中，润滑和冷却是一个极其重要的组成部分，对轧制的顺利进行和产品质

量有直接影响，作为既提供润滑又提供冷却的乳化液系统就具有极其重要的地位，而且轧制

油的消耗对我们的生产成本也有直接影响，这就要求很好的使用和维护乳化液系统使其正常

运行，在此基础，对乳化液系统进行开发，为生产发展创造出更为有利的前提条件。

3.1轧制油的种类和成分

轧制油的主要组成有基础油、乳化剂、极压剂、防锈剂、消泡剂等。工艺润滑使用的

轧制油种类很多，概括起来可分为矿物油，动植物油和合成油。矿物油由基础油和添加剂调

制成。基础油是经过石油中的烷羟，环烷羟。芳香羟裂解蒸镭炼制的。动植物油是由动物脂

肪和植物种子炼制的，常温下固体为脂肪，液体为油。各种饱和脂肪酸，不饱和脂肪酸与甘

油化合物形成不同的油脂，并含有多种添加剂。合成油是醇和各种合成脂肪酸聚脂得到的，

并加入添加剂，脂肪酸链长度和结构不同，合成油的性能也不同。

3.2乳化液的功用和指标

乳化液是轧制油分散于水中所形成的一种相对稳定的体系。

根据在轧钢过程中的作用，乳化液的功能可以分为三大类：

润滑

冷却

清洗

各指标意义如下所述.

