轧钢工艺培训教学讲义轧钢基本知识.doc

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1、第一章 轧钢基本知识1.1 钢的分类1.1.1 金属和合金金属是广泛存在于自然界中的化学元素,是一种不透明的结晶材料,通常具有高强度和优良的导电性、导热性、延展性和反射性。一般经铸造、压力加工、焊接等工序可制成各种形状的零件或钢材。金属种类很多，可分为有色金属和黑色金属两大类。合金是两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素按一定配比构成的。合金改变了原来单一金属的物理及化学性质，但一般仍具有金属的一些通性，因此合金使用更为广泛。1.1.2 钢和铁通常把含碳量在2.0%以上的铁碳合金称为铁，它由铁、碳元素和较多的共生杂质组成。 钢是含碳量在0.042.3%之间的铁碳合金。为了保证钢有一定的韧性

2、和塑性，一般含碳量不超过1.7%，也有个别钢种的含碳量大于2.0%。钢的主要元素是铁、碳，通常还有硅、锰、硫、磷等元素，但碳元素含量比生铁少。钢既有较高的强度，又有较好的韧性，可用压力加工方法制成各种产品。钢的分类钢按含有合金元素的百分比可分为碳素钢和合金钢。1 碳素结构钢的分类a）、按含碳量分为：低碳钢（C0.25%）、中碳钢（0.25%C0.6%）、高碳钢（C0.6%）。b）、按品质分为：普通质量钢（S0.035%0.050%；P0.035%0.045%）、优质钢（S、P均0.035%）、高级优质钢（S、P均0.025%）。c）、按用途分为：结构钢、工具钢。d）、碳素结构钢按质量和用途分为

3、：普通碳素结构钢、优质碳素结构钢和碳素工具钢等。2合金的分类合金钢是在碳钢基础上，为了提高钢的机械性能、物理和化学性能，改善钢的工艺性能，在冶炼时有目的地加入一些合金元素的钢。合金钢种类繁多，为了便于管理、选用和比较研究，根据某些特性，从不同的角度出发，可以把它们分成若干具有共同特点的类别。a）、按钢的化学成分分类按钢中所含合金元素的种类可分为：锰钢、铬钢、硼钢、硅钢、硅锰钢、铬镍钢等。按钢中合金元素总含量可分为：低合金钢、中合金钢、高合金钢。b）、按用途分为：合金结构钢、合金工具钢、特殊性能钢。c）、按钢的品质分为：普通钢、优质钢和高级优质钢。1.2 轧钢生产及轧钢机械1.2.1 轧钢生产轧

4、钢生产是将钢坯轧制成钢材的生产环节。用轧制的方法生产钢材，具有生产效率高、品种多、生产过程连续性强、易于实现机械化、自动化等优点，因此比锻造、挤压、拉拔等工艺得到更广泛的应用。目前，约有90%的钢都是经过轧制成材的。有色金属成材，主要也用轧制的方法。为满足国民经济各部门的需要，除轧制生产一般产品外，还生产建筑、造船、汽车、石油化工、矿山、国防用的专用钢材。轧钢生产的成品，根据钢材断面形状，主要分成三大类：钢板、钢管和型钢（包括线材）。1.2.2 轧钢机械轧钢机械或轧钢设备主要指用于完成由原料到成品整个轧钢工艺过程中使用的各种机械设备。一般包括轧机及一系列辅助设备组成的若干个机组。通常把使轧件产

5、生塑性变形的机器称为轧机。轧机有工作机座、传动装置（接轴、齿轮箱、减速机、联轴器）及主电机组成。这一系列称为主机列，也称轧钢车间主要设备。主机列的类型和特征标志着整个轧钢车间的类型及特点。除轧机以外的各种设备，统称为轧钢车间辅助设备。辅助设备数量大、种类多。车间机械化程度愈高，辅助设备的重量所占的比例就愈大。轧机的称谓，一般与轧辊或轧件尺寸有关。型钢轧机是用轧辊的名义直径称谓，或用人字齿轮箱齿轮节圆直径称谓。轧辊名义直径的大小与能够轧制钢材的最大断面尺寸有关。1.3 轧钢机的分类目前轧机的分类方法很多。现在一般按以下几种方法分类。1.3.1 按轧机的用途分类轧机按用途可分为开坯轧机、型钢轧机、

6、板带轧机、钢管轧机和特殊轧机（如横轧机、轮箍轧机等）。1.3.2 按轧辊在机座中的布置形式分类按轧辊在机座中的布置形式不同，轧机可分为下列四种形式：具有水平轧辊的轧机、具有立式轧辊的平立交替轧机（如本轧钢厂）、具有倾斜布置轧辊的轧机以及其它轧机。1.3.3 按轧机轧辊的数量分类 按轧辊的数量可分为二辊轧机（如本轧钢厂）、三辊轧机、四辊轧机、五辊轧机及多辊轧机。 1.3.4 按轧机的布置形式分类 轧机的布置形式是依据生产产品及轧制工艺要求来确定的，机座排列的顺列式、横列式、连续式（如本轧钢厂）、半连续式、串行往复式、布棋式等。 目前公司轧钢厂为连续式布置。连续式是指各架轧机沿轧制线纵向依次排列，

