先进成形与智能技术 课件 4.4 轧制成形技术的发展趋势

《先进成形与智能技术》战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造目录CONTENTS第1章题目第2章题目第3章题目第4章轧制成形技术第5章题目第6章题目第7章题目第8章题目第4章轧制成形技术4.4轧制成形技术的发展趋势战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造1轧制是高端产品的重要基础原材料，是国家高制造能力的标准之一广泛应用于航空航天、军工、化工等领域，国家重大工程的重要支撑极薄带特种轧制技术复合板轧制成形技术连铸连轧技术第4章轧制成形技术4.4.1极薄带特种轧制技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造2极薄带:厚度0.001~0.1mm范围内的金属带材广泛应用于微制造、微电子等高技术领域第4章轧制成形技术4.4.1极薄带特种轧制技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造3极薄带特种轧制技术

极薄带电致塑性轧制技术极薄带超声辅助轧制技术极薄带深冷轧制技术电致塑性效应作用机理：焦耳热效应、电子风效应和磁效应超声能场在塑性成形过程中表现出“体积效应”和“表面效应”深冷轧制抑制动态回复，形成亚微晶或超细晶粒材料第4章轧制成形技术4.4.1极薄带特种轧制技术(极薄带电致塑性轧制技术)战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造4脉冲电流辅助轧制示意图极薄带电致塑性轧制脉冲电流集成到多辊轧机工作辊选用陶瓷辊存在问题加工硬化严重各向异性明显残余应力大部分浪形无法消除第4章轧制成形技术4.4.1极薄带特种轧制技术(极薄带电致塑性轧制技术)战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造5焦耳热效应电子风效应磁效应脉冲电流能够使得材料温度升高，原子振动及扩散能力增强，促进再结晶效应，加工硬化减弱，使金属材料塑性提高金属加载电流之后，定向移动的漂流电子在电场的作用下对位错产生附加推力，促进位错的攀移，提高金属塑性，降低变形抗力加载电流时激发的磁场对材料性能的影响，主要为集肤效应、磁压缩效应及磁场与位错间的交互作用三个方面第4章轧制成形技术4.4.1极薄带特种轧制技术(极薄带超声辅助轧制技术)战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造超声能场辅助轧制极薄带示意图极薄带超声辅助轧制技术：超声能场集成到极薄带轧制过程抗弯曲疲劳强度低二次成形变形严重表面耐腐蚀能力弱存在问题效果改善表面粗糙度提高金属的塑形变形能力细化晶粒降低残余应力6第4章轧制成形技术4.4.1极薄带特种轧制技术(极薄带超声辅助轧制技术)战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造极薄带超声辅助轧制技术：超声能场集成到极薄带轧制过程7超声能场辅助轧制装置体积效应表面效应提高金属塑性变形能力改善表面粗糙度提升提升超声不锈钢精密极薄带放卷装置收卷装置超声辅助轧制装置第4章轧制成形技术4.4.1极薄带特种轧制技术(极薄带深冷轧制技术)战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造8深冷轧制示意图低温条件抑制动态回复改变金属材料塑性变形环境晶粒细化效率提高与室温轧制、热轧相比可实现工业化应用第4章轧制成形技术4.4.1极薄带特种轧制技术(极薄带异步轧制技术)战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造9极薄带异步轧制示意图极薄带异步轧制技术：一种速度不对等轧制，上下工作辊表面线速度不等，以降低轧制力同步轧制异步轧制变形区主要分为两个部分，分别为前滑区和后滑区变形区内还存在一个搓轧区，在搓轧区，减少了外摩擦所形成的水平压力对变形的阻碍作用，使轧件处于剪切应力状态，降低轧制力、改善变形条件并提高轧制精度第4章轧制成形技术4.4.1极薄带特种轧制技术(极薄带异步轧制技术)战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造10异步轧制同步轧制对比减少了阻碍作用降低轧制力改善变形条件提高轧制精度极薄带异步轧制技术：一种速度不对等轧制，上下工作辊表面线速度不等，以降低轧制力与同步轧制相比，在相同压下率下，异步轧制可获得更高的等效应变，从而起到细化晶粒的作用。第4章轧制成形技术4.4.2复合板轧制成形技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造2航天填海造岛航空海洋工程化工BA耐腐蚀抗氧化轻质比强度高减震降噪复合板是高端产品的重要基础原材料广泛应用于航空航天、军工、化工等领域11第4章轧制成形技术4.4.2复合板轧制成形技术（复合板波纹辊轧制技术）战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造12复合板波纹辊轧制示意图基于波纹辊特殊辊型曲线形成局部强应力作用，有助于提高异种金属的变形协调性和复合强度波纹轧制复合工艺界面示意图传统平轧与波纹轧制的板形第4章轧制成形技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造13局部强应力作用可再次促进两金属的结合增强了界面“破裂与嵌入”的能力，提高界面结合率和结合性能促进变形协调，减小两金属间的残余应力，改善板形质量与传统平轧相比增大了两种金属的结合面积，而且将结合界面形状由传统的二维提升至三维14.4.2复合板轧制成形技术（复合板波纹辊轧制技术）234复合板波纹辊轧制实验与模拟第4章轧制成形技术4.4.2复合板轧制成形技术（复合板电致塑性轧制技术）战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造14复合板电致塑性轧制示意图电流直接作用于材料力场温度场电场轧制复合优点能极大缩短构件的生产周期相对较低的温度和较小的压下率下实现复合板的制备复合板电致塑性轧制技术：脉冲电流+复合板轧制第4章轧制成形技术4.4.2复合板轧制成形技术（复合板电致塑性轧制技术）战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造15脉冲电流对金属材料力学性能的影响脉冲电流对金属材料微观组织的影响提升复合板电致塑性轧制整体装置图综合力学性能表面质量材料成型极限消除冷轧各向异性消除裂纹再结晶优势二辊轧机夹紧机构2夹紧机构1第4章轧制成形技术4.4.2复合板轧制成形技术（复合板异温轧制技术）战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造16复合板异温轧制示意图原理：对组元板坯温度分别进行控制目的：实现组元金属在不同温度下的协调变形效果：提高复合板的结合强度优点优点降低了加工硬化现象优点微观界面贴合紧密细晶区改善板材性能第4章轧制成形技术4.4.3