外观

表示各组份的互溶能力及均•性，主要控制某些极性较大的添加剂在油品中

充分溶解。以免油品经过桶装或油槽储存后不溶物发生沉淀，性能不发生变

化。好的油品在倾点以上时，强光下应澄清透明。

与其它指标关系：

外观是指倾点以上结果，不是指高温加热后的外观（某些油品在正常状态下

不透明，需要加热才能透明）

注：倾点指在标准规定的冷却条件下(GB/T3535——83)冷却时，能够流动

的最低温度。

皂化值

是指皂化1克油品所需氢氧化钾的毫克数，单位为mgKOH/g。被皂化的物质主

要是油脂、合成脂等脂类化合物既有机酸。产品中可皂化油脂/酯以及在pH>10

(水和有机醇溶剂中)时，可以与碱发生中和反应的所有有机酸及极性添加

剂。一般情况下，皂化值中油脂/酯占总值的80-95%。它的高低代表轧制油的

润滑性能的好坏，皂化值越高，轧制油的润滑性能好，但轧后退火板面清洗

性也随之变差。

与其它指标关系：

皂化值包括酸值。

皂化值部分反映轧制油的润滑能力。

皂化值会增加产品的极性，会有利于提高产品的离水展着性。

酸值

是表征油品中有机酸中含量多少的指标。中和1克油品中有机酸所需氢氧化

钾的毫克数称为酸值，单位为mgKOH/g。酸值的高低反映油品生产的精制程度，

精制程度越高其酸值越低。产品在有机醇溶剂中，充分溶解时，并可与滴定

剂互溶的情况下，在pH>10或酚战指标剂中，可以与碱发生中和反应的所有

有机酸及极性添加剂。

与其它指标关系：

酸值在皂化值测试时体现为皂化值数据。

另外，一般情况下，酸值越高，乳化液P1【值越低。但由于酸值测试时终点基

本选择在较高的pH值，此两项指标不•定完全相关，如改用酸性终点指示剂,

则两者绝对相关。

粘度

是液体的内摩擦，粘度的高低反映了流体流动阻力的大小。在这里粘度指产

品的特定温度下的运动粘度。动力粘度是流体中上下间隔1米，面积都为1

平方米的两层流体，当相对移动速度为1米/秒时所产生的阻力。而运动粘度

是动力粘度除以同温度下的流体密度得到的。粘度与所选择的基础油类型，

油脂的分子量和分子结构，添加剂的种类有关。

与其它指标关系：

粘度与上述大部分指标无绝对直接联系。

对密度有时有所关联，粘度较大时，密度有所增加。但不同类别的产品变化

幅度有较大的差别。

对于纯物质，粘度与闪点有关联，但对于轧制油这类分子分布范围较宽的

混合产品，基本无关联。

PH伯

是指一定浓度的产品在指定水质中的酸碱度。测试温度对其有一定的影响。

其是判断油品老化速度，以及氧化变质程度的一个重要指标。

与其它指标关系：

pH值代表可全部或部分水溶的成份的溶液特性（电位和酸碱平衡特性），与

酸值有•定的相关性，但酸值包括可水溶及不可水溶的部分。

ESI值

是指产品的稳定性能，标明ESI指标时，必须指定测试方法，否则无法相互

比较。

试验条件：油品经过离心机剪切30秒后，300Ml静置4小时，取底层与顶层

浓度，进行比较，计算产品的乳化液稳定指数。

与其它指标关系：

ESI的大小可由乳化剂的用量进行调节，在纯油体系中，与其它指标无关。在

乳化液中，ESI越高，乳化液稳定越高，离水展着性相对变低。

倾点

是指产品的低温性能，以表明油品在此条件下的操作性能，如管道输送等。

与其它指标关系：

极性较大的油品，倾点可能会升高。与酯的类型有关，与皂化值的大小无绝

对关系，有些大分子的合成酯的倾点小于零点。

闪点

是指产品的易挥发组份的含量及可燃性。轧制油的闪点指标主要用于指导生

产和输送过程，与轧钢无关。

闪点一般不进行测试，而是根据各原材料的闪点数据，取最低值为最终产品

闪点。

根据轧制油的应用环境和操作条件，大于150"C可以完全满足安全需求.

与其它指标关系：

与其它指标无明显关联，主要与各原材料的品质和特性有关。

密度

生产时灌装温度一般高于室温。密度主要用于计算在灌装温度下,每桶或每个

包装的最大灌装量.

在现场应用中,加油一般以体积为单位,密度可用于换算最终吨钢油品消耗重

里。

与其它指标关系：

与其它指标无明显关联。

颗粒度:

乳化液中油滴的颗粒直径。主要是对其润滑性和热稳定性产生影响。一般而

言，较大粒径有利于乳化液受热时油水两相分离，轧辑和轧件表面吸附油量

增加，降低轧制变形区的摩擦系数。然而，若颗粒度过大，容易造成乳化液

不稳定，严重的会使乳化液油水分离影响乳化液的使用效果和使用周期。正

常新配置的乳化液平均粒径小于1um,随着时间的增加，乳化液的粒径逐渐粗

化长大，反映在轧制过程中可能出现要入困难、轧件跑偏、打滑等情况。为

了解决乳化液的稳定性和润滑性能的矛盾，可在乳化液中加入分散剂。

不作为常规指标，试油期间山油品供应商进行测试

离水展着性：

当乳化液喷射轧辑和轧件时，由于受热，乳化液的稳定状态被破坏，分离出

来的油吸附在金属表面上，形成润滑油膜，其防粘减摩作用。而水则其冷却

轧辐的作用。乳化液正是通过这种离水展着性来达到润滑冷却的目的。

不作为常规指标进行现场测试，现场调试时由油品供应商根据板血、辐面残

油量以及轧制情况直接对乳化液进行通过温度和浓度调整离水展着性。

提高离水展样性，有助于提高润滑，降低应用浓度。

使用周期：

几乎所有乳化液都可以通过调整后达到控制范围，不需要进行清槽处理；使

用周期主要与系统与箱体油泥累积程度有关，如果润滑较好，轧制时铁粉产

生量较小，乳化液清洗能力较好，乳化液可以维持较长时间不需完全排放。

各指标关系

浓度提高，颗粒度会有所增加，但主要取决于温度和乳化液循环时间。

乳化液稳定性(ESI)主要与温度有关，温度提高，乳化液稳定性有所降低。酸

值等由于水解或酸洗挟带后会降低，导致ESI下降，电导率、氯离子和pll变

化会导致ESI升高或降低，与乳化液类型或污染来源有关。

灰分与铁含量、电导率及杂油含量相关，电导率和铁含量越高，灰分越高。

灰分与铁粉的比值一般在2-3之间，超出此范围需要注意。

乳化液的润滑性能

在轧钢过程中，在•定的温度和压力条件下，分散于乳化液中的轧制油以物理吸附和化学吸

附两种方式吸附于钢板和轧辑表面形成油膜，为轧制提供必要的润滑。作为轧制油或乳化液

的最基本的功能，油品润滑的设计和应用水平，对冷轧工序最终结果有着决定性的影响。良

好的润滑可以达到如下目的：

节能

-良好的润滑可有效降低摩擦力

-良好的挥发性可降低退火时间

降低辐耗

改善板形

好的润滑有利于板形控制

-好的润滑可降低厚度波动

-好的润滑有利于表面结构

提高板面清洁度及改善板面状态

-轧后板面的反射率

-轧后及退火后的板面残留

-减少板面划伤

正常平稳的轧制需要轧制油提供均衡稳定的润滑，即轧制油除必须保证稳定的物理和化学特

性外，还必须保持数量上的，即吸附量的稳定。由于轧制油通过分散于乳化液中进行应用，

因此，很容易理解，上述两点的控制必须由乳化液稳定性的控制来得以实现。

在乳化液的控制和管理过程中，大部份工作都是围绕保证乳化液稳定的润滑水平而展开。

乳化液的冷却性能

轧制过程中工件发生变形所产生的大量的热，也需要由乳化液带走，正确控制乳化

液的流量和喷射部份，可以有效控制板温，并调节板形。在应用乳化液的冷却功能时，除板

温的控制外，可以通过乳化液流量的位置的控制，使轧辐的不同部份产生不同程度的热胀冷

缩，达到控制板形的目的。

乳化液的冷却性能与油品没有直接联系，是一种物理现象。冷却性能与现场应用的

喷射流量密切相关。

乳化液的冷却性能与油品的应用浓度成反比，浓度越高，冷却能力越低。其关系如

下图所示:

图1-15

泠知性--------------摩擦-----------------

提高油品的净油润滑能力，使乳化液可以在较低的浓度下应用，一定程度上有利于

提高乳化液的冷却性能。

乳化液的清洗性能

乳化液的清洗主要包括对板面进行清洗，对轧辑和机架进行清洗。在轧制过程中，

除产生铁粉外，还会产生各种高粘性的铁皂体、油品在高温高压下产生的聚合物。这些异物

是影响板面清洁度的主要因素。另外，轧机用所使用的各种油膜轴承油和液压油，也会在钢

板表面部份残留，或在乳化液应用过程中进一步聚合，污染板面。

控制乳化液的清洗性能，一方面，取决于乳化液本身的设计特性；另外，乳化液的

各项指标如皂化值（杂油含量）的控制也是非常关键的。

一般来说，增加轧制油中表面活性剂的含量，会提高乳化液的清洗能力，但这同时会提

高油品的稳定性，降低油品的的润滑能力。因此，不能孤立地看待油品的清洗能力。

在轧机应用方式中，有时会将最后一个机架改用清洗能力强而润滑能力较差的油品，但

是这时在同一轧机上由于两种轧制油混用，管理比较困难，目前应用较少。

3.3皂化值与润滑性和清洁性

油品的皂化值对其润滑性和清洁性有很大的影响。

矿物油系水溶性轧制油，其皂化值小于lOOmg.KOH/g,具有良好的清洁性，但润滑性差,

可用于轧制表面光洁的0.8毫米以上薄板，脂肪系轧制油皂化值大于150mg.KOH/g,润滑性

好，可用于轧制0.3毫米以下的薄板，但使用中表血残碳较多，影响清洁性，所以在退火前

钢板要清洗干净，皂化值为100时，既能保证轧制过程润滑性又能保持钢板清洁性而省去清

洗工序。薄件高速轧制选择高皂化值，厚件低速选择低皂化值。

3.4冷却的基本原理

实践研究与理论分析表明，冷轧板带钢的变形功约有84%~88%转变为热能，使轧件与

轧幅的温度升高。我们所感兴趣的是在单位时间内发出的热量q(或称变形发热率)，以便

采取适当措施及时吸走或控制这部分热量。变形发热率q可用下式表示：

q=V.n.B.P.Ah.v/J

式中：系数W=0.84-0.88；

n——小于1的修正系数；

J——机械功的热当量，在数值上等于427公斤.米/千卡；

B——所轧板材的宽度；

△h——该道次的绝对压下量；

P——轧制时的平均单位压力。

在钢种和板材规格既定的情况下，V.H.B/J是一个常数。此时变形发热率q直接正比

于轧制平均单位压力、压下量与轧制速度。因此，采用高轧速、大压下的强化轧制方法将使

发热率q大为增加。如果此时所轧制的又是变形抗力较大的钢种，如硅钢、高强度钢等，那

么发热率就更要急剧增加。由此可见,加强冷轧过程中的冷却对实现强化轧制是十分重要的。

这也必然牵涉到将采用何种冷却剂和什么样的冷却方式的问题。

水是比较理想的冷却剂，因其比热大，吸热率高且成本低廉。油的冷却比水差很多。水

的比热比油大一倍，热传导率为油的3.75倍，挥发潜热大10倍以上。由于水具有如此优越

的吸热性能，故大多数生产轧机都倾向于用水或以水为主要成分的冷却剂。

从实现强化轧制的角度来看，我们所关心的主要是如何提高冷却液的冷却能力，即提高

其吸热效果。由物理学可知，一定重量液体在单位时间内所吸收的热量q、可表为

qx=MY(t2-t|)Cy

式中Cy——冷却液的比热；

Y----比重;

M单位时间所需冷却液体枳;