7、轧机数量等于轧件轧制道次，并且各轧机间的距离要比相应的轧件长度小，使轧件能同时在数架轧机中连续轧制，在连续轧制时应遵循“秒流量相等”的原则。秒流量相等，就是指单位时间内通过每一架轧机的金属体积相等（其计算公式为：F1D1N1= F2D2N2= F3D3N3= FnDnNn=C）。连续式布置采用集体驱动或单独驱动两种驱动形式。集体驱动是由一台电机同时传动若干架轧机，而单独驱动是每一架轧机都由单独的电机传动。单独驱动的布置投资大，但其使用和调速比集体驱动方便，故应用较多。1.4 轧 辊1.4.1 轧辊的分类轧辊是轧机的主要部件。按照轧机类型可分为板带轧机轧辊和型钢轧辊两大类。轧辊由辊身、辊颈和辊头

8、三部分组成。辊颈安装在轴承中，并通过轴承座和压下装置把轧制力传给机架。辊头和联接轴相连，传递轧制扭矩。辊头有三种主要形式：梅花辊头、万向辊头（在轧辊端是扁头）、带键槽的或圆柱形辊头（与装配式万向辊头齿形接手连接），辊身是指两辊颈内边缘间的部分。 1.4.2 轧辊的尺寸参数与轧辊质量的要求1 轧辊的基本参数轧辊的基本参数有：轧辊名义直径D0，辊身长度L，辊颈直径d，辊颈长度l。辊身长度L：是指两边辊环边缘的距离。辊颈直径d：是指辊径的实际直径。2 轧辊的直径轧辊名义直径D0：是指传动轧辊的齿轮座内齿轮的中心距或节圆直径。轧辊直径Dh：通常指轧辊辊环处的直径。 轧辊原始直径D：因孔型配置到轧辊上的

9、需要，假想把辊缝也包括在轧辊直径内，这时的轧辊直径D称为轧辊的原始直径。轧辊工作直径Dg：指轧辊与轧件接触处的轧辊直径叫做轧辊工作直径。轧辊平均工作直径Dk：通常把轧件出口速度对应的轧辊直径（考虑前滑）称为轧辊的平均工作直径。 3 原始直径与轧辊直径的关系 轧辊原始直径与轧辊直径间的关系为：D=Dmax+S；D=Dmin+S。Dmax、Dmin分别为轧辊直径的最大值和最小值；D、D分别为轧辊原始直径最大值和最小值。 1.4.3 轧辊的调整装置 1 轧辊调整装置的作用 轧辊调整装置的作用是： 1）、调整轧辊水平位置（调整辊缝），以保证轧件按给定的压下量轧出所要求的断面尺寸； 2）、调整轧辊与水平

10、面间的相互位置，在连轧机上还要调整各架轧机间轧辊的相互位置，以保证轧线高度一致； 3）、调整轧辊轴向位置，以保证上下轧辊孔型对中； 4）、在板带轧机要调整轧辊辊型，其目的是减小板带材的横向厚度差并控制板形。 2 轧辊调整装置的分类 根据各类轧机的工艺要求，调整装置可分为：上辊调整装置、下辊调整装置、中辊调整装置（一般用在三辊轧机上）、立辊调整装置和特殊轧机的调整装置。上辊调整装置也称为压下调整装置，它的用途最广，本公司轧钢厂粗中轧轧机调整装置为上辊调整装置。压下调整装置有手动的、电动的或液压的。 1.4.4 轧机机架的分类 轧机机架是轧机的重要组成部件，轧辊轴承及轧辊调整装置等都安装在机架上。

11、机架要承受轧制力，必须有足够的强度和刚度。 在根据轧机型式和工作要求，轧机机架可分为闭口式和开口式两种。闭口式机架是一个整体框架，具有较高的强度和刚度。开口式机架由机架本体和上盖两部分组成，主要优点是换辊方便。1.5 塑性加工及其分类1.5.1 金属塑性加工方法在讲金属塑性加工方法之前，我们首先要了解什么是塑性。钢的塑性是指钢在外力作用下，在体积不变的情况下，稳定地改变其形状而不被破坏的能力叫钢的塑性。塑性变形是物体在外力或内力作用下产生变形，当去掉使物体发生变形的力后，物体不能恢复到原始状态的变形称为塑性变形。与塑性及塑性变形相对的是弹性和弹性变形。弹性是指钢在外力作用下发生变形，当取消外力

12、作用时，恢复原始状态的现象。弹性变形是物体在外力或内力作用下产生变形，当去掉使物体发生变形的力后，变形即自行消失，此种变形称为弹性变形。弹塑性共存定理是指物体在发生塑性变形的任何时候，都伴随着弹性变形。体积不变定律是金属塑性加工时，若忽略切头、切尾、切边和氧化烧损等损失，可认为变形前后金属的质量相等；如果忽略变形种金属的密度变化也可认为变形前后的金属体积不变，这就是所谓的体积不变定理。所以把金属塑性加工也叫无屑加工。金属塑性加工比切削加工、铸造、焊接等过程有许多优点，如可节约大量的金属；可改善金属的组织和性能；生产效率高，适于大量生产等。由于金属塑性加工的许多优点，因而在钢铁生产中大量使用金属

