金属材料轧制工实操知识与习题

金属材料轧制工实操知识与习题前言金属轧制是冶金工业中至关重要的一环，它通过外力使金属坯料在旋转的轧辊间产生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和性能的型材、板材、管材等产品。作为一名金属材料轧制工，不仅需要扎实的理论基础，更需要丰富的实操经验和解决现场问题的能力。本文旨在梳理轧制工实操过程中的核心知识要点，并辅以针对性习题，以期为一线操作人员提供有益的参考与提升。一、金属材料基本知识1.1常用轧制金属材料的种类与特性轧制生产中最常见的金属材料为钢，其次是有色金属及其合金，如铜、铝及其合金等。*钢：按化学成分可分为碳素钢和合金钢。碳素钢含碳量是其最重要的性能指标，含碳量增加，钢的强度和硬度升高，塑性和韧性降低。合金钢则是在碳素钢基础上加入合金元素（如锰、硅、铬、镍、钼等），以改善钢的某些性能，如强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性或特定的工艺性能。轧制工需了解不同钢种（如低碳钢、中碳钢、高碳钢、低合金钢、不锈钢等）的轧制特性，例如奥氏体不锈钢的高温塑性好但变形抗力较大，且易粘辊；高碳钢的塑性较差，轧制时需控制好变形温度和变形速度，防止开裂。*有色金属：铝及铝合金具有密度小、塑性好、导电导热性优良等特点，轧制温度通常较低，甚至在室温下进行（冷轧）。铜及铜合金塑性亦较好，但不同牌号的铜合金（如黄铜、青铜）在轧制工艺上也各有侧重。1.2金属的塑性变形与轧制原理金属在外力作用下会产生变形，当外力超过其弹性极限后，便会产生塑性变形。轧制正是利用金属的塑性变形特性，通过轧辊对坯料施加压力，使坯料横截面减小、长度增加，从而达到成形目的。*应力与应变：轧制过程中，金属内部会产生复杂的应力状态（包括压应力、拉应力和切应力），并伴随相应的应变。理解应力应变的分布规律，有助于分析轧件变形行为和制定合理的轧制规程。*加工硬化：金属在塑性变形过程中，其强度和硬度会升高，塑性和韧性会下降，这种现象称为加工硬化。加工硬化会增加后续变形的抗力，对于冷轧尤为显著，有时需要进行中间退火来消除加工硬化，恢复塑性。二、轧制工艺基础2.1轧制的基本流程与目的轧制的基本流程通常包括：坯料准备（如检查、清理、加热）、轧制（多道次进行）、精整（如冷却、矫直、剪切、热处理、表面处理等）。轧制的主要目的是：1.获得所需的断面形状和尺寸。2.改善金属材料的组织和性能，如细化晶粒、提高致密度、改善力学性能的方向性等。3.提高材料利用率，减少后续加工量。2.2轧制变形参数*压下量：指轧制前后轧件厚度（或高度）之差，是衡量变形程度的基本参数。压下量的大小直接影响轧制力、能耗以及轧件的变形均匀性。*延伸系数：轧制后轧件长度与轧制前轧件长度之比，反映了轧件长度方向的伸长程度。*宽展：轧制过程中，轧件除了厚度减小、长度增加外，宽度也会发生变化，这种横向变形称为宽展。宽展量的大小与压下量、轧辊直径、摩擦系数、轧件宽度等因素有关，是孔型设计和制定轧制规程时需要考虑的重要因素。*变形速度：单位时间内金属的变形程度。变形速度对金属的塑性和变形抗力有影响，高速轧制时需注意金属的动态回复与再结晶行为。2.3轧制温度制度*开轧温度：开始轧制时的坯料温度。开轧温度应根据金属材料的特性（如再结晶温度、塑性区间）确定，一般在材料的塑性最好、变形抗力最小的温度范围内。