口与t2——冷却液参与冷却前、后的温度。

由以上关系可知，增加冷却液的温差(t2-t,)也是充分发挥冷却液作用的重要途径。在老式

冷轧机的冷却系统中，冷却液只是简单地喷浇在轧辑和轧件之上，因而冷却效果较差。若用

高压空气将冷却液雾化，或者采用特制的高压喷嘴喷射，可大大提高其吸热效果并节省冷却

液的用量。冷却液在雾化过程中本身温度下降，所产生的微小液滴在碰到温度较高的辐面

或板面时往往即时蒸发，借助蒸发潜热大量吸走热量，结果(t2-t.)值大为增加，使整个冷

却效果大为改善。但是在采用雾化冷却技术时，一定要注意解决机组的有效通风问题，以免

恶化操作环境。

3.5润滑的基本原理

轧制过程中按进入摩擦表面接触区的润滑剂数量，摩擦分为三种基本形式：干摩擦，

边界摩擦，液体摩擦。

在物体表面没有润滑剂或任何粘染物称为干摩擦，当接触表面存在极薄膜(其数量级

为1/100-1/10微米)时称为边界摩擦，润滑剂中表面活性物质如脂肪酸通过极性羟基

C00H-吸附在金属表面，有机长链分子整齐排列形成一定数量的密积层。这种结构有利于

承受很大的法向载荷，同时表面出现很小的层间剪切阻力，因此在边界润滑条件下摩擦系数

很低，摩擦表面之间存在较厚的润滑层，完全不存在机械咬合，称为液体摩擦。

山于轧辑和金属具有一定的显微起伏。连接接触表面的润滑层厚度很均匀。既有大量

润滑剂富集区，也有表面最接近区，液体富集区形成液体摩擦。表面最接近的各点保持极薄

的牢固润滑隔离膜是边界润滑，这里形成液体摩擦和边界摩擦混合形式，轧制压力很大时，

液体层减薄，边界层可能破坏形成空洞，结果形成液体摩擦，边界摩擦和干摩擦混合的形式，

在混合的摩擦条件下，润滑剂的化学成分决定极薄润滑层的结构和强度。润滑剂的好坏就在

这里，连轧机的润滑属于混合摩擦。

轧制过程中随润滑层的厚度的增加，摩擦系数减小，当润滑层厚度较大时边界层的摩

擦影响程度减弱趋近于零，这就是临界润滑层，这时液体摩擦占优势，当润滑层厚度超过此

值时形成过润滑，使轧制不稳定，咬入困难。

边界润滑形成物理吸附膜和化学反应膜。物理膜是轧制油组分油性剂脂肪酸，靠羟基

C001I-吸附在轧馄和钢板的表面，它是可逆的，温度升高解吸附，适合低温轻载条件。化

学膜是活性硫与金属铁反应形成FeS«当温度升高到•定程度则形成化学膜，这种膜熔点高,

不可逆，稳定，适合较高温度及重载荷条件。二者互相补充，低温低压油性剂起主导作用,

故温度对边界层的形成致关重要。

4、冷轧新技术

4.1当代轧机

板带是钢铁工业的主干产品。在板带产品中技术要求高、产量约占1/4的品种是冷轧薄

板。它们是我国目前大量依赖进口的钢材品种。再2010年以前，我国将有一支相当或超过

现有年产量的新的冷轧薄板生产能力投产，其中包括新建轧机和现有轧机的技术改造。

国际上自70年代以来，各种新型薄带冷轧机相继问世，如HC,FPC,K-WRS,CVC,PC,

VC,NIPCO,SRM……等多种新机型竞相出现，形成新一代薄带冷轧机。他们的基

本特征是在厚度自动控制技术和动态变规格技术已经相对成熟，将薄带冷轧机技术发展的

重点集中到板形控制的技术上。

板形与厚度是决定薄板几何尺寸精度的两大指标。板形包括带钢平坦度、横截面凸度（横

向厚差）和边部减薄量等3项内容。目前，厚度控制技术已能将纵向厚差稳定地控制在成品

厚度的正负1%或正负5微米甚至正负2微米的范围以内，而横截面凸度和边部减薄量一般

尚止于10微米甚至20~30微米的水平。80年代以来，随着汽车、家电等行业的发展，工业

用户对板形平坦度的要求越来越高，原来平坦度201已能被接受，而今的要求则是101甚至

是51。板形质量的挑战推动着板形技术和轧机机型的发展。上述多种机型的同时并存和相

互竞争，一方面表明板形技术是当前国际上开发研究的前沿和热点，另一方面也表明现有的

板形技术尚未达到成熟稳定的地步。

板形控制和厚度控制的实质都是辑缝的控制。但厚度控制只须控制辐缝中点处的开度精

度，而板形控制则必须沿带钢宽度方向辑缝曲线的全长，辑缝曲线全长的几何尺寸和形状既

决定带钢横截面的凸度和边部减薄量，更决定带钢的平坦度。

在一般情况下，空辑缝是一具有负凸度的简单二次曲线。在轧制过程中，受载变形后的

馄缝形状可用一离散值多项式来表示（考虑对称形状）：

在带钢宽度B的跨距内辑缝的2次分量凸度和4次分量凸度可近似地表示为：

受载辐缝的2次分量与带钢2次浪形（边浪、中浪）的生成和控制有关，其4次分量则与4

次浪形（1/4浪、边中复合浪）的生成和控制有关。控制辑缝的传统手段是压下偏调、正负

弯辑和利用工作辐的局部冷却来形成所须的热辑形。

板形控制与轧机机型

众多类型的新一代薄带冷轧机可归纳为3种主要的代表性机型：HC型、CVC型和PC

型。

从板形控制原理看，4辐CVC是通过工作辐的轴向抽动来改变空辐缝凸度的大小，PC

是通过上、下成对短的交叉来改变空馄缝凸度的大小。二者调控原理相同但采用的机构不同;

HC是通过中间辑（6辑时）或工作辑（4转时）的轴向抽动来消除轻间“有害接触区”（即

轧制宽度以外以外的悬臂部分，它对工作辑产生的挠曲作用使辐缝刚度降低，板形恶化），

它与CVC采用的机构相同但调控原理不同。HC通过消除辑间“有害接触区”使辑缝刚度

增大，从而保证轧制条件（来料板形，轧制品种规格，轧制压力…等）变化时相缝的形状和

尺寸尽可能保持稳定，以轧出稳定良好的板形，属于刚性的控制策略；而CVC和PC都是

通过增大辑缝形状的可调性以求与轧制条件的变化相匹配，属于柔性的控制策略。

机型按以下层次划分：

6转或4辑

6辐时只抽动中间辑或同时抽动工作较

4短时工作幅抽动或交叉

・辐形为平辐、或CVC形或其他

・仅有工作辐弯辑或兼有中间短弯辐轧机的工作状态分为一下层次：

・不同的轧制宽度

•HC的3种操作方式：+△/（）/-△;