13、加工来满足需要。金属塑性加工的方法分类金属塑性加工的方法很多，本书主要按以下两方面进行分类1 按加工时工件的受力和变形方式分类a）压力作用使金属产生变形方式分类有锻造、轧制和挤压。锻造：是用锻锤锤击或用压力机压头压缩工件。它可分为自由锻造和模锻。轧制：是坯料通过转动的轧辊受到压缩，使其断面减小、形状改变、长度增加的压力加工方法。它可分为纵轧、横轧和斜轧。纵轧：是工作辊旋转方向相反，轧件的纵轴线垂直的轧制方法。横轧：是工作辊旋转方向相同，轧件的纵轴线与轧辊线成一定的倾斜角的轧制方法。斜轧：是工作轧辊的放置方向相同，轧件的纵轴线与轧轴线成一定的倾斜角的轧制方向。挤压：是把坯料放在挤压筒中，在挤压轴

14、推动下，迫使金属从挤压筒的模孔中挤压出来的加工方法。挤压分为正挤压和反挤压。b）靠拉力作用使金属产生变形的方式有拉拔、冲压（拔延）和拉伸成型等。拉拔：用拉拔机的钳子把金属从一定形状和尺寸的模孔中拉出，可产生各种断面的型材、线材和管材。冲压（压延）：靠压力机的冲头把板带顶入凹模中进行压延。可加工生产各种成型部件和壳体。如汽车外壳等。拉伸成型：用拉伸法成型的加工方法。2 靠弯矩和剪刀作用使金属产生变形的方式有弯曲和剪切。弯曲：在弯矩作用下进行剪切变形的加工方法。为了扩大品种和提高加工成型效率，常常把上述这些加工方式组合起来，而形成新的组合加工变形过程。就轧制来说，目前已成功的研究出或正在研究与其它

15、基本加工变形方式的组合过程。诸如，锻造和轧制组合过程，可产生各种变断面零件，扩大轧制品种和提高锻造加工效率；轧制和挤压组合的轧挤过程，如纵轧压力穿孔，它可以对斜轧法难以穿孔的连坯（易出现内裂和折迭）进行穿孔，并可使用方坯代替圆坯；拉拔和轧制组合的拔轧过程，使带钢通过一系列轧辊构成的孔型进行弯曲成型，可生产各种断面的冷弯型材；轧制和剪切组合的搓轧过程的，如因上下工作轧辊线速不等（也叫异步轧制）而造成上下辊面对轧件摩擦力方向相反的搓轧条件，可显著降低轧制力。3 按加工时的共建温度特征分类按加工时的工件温度特征分类分为热加工、冷加工和温加工。热加工：在进行充分再结晶的温度以上所完成的加工方法叫热加工

16、。冷加工：再不产生回复和再结晶的温度以下进行的加工方法叫冷加工。温加工：介于冷加工和热加工之间的温度进行加工的方法叫温加工。一般情况下，热加工时，为了改善钢材性能，常常要控制加热温度、变形终轧温度、变形程度和加工后钢材的冷却速度。如控制轧制就是控制加热温度、终轧温度、变形程度和轧后钢材的冷却速度，从而提高钢材的综合性能。热加工比较多，如大型的型钢、棒材、轨梁、中厚板机线材生产。冷加工的实质是冷加工，退火冷加工成品退火的交替过程，从而得到表面光洁、尺寸精确、组织性能良好的产品。如薄板、带钢的生产等。温加工的目的有的是为了降低变形抗力（如奥氏体不锈钢温轧）；有的是为改善钢的塑性（如高速钢的温拔、温

17、轧等）；也有的是为了在韧性不显著降低时提高钢材的强度。如合金结构钢在低温过冷的不稳定奥氏体区进行温轧，然后冷却下来获得微细结构的马氏体，并进行回火，从而得到具有一定韧性的高强度钢材。各种加工变形方式的适当组合可建立扩大品种、提高加工成型效率的新的加工变形过程。加工变形和热处理适当配合可显著改善钢材的组织性能，可以更经济、更有效的使用钢材。1.6 加热及加热设备1.6.1加热设备及其分类在轧钢生产中一般都要用加热炉来进行钢坯的加热。加热炉形式多种多样。如连续式加热炉、换热式加热炉和蓄热式加热炉等。但不论那种加热炉一般都由以下几部分组成：炉膛、燃料系统、供风系统、冷却系统和余热利用装置等。1.62

18、加热炉的分类轧钢车间加热炉炉型结构种类很多，如何选用具体类型的加热炉尤为重要。一般加热炉的类型有以下几种。1 按照热能来源来分，可分为固体、液体和气体燃料炉。具体可分为燃煤加热炉、煤气加热炉、燃油加热炉等。2 按生产连续性分，由连续作业炉和间歇作业炉。3 按炉子温度分布分，由炉温连续变化的连续炉和炉温不变的室状炉。4 按炉底机械化结构及炉料运动方式不同分：有推钢式加热炉、环形加热炉、步进式加热炉、辊底加热炉、车底加热炉和链带加热炉等。5 按加热坯料特征分，有钢坯加热炉，管坯加热炉、钢管加热炉、板坯加热炉等。1.6.3 连续式加热炉及其分类连续式加热炉是轧钢车间应用最普遍的炉子。钢坯由炉尾装入，