*终轧温度：轧制终了时的轧件温度。终轧温度对产品的组织和性能有重要影响，例如控制钢材的终轧温度可以获得细小的晶粒组织，提高其力学性能。*温度对轧制的影响：随着温度升高，金属的塑性通常会提高，变形抗力降低，有利于轧制进行。但过高的温度可能导致氧化严重、晶粒粗大（过热）甚至过烧。2.4轧制速度制度轧制速度是指轧辊的圆周速度或轧件通过轧辊的速度。合理选择轧制速度可以提高生产效率、改善产品质量。高速轧制时，要注意轧件的稳定性、导卫装置的可靠性以及电机负荷等问题。2.5轧制压下规程的制定原则压下规程是轧制工艺的核心内容，主要规定了各道次的压下量分配。制定时需考虑：1.充分利用金属的塑性，尽可能采用大的压下量，提高生产效率。2.保证轧机和电机设备的安全运转，不超过其允许负荷。3.保证产品的尺寸精度和质量要求。4.各道次变形均匀，避免产生过大的应力和缺陷。三、轧制设备认知与操作3.1轧机的基本类型与组成轧机的种类繁多，按轧制产品可分为型材轧机、板带轧机、管材轧机等；按机架排列方式可分为单机架、横列式、纵列式、连续式、半连续式等。轧机主要由以下部分组成：*主机列：包括轧辊、机架、压下装置、平衡装置、传动装置（齿轮座、联轴器、电机等）。*辅助设备：包括辊道、导卫装置、剪切设备、矫直设备、卷取设备等。3.2主要轧机部件的功能*轧辊：直接与轧件接触，对其施加压力使其变形的部件。轧辊的材质、辊型（平辊、各种孔型辊）对轧制质量和轧辊寿命有重要影响。*机架：用来安装轧辊、轴承座、压下装置等部件，承受轧制力。*压下装置：用于调节轧辊之间的距离，以控制轧件的压下量和出口厚度。*导卫装置：安装在轧辊前后，用于引导轧件正确进入轧辊孔型，并保证轧件顺利导出，防止缠辊、刮伤等事故。导卫装置的设计与安装精度对轧制过程的稳定性和产品质量至关重要。3.3导卫装置的作用与调整导卫装置是保证轧制过程顺利进行的关键辅助设备，其主要作用是：1.正确引导轧件进入轧辊孔型或辊缝。2.保证轧件在孔型中稳定变形，防止跑偏。3.顺利导出轧件，避免与设备碰撞。4.控制或改变轧件的扭转或弯曲。导卫装置的调整需精细，包括对中、高度、开口度等，应根据轧件的尺寸、形状以及轧制道次的要求进行。调整不当会导致轧件刮伤、折叠、扭转、尺寸超差甚至造成设备损坏和人身事故。四、安全操作规程与劳动保护4.1进入车间的基本安全要求*必须按规定穿戴好劳动防护用品（安全帽、防护眼镜、工作服、工作鞋等）。*禁止酒后上岗或在岗位上饮酒、吸烟。*熟悉车间内的安全警示标志和消防器材位置。*非本岗位人员不得擅自操作设备。4.2轧制操作前的检查与准备*检查轧机及辅助设备是否处于良好状态，连接螺栓有无松动，安全防护装置是否齐全有效。*检查轧辊孔型是否符合要求，有无裂纹、磨损、粘辊等缺陷，导卫装置安装是否正确、牢固。*检查液压、润滑、冷却系统是否正常，油品是否充足、清洁。*确认各操作按钮、指示灯、仪表是否正常。*清理作业区域内的障碍物，确保通道畅通。4.3轧制过程中的安全注意事项*严格执行轧制工艺规程，不得随意更改工艺参数。*操作时应站在安全位置，严禁在轧辊、传动部件旋转部位附近停留或伸手。*处理轧件时，必须使用专用工具，严禁用手直接接触高温轧件或在运行的辊道上跨越、行走。*发现轧件跑偏、堆钢、缠辊等异常情况，应立即停车处理，严禁在设备运行中进行调整和维修。*注意观察轧件表面质量和尺寸，发现问题及时汇报并采取措施。