CVC的三种抽动位置：

+max/O/—max;

PC的三种交叉位置：0.6。/0.85°/1.2°

用于比较的各项指标是：

・辐缝凸度CWO（即在单位轧制q=9.8KN/mm）及弯辐力Jw=O时的凸度值，um）

・辐缝刚度SLP（即单位轧制压力q每变动0.98KN/mm时转缝凸度的变化量，um）

•弯幅调控幅度AMPL（当弯辑力由0增至满度时辑缝凸度的变化量，um）

•幅缝曲线四次分量的可调度Ch,um

•辐间接触压力峰值Pmax,KN/mm

以上前4项表现轧机的板形调控性能。在总体上，6辑轧机优于4辐轧机，同时还看到，

当HC采用中间正弯辑（即UCM型）时，能使辐缝4次分量的可调度增大5%〜40%（随

轧制宽度增大而增大），而中间较负弯辑则无任何效果，因而不采用：HC采用中间短与工

作辎同时抽动（即HCMW型），能使辑缝刚度增大达80%,但4次分量变化很小，在此情

况下如再采用中间辑正弯辑（即UCMW型）能使4次分量的可调度增大10〜60%。

HC轧机的分类：

1）HCW轧机：适用于四辐轧机的一种HC轧机改进型，有双向工作*昆横移和正弯辑系

统。

2）HCM轧机：适用于六辑轧机的HC轧机。采用中间辑的双向横移和正弯转来实现板

形和平直度的控制功能。

2）HCMW轧机：因为同时采用中间较双向横移和工作较双向横移，兼备了HCW

轧机和HCM轧机的主要特点，另外，它采用了工作转正弯辐系统。

3）UCM轧机：UCM轧机在HCM轧机的基础上，引入中间转弯辐系统，以进一

步提高板凸度和板平直度的控制能力。

4）UCMW轧机：UCMW轧机除了具有HCMW轧机的功能外，又引进了中间辐

弯辑系统。

5）MB轧机：MB轧机有用五辑轧机和六根轧机的两种改进型，分别称作5MB轧

机和6MB轧机。MB轧机的一个根本特点是使用了无横移的锥形支撑辑。这两

种轧机都采用了中间辐和工作转弯辐系统。

6）UC2~UC4轧机：UC2~UC4轧机是不同型号的万能凸度控制轧机，用于轧制更

薄、更宽、更硬的带材。UC2、UC3、UC4轧机是装配小直径工作辑后的HCM

轧机的改进型。工作辐相对中间辐有一些偏移，并由一组侧辐支撑。这些轧机

也配有中间辑横移系统和工作辑、中间辑弯辐系统。

l.HCW特点：工作辑横移，工作短弯曲

轧机轧制材料：低碳钢

一二应用范围：热轧机，冷轧机

2.HCM轧特点：中间辐横移，工作转弯曲

机轧制材料：低碳钢

应用范围：冷轧机

<=>匚□

।1

匚1

3.HCMW特点：工作辑横移，中间辑横移，

轧机工作辑弯辑

|=[L

轧制材料：低碳钢，合金钢

应用范围：热轧机，冷轧机

4..UCM特点：中间轻横移，工作辑弯辐

匚二

F芭n1Pl中间转弯曲

轧制材料：低碳钢，合金钢

应用范围：冷轧机

5.UCMW特点;工作轻横移，中间较横

轧机移，中间转弯曲，工作转弯曲

轧制材料：低碳钢，合金钢,

热轧超薄板

FWFW应用范围：热轧机，冷轧机

6.5MB

各种类型的HC轧机的板凸度和板平直度控制方法

HC轧机类型板凸度和板平直度控制方法

工作短横移中间辐横移工作程弯短中间辐弯辐

HCW••

HCM••

HCMW•••

UCM**•

UCMW••••

5MB6MB••

UC2、UC3、UC4•••

PC轧机与常规4辑轧机无异工作辐与支持辑沿转身长度全线接触，辐间接触压力分布