19、加热后由炉头排出。推钢式连续式加热炉，钢坯在加热炉内是靠推钢机的推力沿炉底滑道不断向前移运；步进梁式连续加热炉，钢坯在加热炉内是由步进梁的移动将钢坯向前移运的，它是目前应用比较广泛的一种加热炉。连续式加热炉的工作是连续的，钢坯不断地加入，加热后不断地排出。在炉温稳定工作的条件下，炉内各点的温度可以视为不随时间而变，属于稳定温度场，炉膛内传热可以近似地当作稳定态传热，钢坯内部传导则属于不稳定态传热。具有连续式加热炉工作特点的炉子很多，从结构、热工等方面看，连续式加热炉、可按下列特征进行分类。1 按温度制度可分为两段式、三段式和强化式加热炉。2 按加热金属的种类可分为加热方坯的、加热板坯的、加热圆

20、管坯的和加热异型钢坯的加热炉。3 按所用燃料种类可分为使用固体燃料的、使用重油的、使用气体燃料的和使用混合燃料的加热炉。4 按空气和煤气的预热方式可分为换热式的、蓄热式的、不预热的加热炉。5 按出料方式可分为端出的和侧出的加热炉。6 按钢料在炉子内运动的方式可分为推钢连续式、步进梁式、辊底式、转底式和链式加热炉等。7 除上述之外，还可以按其它特征进行分类，如料坯排放、供热点位置等。总之，加热制度是确定炉子结构、供热方式及布置的主要依据。1.6.4 推钢连续式加热炉 推钢连续式加热炉根据炉温制度可分为两段式加热炉、三段式加热炉和多点供热式加热炉。 三段推钢连续式加热炉 在推钢式连续式加热炉中，三

21、段推钢连续式加热炉是应用比较多的一种。它由预热段、加热段、均热段组成。1 三段推钢连续式加热炉的加热制度三段推钢连续式加热炉在加热制度上采取预热期、加热期和均热期的三段温度制度。在炉子的结构上也相应地分为预热段、加热段和均热段三段。一般有三个供热点，即上加热、下加热与均热段供热。断面尺寸较大的钢料和合金钢料的加热，多采用三段式连续加热炉。三段推钢连续式加热炉，钢坯是由炉尾推入后，预热段温度一般在850950，先进行缓慢升温，然后钢坯被推进加热段进行强化加热，把钢坯升温到出炉所需要的温度，这时温度保持在12001250；最后，钢坯进入均热段进行均热，使钢坯断面上的温度逐渐趋于均匀。均热段的温度一

22、般为12501300，即比钢坯的出炉温度高约50。现在连续加热炉的加热段及均热段的温度有提高的趋势。为保证各段温度分布的均匀性，各段温度可以分段自动调节，使炉温的控制更加灵活。近年来有些国家由于能源的紧张，又出现了一个新的动向，即不强调炉子的生产能力，而强度节约能源，由高产型的炉子向节能型的炉子转变。延长了预热段和整个炉长，降低了废气出炉温度，使炉底强度下降，单位热耗下降。由于炉长的增加，设备投资有所增加，但由于热能的节约，投资很快可以收回。2 三段推钢连续式加热炉的供热分配连续加热炉的供热是根据加热工艺所要求的温度制度来分配的，它保证加热制度的实现和钢坯加热温度的均匀性，并和炉子生产率有密切

23、的关系。一般情况下，三段的供热是这样分配的，上均热段、上加热段、下加热段的供热能分配比例为30：40：60。当炉底水管采用绝热包扎有效时，可以适当减少加热燃料的比例。3 三段推钢连续式加热炉的装料与出料方式装料和出料方式有：端进端出、端进侧出和侧进侧出几种，其中主要是前两种，侧进侧出的炉子比较少。一般加热炉都是端进料，钢坯的入炉和推移是靠推钢机进行的。炉内料坯有单排放的，也有双排放的，要根据钢坯的长度、生产能力和炉子长度来确定的。推钢式加热炉的长度受到推钢比的限制，所谓推钢比是指钢坯推移长度与钢坯厚度之比，推钢比太大会发生拱钢或翻炉事故；其次，炉子太长，推钢的压力太大，高温下容易发生粘钢现象，

24、很难处理。1.6.5 加热炉常用燃料 燃料是指凡能燃烧并能应用于工业生产及满足生活需要的在技术上合理、经济上合算的可燃物质都可称为燃料。轧钢生产中经常用于加热炉的燃料有烟煤、重油、焦油、天然气、高炉煤气及焦炉煤气、发生炉煤气等。 燃料的分类 1固体燃料，如烟煤、无烟煤。煤粉等。 2液体燃料，如重油、轻柴油、焦油等。 3气体燃料，如天然气、高炉煤气、焦炉煤气、发生炉煤气及混合煤气等。 目前冶金企业加热炉最为广泛采用的是气体燃料，下面重点介绍气体燃料： 1天然气。天然气是直接由地下开采出来的可燃性气体，是一种工业经济价值很高的气体。它的主要成分是甲烷。它是一种无色、稍带腐烂臭味的气体。 2高炉煤气