连铸连轧技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造17原理：把液态钢倒入连铸机中铸造出钢坯，然后不经冷却，在均热炉中保温一定时间后直接进入热连轧机组中轧制成形的钢铁轧制工艺优点：简化工艺、改善劳动条件、增加金属收得率、节约能源、提高连铸坯质量、便于实现机械化和自动化连铸连轧示意图现场图第4章轧制成形技术4.4.3

连铸连轧技术（CSP技术）战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造18CSP技术产线布局示意图优点：投资成本低，生产周期短，生产效率高和经济效益显著。原理：整体温度的连续控制减少所需的驱动力目的：减少所需设备效果：降低了生产过程中的能量损耗第4章轧制成形技术4.4.3

连铸连轧技术（ISP技术）战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造19ISP技术产线布局示意图原理：在线热带钢生产工艺应用：产线轧制的钢材品种广泛，如低碳钢、中碳钢、高碳钢以及含Nb、V和Ti的高强低合金钢、耐候钢和包晶钢等。优点采用“橄榄型”结晶器采用气雾二次冷却技术第4章轧制成形技术4.4.3

连铸连轧技术（QSP技术）战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造20QSP-DUE技术产线布局示意图原理:用于提高铸机生产能力的同时生产高质量的冷轧薄板效果：在一条单独的生产线上结合使用无头轧制或单卷轧制技术，同时消除了各种技术互相制约因素应用：可生产碳钢、低碳铝镇静钢、低合金钢、包晶钢第4章轧制成形技术4.4.3

连铸连轧技术（QSP技术）战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造21QSP-DUE技术产线现场图优势采用直弧型铸机多锥度高热流结晶器非正弦振动电磁闸二冷大强度冷却中间罐高热值预热燃烧器辊底式均热炉轧辊热凸度控制板形平直度控制第4章轧制成形技术4.4.3

连铸连轧技术（ESP技术）战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造22

ESP技术产线布局示意图原理:以连续不间断的生产工艺通过薄板连铸连轧设备