比较均匀，接触压力最大值较低，对支持辐材质的要求和辐耗也与常规4辑轧机相同；CVC

工作辑辑身长度等于支持辑辑身长度与抽动总行程之和，因此在抽动工程中，*昆间接触线长

度并不改变，但由于其特殊的S形辑形，将使接触压力的最大值比常规四辑轧机增大约10%；

而HC的抽动本身正是为了消除“有害接触区”，因而辑间接触长度必然缩短，同时接触压

力呈三角形分布，致使抽动辑端部接触处产生较大的接触压力尖峰，其数值将比常规四辐轧

机增大30%〜100%（取决于抽动短端部设计的合理性），因而将加速支持辑的剥落和增大

辑耗，或要求采用抗剥落性能更高的支持辑材质。

在轧机结构上，HC和CVC同属走向抽动型（二者仅在短形曲线与抽动行程方面有所

不同），抽动动作只用一定的液压缸即可实现；而PC为了实现上下辐成对转动，则需设置

一套较为复杂的专门机构，包括4个电机、8个离合器、8对圆锥齿轮装置、16套涡轮装置

及8组万向轴系，此外，轴承座与转动头之间的调整工作比较复杂，特别是当换辑或轴承衬

板磨损以后，必须进行精细的重新调整，因而增大了维修工作的复杂性和难度。

在辑形方面，PC与常规4辑轧机相同，是最简单，对磨床和磨辐工艺的要求也是最简

单的HC的抽动辄端部必须采用专门的成型砂轮磨削；而CVC的S形辐则必须采用数控磨

床和专门的辐形检测装置才能完成磨辑任务。

在轧短轴向力方面，常规4根轧机轧制时作用在工作辑上的轴向力最大约为轧制力的

1%〜1.5%；由于HC的轴向抽动通常是在轧制前预设定进行的，在轧制工程中并不抽动，

其轴向力将相当于常规4辐轧机的水平。CVC在轧制工程中抽动，轴向力较大，但其作用

时间较短；而PC由于轧辐交叉，必然引起轧制过程中长期持续作用的轴向力，其大小在轧

制压力的3%以上，为此在轧机结构上采用了专门的止推轴承及负载均衡机构，增加了轴承

的消耗和结构的复杂性。

综合以上各点:

机型

项目

常规4辐PCCVCHCW

板形调控性能CBBA

轧机结构及维修的简易性ACBB

幅形及磨粗的简易性AACB

幅间接触压力及辑耗AABC

避免过大的轧短轴向力ACBB

注：A—优；B一次之；C—差

值得指出的是，HC与CVC两种机型在建成投产以后，如发现存在问题，HC可以改成

CVC,CVC也可改成HC,因为它们的基本结构相同，差异仅在于辑形和抽动行程，只要在

设计时对轧辑几何尺寸及抽动行程预作兼顾的考虑并留出余地，则不难在生产中通过磨辑就

可实现相互转化。

现代高生产率的薄带冷轧机大多采用5机架连轧的型式。按照传统方式，将板形平坦度

的自动控制系统置于轧件厚度最薄的第5机架(成品出口机架)处，以对平坦度进行最后的

直接控制是完全合理的。但必须看到，第1机架也是控制板形的关键部位。在第1机架处强

化板形控制能力，是当前国内外生产实践的共识。其主要目的是：

保证第1机架出口轧件具有良好的平坦度，以保持良好稳定的机架间穿行导向性，使轧件顺

行，防止跑偏断带事故的发生。

实现对带钢横截面的凸度控制，保持对来料板形波动变化的消化能力和对轧制品种规格变动

及难轧品种的适应能力，为以卜一各机架轧出优良的板形创造条件。

变接触长度支持辑的基本思想是通过特殊设计的支持辐辐廓曲线，使支持辐与工作相之间的

接触长度能与轧制宽度自动适应，以消除或减少辐间有害接触区，增大辑缝刚度。在坏料入

口的第1机架处设置刚性辐缝，可以允许第1机架轧制压