25、和焦炉煤气。高炉煤气是炼铁生产的副产品，通常加热炉使用的高炉煤气都是经过净化后的煤气。焦炉煤气是炼焦生产的副产品。 3高炉焦炉混合煤气。高炉焦炉混合煤气是指高炉煤气与焦炉煤气比值大约为10：1的混合气体。1.6.6 加热炉的加热能力 1 加热炉生产能力的表示方法 a）、炉子生产率是表示炉子生产能力大小的指针，即单位时间加热金属量（t/h或Kg/h）。 b)、炉底强度是单位时间内单位炉底面积所加热的金属量（Kg/(h)），是用来比较不同炉子的生产能力。它有两种表示方法：一种是钢压炉底强度，另一种是有效炉底强度。两者之间的区别是前者的炉底面积是指钢压住的那一部分面积，后者的炉底面积是整个有效炉底面

26、积。假设炉子生产率为G（Kg/h），钢压面积或有效炉底面积为A。则炉底强度为：P=G/A。 2 影响炉子能力的主要因素 a)、工艺因素。如作业周期、加热品种、钢料入炉温度、出钢温度、加热均匀性、工艺保温等工艺因素。 b)、热工因素。工艺因素一定时，炉子的供热负荷、温度制度、炉压制度、供热制度、炉膛热交换、炉子余热利用等热工因素对炉子生产能力大小起着关键性的作用。 c)、其它因素。如进出炉温度、炉子的机械化和自动化装备水平等直接影响炉子的能力。 1.6.7 钢的加热工艺 1 钢加热的品质 加热质量直接影响到钢材的质量、产量、能源消耗以及轧机的寿命。正确的加热工艺可以提高钢的塑性，降低热加工的变形

27、抗力，及时为轧机提供加热质量优良的钢坯，保证轧机生产顺利进行。反之如加热温度较高，发生钢的过热、过烧，就会造成废品。因此合理地控制加热温度是至关重要的。钢的加热工艺包括：钢的加热温度和加热均匀性、加热速度和加热时间、炉温制度、炉内气氛等。 2 钢的加热温度 钢的加热温度是指钢料在炉内加热完毕后出炉时的钢料表面温度，一般在10501180。3 钢的加热速度和加热时间 加热速度是指单位时间内钢坯表面温度的上升速度，以/h表示。加热时间是指钢坯从常温加热达到出炉温度所需的总时间。4 钢加热的均匀性钢加热的均匀性是指钢坯在加热过程中钢坯（锭）内部和外部温度差的大小。5 钢的加热制度钢的加热制度包括：炉

28、温制度和供热制度。6 钢的加热缺陷在加热过程中，如果控制不好，常会出现一些加热缺陷。如过热、过烧、脱碳、氧化等缺陷。A、过热是当加热温度超过AC3时，钢的晶粒过度长大，从而引起晶粒的结合力减弱，钢材的机械性能恶化的现象。产生原因有：a) 钢在加热段的温度过高，在均热段的保温时间过长；b) 钢的化学成份影响钢的过热敏感性。过热的钢坯可以通过退火加以挽救，使之恢复到原来的状态但这样做严重地影响加热炉的产量，并增加燃料和人力的消耗，因此加热过程中，应避免发生过热。B、过烧是指钢在高温下，在强烈的氧化介质中加热时，氧渗透到钢内部杂质比较集中的晶粒边界，使晶界开始氧化和部分熔化，形成脆壳，严重破坏晶粒间

29、的连结的现象。产生过烧的原因有：a) 钢的加热温度过高，加热时间过长；b) 在氧化性炉气中加热易产生过烧；c) 钢的化学成份影响。C、钢的脱碳是指钢料在高温炉内加热过程中，钢表面一层碳含量降低的现象。脱碳与钢的化学成份、加热温度、加热时间、炉内气氛有密切关系。D、钢的氧化是指钢在加热过程中钢的表面与炉内的氧化性气体发生氧化反应，生成氧化铁皮的过程。1.7 轧制过程的基本概念轧制又称压延，是压力加工中应用极为广泛的一种生产形式。所谓轧制就是指金属在两个旋转的轧辊之间受压缩而进行塑性变形的过程。金属可通过轧制获得一定尺寸、形状和性能的产品。1.7.1 变形区及其主要参数轧制过程中变形区的主要参数。

