H型钢轧制理论

一、 H 型钢轧制方法

H 型钢的轧制方法按历史的顺序，可大致分为以下3类： (1)利用普通二辊或三辊式型钢轧机的轧制法； (2)利用一架万能轧机的轧制法； (3)利用多机架万能轧机的轧制法。

1、利用普通二辊或三辊式型钢轧机的轧制方法

这种轧制方法大多采用生产普通工字钢的直轧法、斜轧法和弯腰对角轧制法生产工艺。这种轧制方法只能轧制小规格的H 型钢，生产效率低，质量不稳定，不能生产中等规格以上的宽腿H 型钢。 2、利用一架万能轧机的轧制方法

它的主要特点是利用二辊开坯机和两架三辊式轧机进行粗轧，用一架万能轧机进行精轧。缺点是轧辊磨损快且不易恢复，一次轧出量少，更不适合轧制多种尺寸H 型钢。

3、利用多机架万能轧机的轧制方法

用多架万能轧机轧制H 型钢，万能轧机除被驱动的上下两水平辊外，在水平辊两侧设置被动立辊，共用四个轧辊形成一个孔型。万能轧制这种方法在世界上已获得普遍应用，是现代化H 型钢的生产方法。

（1）格林法。格林法轧制的特点是采用开口式万能孔型，腰和腿部的加工是在开口式万能孔型中同时进行。

（2）萨克法。萨克法是闭口式万能孔型，在孔型中腿是倾斜配置的，在最后一道中安置圆柱立辊的万能机架。在萨克法中粗轧万能孔型，其水平辊侧面采用较大斜度，可减少水平辊磨耗，同时由于立辊是采用带锥度的，可减少轧制道次和万能机架数量，节约设备投资。

（3）杰普泼法。主要特点是粗轧采用萨克法斜配万能孔型，精轧采用格林法开口式万能孔型。 4、X －H 轧制法

X －H 轧法是SMS 取得专利的轧法。X －H 轧法有如下优点：更高的生产能力；更高的温度水平；更少的轧制压力及驱动功率；提高轧辊的使用寿命；控温轧制实现可能；更长的轧件长度。X －H 轧制方法是目前世界上生产H 型钢比较流行的轧制方法，已经被多数新建或新改造的Ｈ型钢厂所广泛采用。

二、 H 型钢轧制参数

轧制压力，轧制力矩，各道次压下量，轧制温度，轧机孔型，宽展

三、 H 型钢轧制变形区

基本假设如下:

①材料为各向同性且不可压缩; ②忽略弹性变形的影响; ③忽略惯性力的影响; ④假设Σ=m k,k=3/

⑤在变形区内,材料服从米赛斯(R.V onM ises)屈服条件和流动法则。

由于轧件在一对水平辊和一对立辊之间产生变形,根据孔型和轧件的对称性,

只研究其1、4变形区的yz 和xy 断面(见图1)。考虑到翼缘和腹板交界区域变形的复杂性,将变形区断面分为3个小变形区,即:腹板变形区(1区)、交界变形区(2区)和翼缘变形区(3区),如图1所示。

图1 变形区示意图

考虑与水平辊接触前的变形,腹板厚度式为 2

2

1x

R R h h h --

+

q

x x ≤≤0 h=

2

20)

(x l R R h v --+-

v

q l x x ≤≤

在此

q

q v h x x l R R /)(-=

()

[

]2

102

10/)(2h h l h h l R x v v h q -+-=

将轧辊视为刚体，翼缘厚度用下式表示：

2

2

1x

R R t t v v --

+=

假设翼缘宽度按下式变化：

()2

101⎪

⎭⎫

⎝⎛-+=v l x B B B B 在通常轧制条件下,由于翼缘先和立辊接触并产生变形,翼缘内金属的纵向流

动速度。在变形开始阶段应大于腹板内金属的纵向流动速度,随着变形的深入以及腹板开始与水平辊接触并产生变形,二者差距逐渐减小,直至最终以相同速度离开辊缝。在特殊轧制条件下,上述变形过程可能相反,如在立辊偏移式轧机上轧制H 型钢或采用特殊轧制工艺时,腹板可能先与水平辊接触并产生变形,此时腹板内金属的纵向流动速度可能会大一些。因此,在变形区内,主要在交界变形区附近,金属除纵向流动外,还会交替地从翼缘流向腹板,或从腹板流向翼缘。基于上述考虑，假设一个反映翼缘和腹板内金属的纵向流动速度差的函数如下

=

-=∆wx fx x v v v

()()()

2

/∆--∆∆l x l x l l v δ ∆≤≤l x 0

()()

∆--l x x l v δ v l x l ≤≤∆ （1）

该函数较确切地反映了金属在翼缘和腹板间的双向流动情况。根据秒流量相等原理和式(1),可以分别确定翼缘和腹板内金属的纵向流动速度。

四、 H 型钢轧制金属流动

由于H 形轧件是在水平辊和立辊构成的孔型中轧制，其接触条件、压下条件、摩擦条件、几何条件等都比较复杂，轧制中除产生纵向延伸外，还有复杂的横向流动。影响金属流动的主要因素有：腰、凸缘的压下率及它们的比值；腰、凸缘的尺寸及尺寸比。

分析可知，金属在腰与凸缘间的流动具有如下特点：

（1）当断面形状系数较小时，即腰的面积占凸缘面积的比例较小时，金属流动率较大；

（2）当y t ηβ＞t η时，m γ为正，A ∆＞0，即腰部金属向凸缘流动。 式中：y η－腰压下系数，12

y d d η=

；

t β－凸缘宽展系数，21t H H β=；

t η－凸缘压下系数，12

t t t η=

；

m γ－金属流动率，111y t t

m

t y

ηβηγληη⎛⎫

-= ⎪ ⎪+⎝⎭

； A ∆－金属流动面积，111y y t t

t y

b d A ηβηληη⎛⎫-∆=

⎪ ⎪+⎝⎭

。 （3）当y t t ηβη=时，m γ为0，A ∆=0，腰与凸缘之间没有金属流动。 （4）当y t ηβ＜t η时，m γ为负，A ∆＜0，凸缘金属向腰部流动。

H 型钢在万能轧机孔型中轧制时，变形区分为Ⅰ区和Ⅱ区（见图3）Ⅰ只有

凸缘压下，腰部无压下。这时，由于凸缘压下以后，被压下的金属向纵向流动形成延伸，向横向流动形成凸缘宽展。而腰部无压下也无延伸。由于凸缘和腰是一个整体，腰限制凸缘的延伸，使其受到纵向附加压应力，在此压应力的作用下，凸缘被压缩的金属只有向高向流动形成凸缘的宽展，向腰部流动使腰部增厚；于此同时，腰部受到凸缘延伸的影响，引起纵向附加拉应力，该附加拉应力将使腰