*相互配合，统一指挥，特别是在多机架连轧或需要人工喂料、翻钢时，必须确认信号，协调一致。4.4事故预防与应急处理*熟悉本岗位可能发生的事故类型（如机械伤害、烫伤、物体打击等）及其预防措施。*一旦发生事故，应立即启动应急预案，采取适当的急救措施，并及时报告上级和有关部门。*学会基本的急救知识，如止血、包扎、心肺复苏等。五、轧制质量控制与常见缺陷识别5.1轧制产品的主要质量要求轧制产品的质量要求主要包括：尺寸精度（断面尺寸、厚度、宽度、长度等）、形状精度（平直度、侧弯、扭转等）、表面质量（无裂纹、折叠、结疤、划痕、氧化铁皮过厚等）、内部组织与性能（力学性能、金相组织等）。5.2常见轧制缺陷的产生原因与预防措施*裂纹：可能由于坯料质量不良（如原有裂纹、夹杂、偏析）、加热不均或过热过烧、变形不均匀、压下量过大、终轧温度过低、冷却速度不当等原因引起。预防措施包括严格检查坯料、优化加热制度、合理分配压下量、控制终轧温度和冷却速度。*折叠：多因轧件在轧制过程中发生弯曲、偏移，或导卫装置调整不当，使金属局部被压入本体而形成。预防措施主要是保证轧件正确对中，导卫装置调整合适，避免轧件产生过大的弯曲和偏移。*耳子：当轧件在孔型中过充满或孔型设计、调整不当（如辊缝过大或过小、压下量分配不均）时，在轧件的侧边或顶部、底部会出现沿轧制方向的条状凸起。预防措施包括合理设计孔型、精确调整辊缝和压下量。*尺寸超差：原因可能涉及压下量调整不当、轧辊磨损、温度波动过大、轧机弹跳等。需针对性地进行调整和控制。*表面划伤与压痕：多由导卫装置、辊道、轧辊表面不光滑或有异物，以及轧件与设备硬接触造成。需保持设备表面光洁，及时清理异物，正确调整导卫。六、实操习题6.1选择题1.金属材料在轧制过程中产生塑性变形的根本原因是（）。A.外力作用B.温度升高C.金属原子排列发生变化D.加工硬化2.在热轧过程中，随着变形程度的增加，金属的变形抗力会（）。A.一直减小B.先减小后增大C.一直增大D.先增大后减小（考虑动态再结晶）3.下列哪项不是导卫装置的主要作用（）。A.引导轧件进入孔型B.控制轧件变形量C.保证轧件顺利导出D.防止轧件跑偏4.制定轧制压下规程时，一般不考虑的因素是（）。A.金属材料的塑性B.轧机设备能力C.产品的市场价格D.产品质量要求5.轧制生产中，“过烧”缺陷产生的主要原因是（）。A.终轧温度过低B.加热温度过高且保温时间过长C.压下量过大D.冷却速度过快6.2判断题1.加工硬化现象对所有轧制过程都是不利的，应尽量避免。（）2.开轧温度越高，越有利于轧制进行，因此开轧温度应尽可能高。（）3.宽展是轧制过程中不可避免的现象，所有轧制道次都会产生明显宽展。（）4.轧辊是轧机中唯一直接对轧件施加压力的部件。（）5.进入轧制车间只需佩戴安全帽即可，其他防护用品可有可无。（）6.3简答题1.简述轧制时影响轧件宽展的主要因素有哪些？2.什么是轧制温度制度？它包括哪些主要参数？制定温度制度有何重要意义？3.轧机在启动轧制前，操作人员应进行哪些方面的检查？4.某轧钢车间轧制一批圆钢，在轧制过程中发现轧件表面出现周期性的横向裂纹，请列举至少三种可能的产生原因。6.4分析题1.假设你正在操作一台小型型钢轧机轧制角钢，在某道次轧制后，发现角钢的一个边出现了“耳子”，而另一个边正常。请分析可能的原因，并提出相应的调整措施。2.结合你所学的知识，谈谈在冷轧