30、轧件与轧辊相接触，并在一定的条件下受轧辊压力作用，轧件连续不断地产生变形的那个区域，称为轧制时的变形区。近几年来轧制理论的发展，除了研究变形区的几何尺寸外，又对几何变形区之外的区域进行了研究。因为轧件实际不仅在变形区范围内变形，其以外的地区也发生变形。在简单轧制时，变形区的横断面可以看作梯形，变形区可以用轧件入出口断面的高度H、h、（或平均高度hc）和宽度BH、Bh(或平均宽度BC)及变形区长度l，接触弧所对应的圆心角即咬入角来表示。上述各参数均为变形区的基本参数。1.7.2实现轧制过程的条件实现轧制过程的必要条件是轧辊能把轧件拉入辊缝中去，从而实现轧件的变形，并能连续不断地进行轧制。实现轧制

31、咬入过程的实质是当轧辊与轧件接触时，轧辊对轧件有作用力，力的作用方向和大小反映出实现咬入的条件。1 轧制开始咬入的条件轧件与轧辊接触时，轧辊对轧件的作用力如图72所示。当轧件接触到旋转的轧辊时，在接触点上（实际上是一条沿辊身长度的线）轧件以一力P压向轧辊，因此，旋转的轧辊即以与作用力P大小相同、方向相反的力作用于轧件上。同时在旋转的轧辊与轧件间产生一摩擦力T。P力是径向方向的正压力；T力的方向是沿轧辊切线方向，与P力垂直，且与轧辊转动方向一致的。根据库伦摩擦定律，有如下关系。 T=fP式中f轧辊与轧件的摩擦系数2 轧件被轧辊咬入的条件由轧件受力图73可以看出，力P是外推力，而T是拉入力，当TP

32、时把轧件拉入轧辊辊缝。进一步分析还可以把P和T进行分解，即分解P为Px和Py，分解T为Tx和Ty。垂直分力Py和Ty压缩轧件，使轧件高度减小产生塑性变形。水平力Px和Tx是影响轧件可否被咬入的力。Px方向与轧件运动方向相反，阻碍轧件进入轧辊间，称为推出力；Tx与轧件运动方向一致，并将轧件拉入辊隙，称为咬入力。显然，当Px大于Tx时，咬不入；当Px小于Tx时，能够咬入；当Px等于Tx时，是轧辊咬入轧件的临界条件。由图73可知：Px=Psin,T=Tcos.当Px=Tx时，Psin=Tcos则T/P=sin/cos=tan,已知T/P= f，所以f= tan。f=tan表明，咬入角的正切等于轧件与

33、轧辊间摩擦系数f时，是咬入的临界条件，改变此式f=tan也可以写成如下形式tan=tan或=，此式即轧辊咬入轧件的临界条件，故轧制过程的咬入条件为摩擦角大于或等于咬入角。即。在一定条件下，f为一定值时，即已知，则咬入角的最大值max=。所以轧制过程开始阶段咬入的条件为： 当，PxTx时，不能咬入；当，PxTx时，可以咬入；当=，Px=Tx时，为咬入临界条件；1.7.3 最大压下量的计算及改善咬入的措施1 最大压下量的计算根据式max=，咬入角的最大值等于摩擦角。即按最大咬入角max所计算的压下量即为最大压下量。则hmax=Dk(1-cosamax)。若用摩擦系数表示最大压下量为：2 影响咬入的

34、因素a) 轧辊直径及压下量对咬入的影响由公式h=Dk(1-cos) 使h=常数，显然在增加轧辊直径时，咬入角要减小。由此得出增加轧辊直径时，在摩擦系数相同的条件下，可以改善咬入条件。 在Dk=常数时，压下量减小，咬入角减小，能改善咬入条件，但使轧机的产量降低。在=常数时，压下量与轧辊的直径成正比。b) 作用水平力对咬入的影响沿轧制线方向给轧件所加的推力和惯性力，都有助于轧件的咬入。c) 轧辊表面状态对咬入的影响轧辊表面状态即轧辊表面与轧件表面接触的状态，对轧件能否被咬入有很多关系。轧辊表面愈粗糙，则摩擦系数愈大，即愈有利于轧件的咬入。因此，有时在辊面上刻痕或焊痕。但这种方法容易引起产品表面光洁

35、度的恶化，一般仅用于初轧或开坯的前几个道次。d) 轧制速度对咬入的影响由于轧制速度的提高，降低了轧件与轧辊接触面的摩擦系数和轧件咬入时的惯性力，它们都不利于轧件的咬入。e）轧件形状对咬入的影响轧件形状，特别是轧件前端的形状，与轧件是否容易地被咬入有很大的关系。通常轧件形状有三种情况：1）铸锭前端大于后端，不利于咬入。 2）铸锭前端小于后端，利于咬入。3）铸锭两端为尖形或圆形，利于咬入。4）仅有下辊为主传动，上辊靠摩擦带动的轧机，对咬入不利。3 改善咬入条件的措施根据咬入条件及影响咬入的因素，可以得出以下改善咬入的措施。1） 减小咬入角的方法a） 用楔形钢坯进行轧制，使有利于咬入，一旦轧件被咬入

36、后，即可加大压下量，充分地利用咬入后剩余摩擦系数，对产品质量也无不良影响。在生产中常常采用这种方法进行试小料的孔型摩擦系数。b） 冲力送入，使轧件冲向轧辊，将轧件前端压扁成楔形，使合力作用点前移，以致改善咬入，也称为强迫咬入。在生产中常常采用轧机前设夹送辊夹送轧件，进行强迫咬入。2） 提高摩擦角的方法a） 改变轧件或轧辊的表面状态，以提高摩擦角。采用刻痕、堆焊或滚花的的轧辊，以增加轧辊的粗糙度，加大摩擦系数来改变咬入。b） 降低轧辊咬入时的速度，以增加摩擦力。c） 减小孔型侧壁斜度的角度。适当减小孔型侧壁斜度，可避免轧件过充满而产生耳子，采用双侧壁斜度孔型，即把槽底处侧壁斜度减小，能充分夹持住

37、轧件，促进咬入。1.7.4 轧钢工艺制度轧钢工艺制度主要包括温度制度、轧制制度和冷却制度。1 温度制度温度制度是指钢坯在轧制前要经过加热，使其达到轧制所要求的基本温度范围，这样能够更好、更容易进行塑性变形。是轧钢工艺制度中最基本的制度。2 轧制制度轧制制度主要包括变形制度和速度制度。变形制度主要是指在轧制过程中轧件发生的纵变形（前滑和后滑）和横变形（宽度）。速度制度就是在轧制过程中确定各道次的轧制速度。3 冷却制度冷却制度是指经热轧成形的钢材，经过控制冷却，从而达到所需的金相组织和力学性能的冷却过程。冷却方式分为自然冷却和控制冷却。自然冷却是轧后的钢材在散冷辊道上自然空气冷却。控制冷却是对轧后

38、的钢材进行人为的温度控制冷却方式，以达到预期的产品内部组织和力学性能的控制方式。1.8 轧制过程中的宽展在轧制变形过程中，金属纵向流动产生延伸，横向流动产生宽展。宽展量大小一般用轧制前后轧件宽度差的绝对值表示。如前所述，宽展还可以用宽展系数=b/B来表示。在轧钢上，使用宽展指数b/h表示宽展量与压下量的关系。由于宽展的大小受轧件尺寸（宽度、高度和变形区长度）和轧制条件（轧辊直径、轧制温度、轧制速度、摩擦系数和轧件的材质）等因素的影响，所以精确地确定在各种轧制条件下的宽展，是孔型设计中的一个难点。另外，宽展的大小对于实现负偏差轧制，提高经济效益，改善技术经济指标，也是重要的保证。因此，研究和讨论

39、轧制过程中的宽展，对于轧制生产具有十分重要的意义。1.8.1 宽展的种类和组成1 宽展的种类在轧制进程中，金属的流动是按最小阻力定律进行的，有纵向和横向流动。金属在横向及宽度方向的流动称为宽展。一般情况下宽展有三种：a)、自由宽展 在轧制过程中，金属高度方向受到轧辊的压力作用而按照最小阻力定律向纵向和横向自由的流动，在横向的流动就形成自由宽展。在这种情况下，金属的流动只受到轧辊所施加的摩擦阻力的影响。b)、限制宽展 坯料在轧制过程中，除受到轧辊所施加的摩擦阻力外，金属在横向流动时，还受到孔型侧壁所给的阻力，在这种情况下金属在宽度方向上的流动称为限制宽展。c)、强迫宽展 金属质点在横向移动时，除

40、受轧辊辊身横向摩擦系数发生宽展外，孔型槽底的凸度也可使轧件产生强迫宽展。在凸形孔型中轧制时，由于凸型孔型的侧壁对轧件横向力的作用下，促进轧件的宽展。宽展同金属的性质和变形的条件有很大的关系，在不同金属的变形条件下，宽展的程度是不同的。一般小型轧机上的宽展量为0.53，初轧机可达1525。因此，准确地计算宽展值才能保证钢产品的形状和尺寸的精确。2 宽展的组成由于轧辊与轧件接触表面上摩擦的作用，以及在变形区的形状和尺寸的不同，沿接触表面上金属的质点流动是不同的。一般有滑动宽展、翻平宽展和鼓形宽展三部分组成。a) 滑动宽展 是指金属在与轧辊的接触面上，由于产生相对的滑动而使轧件宽度增加称为滑动宽展，

41、用B1表示， B1=B1-BH式中 B1轧件发生滑动宽展后的宽度BH轧件原始宽度。b) 翻平宽展 是指金属在与轧辊接触表面的摩擦阻力作用下，发生变形时，迫使轧件侧面金属质点翻转到接触表面，使轧件宽度增加称为翻平宽展，用B2表示。 B2=B2-B1=B2-B1-BH 式中 B2轧件发生翻平宽展后的宽度c) 鼓形宽展 是指轧件发生不均匀变形，其侧面变为鼓形而形成的宽展称鼓形宽展，用B3表示，B3= B3-B2=B3-B1-B2-BH式中 B3轧件发生鼓形宽展后的宽度一般理论上计算的宽展都是将轧制后的轧件横断面看为同一厚度的矩形轧件的宽度与原始宽度的差值。在轧制过程中，影响以上三种宽展的因素有：接触

42、表面的摩擦系数；变形区的几何参数和高度方向变形量的大小。1.8.2 影响宽展的因素 在轧制过程中，影响宽展的因素很多，它们之间有着很复杂的关系。一般按体积不变定律的最小阻力定律，来分析影响宽展的因素。1 压下量对宽展的影响随着压下量的增加，宽展量也增加。因为在轧制过程中，压下量增加，引起轧件在高度方向上的金属体积减少，由体积不变定律，横向流动的金属体积必然增加，因此宽展增加。2 轧辊直径对宽展的影响随着轧辊直径的增加，宽展量也增加。因为在轧制过程中，轧辊的直径增加，变形区的长度增加，纵向延伸阻力随着增加，由最小阻力定律，宽展也增加。3 轧件宽度对宽展的影响在轧件宽度小于某一定值时，轧件宽度的增

43、加，使轧件的宽展也增加。如果超过这一定值时，轧件宽度的增加，反而宽展减小，而且以后不再对宽展发生任何影响。4 摩擦系数对宽展的影响摩擦系数增大，宽展随之增大。在轧制过程中，由于轧辊的表面粗糙程度增加，使摩擦系数增加，摩擦阻力对轧件纵向阻力大于横向阻力，故轧件的宽展增加。其他因素如轧制温度、轧制速度、润滑状况及轧件的表面状态、化学成份等，都是通过摩擦系数影响宽展的。5 轧制道次对宽展的影响若总压下量一定时，则轧制道次越少，宽展越大。这是在道次增多时，在总压下量一定的情况下，每个道次的压下量也要减少，变形区长度随之减小，促使纵向摩擦阻力减小，引起轧件延伸增大，所以宽展必然要减小。6 金属性质对宽展

44、的影响金属材质对宽展的影响，主要是通过金属的化学成份改变、金属氧化铁皮的形成和性质，使摩擦系数发生增大或减小，从而使宽展增大或减小。7 后张力对宽展的影响后张力对宽展的影响比前张力的影响大。随着后张力的增加，宽展减小。但并不是无限制的减小。当后张力增加到剪切屈服极限时，轧件宽展为零。在某些情况下，甚至导致轧件宽度上的拉缩。8 外端对宽展的影响外端是指金属的几何变形区以外的金属体积，分布在入口平面以前和出口平面以后，外端使沿轧件的纵向延伸均匀，必然使宽展减小。当外端不存在时，宽展增加。1.9 轧制过程中的纵变形前滑和后滑1.9.1 前滑和后滑在轧制过程中轧件在高度方向受压缩的金属，一部分向纵向流

45、动，使轧件形成延伸；一部分向横向流动，使轧件形成宽展。轧件的延伸是由于金属向轧辊入口和出口两个方向流动的结果。在轧制过程中，轧件出口速度大于轧辊在该处的线速度的现象称为前滑。而轧件进入轧辊的速度小于轧辊在该处线速度的水平分量的现象称为后滑。通常将轧件出口速度与对应点的轧辊圆周速度之差同轧辊圆周速度的线速度之比值称为前滑值。式中：Sh前滑值Vh在轧辊出口处的轧件速度V轧辊的圆周速度将轧件入口速度与轧辊在该点圆周速度的水平分速度之差同轧辊圆周速度水平速度之比值称为后滑值。式中：SH后滑值 VH在轧辊入口处的轧件速度1.9.2 影响前滑的因素由实验研究和生产实践表明，影响前滑的因素很多，但总的来说主

46、要有以下因素 ：压下率、轧件厚度 、摩擦系数、轧辊直径、轧件宽度 、前后张力、孔型形状等。凡是能影响这些因素的参数都将影响前滑值的变化。1 压下率对前滑的影响前滑随压下率的增加而增加，其原因是由于高度方向压缩变形增加，纵向和横向变形增加，因而前滑值增加。2 轧件厚度对前滑的影响轧件在轧后厚度h减小时前滑增加。在轧制过程中，轧辊半径和中性角不变时，轧件厚度h越小，则前滑值越大。3 轧件宽度对前滑的影响当轧件宽度小于40时，随轧件宽度的增加，前滑值也增加；但轧件宽度大于40时，宽度再增加，其前滑值则为一定值。前滑值随轧辊的直径增大而增大。在其它条件不变的情况下，当轧辊直径增加时，咬入角就要降低，而

47、摩擦角保持不变，所以稳定轧制阶段的剩余摩擦力相应地增加，由此将导致金属塑性流动速度的增加，也就是前滑值的增加。4 摩擦系数对前滑的影响在压下量及其它工艺参数相同的条件下，摩擦系数f越大，其前滑值越大。这是由于在摩擦系数增大时，引起剩余摩擦力增加，从而增大前滑值。5 张力对前滑的影响当前张力增大时，使金属向前流动的阻力减小，从而使向前的速度增加，增大了前滑区，使前滑值增大。6 孔型形状对前滑的影响轧制时所采用的孔型形状对前滑也有一定的影响，在轧制过程中沿孔型周边各点轧辊的线速度不同，但由于金属的整体性和外端对金属的作用，轧件横断面上的各点又必须以同一速度出辊。这就必然引起孔型周边各点的前滑值不同