板带轧制理论与工艺1绪论pps
板带轧制理论与工艺1绪论pps
RAL 2. 钢板冷轧过程的特点
小辊径的优点：减小接触区－减小轧制力－减小弹性变形－有利轧薄
工作辊 直径
510mm 295mm 200mm
13MN 6.4MN
4.3MN
RAL 2. 冷轧过程特点－最小可轧厚度
• 最小可轧厚度理论（Tong-Sacks理论，Ford－Alexander理论） hmin=1.544μC0 k R ≈ D/3000
突破最小可轧厚度：90mm辊径轧制出0.005mm(钢)，0.0035mm(铜)
•缺点：1）轧机震动；2）负荷分配不均，快辊负荷大
RAL 2. 冷轧过程特点－不对称轧制
• 异径轧制：上下辊采用不同的辊径 • 优点：减小接触弧长度，减小轧制力
RAL 现代冷轧带钢生产技术新进展讲座
3.冷连轧工艺 及其新进展
RAL
弯曲＋张力预除鳞
Bending
+
Tension
Stretching Anti-cambering
unit
unit
Entry Bridle
Leveling Mill Exit Bridle
Elongation
Edge Wave
Center Wave
Quarter Buckle
Flat Sheet
RAL 3. 冷连轧工艺及其新进展
带钢冷轧发展的 3 个阶段：
－ 单机可逆轧制
－ 连续式轧制（通常3－6个机架）
－ 无头轧制
全连续无头轧制 CDCM（酸-轧联合机组） FIPL(酸-轧-退连续生产线)
RAL
特点 • 前后带卷筒，正反转轧制 • 控制系统简单 • 操作维护容易 • 投资少，见效快
单机可逆轧制
轧制理论)轧制原理PPT
开发专门的数值模拟软件，如MSC.Marc、ABAQUS等，可实现轧制过程的可视化模拟， 提高模拟的准确性和效率。
模拟结果验证
通过与实际轧制实验数据的对比，验证计算机模拟结果的准确性和可靠性，为实际生产 提供指导。
人工智能技术在轧制理论中的应用
神经网络模型
应用神经网络模型对轧制过程进行建模和预测，可以实现轧制参数 的优化和自适应控制，提高产品质量和生产效率。
制压力和力矩。
05 轧制过程中的温度场和应力场分析
CHAPTER
温度场分析的基本原理和方法
热传导方程
描述物体内部温度分布随时间变 化的偏微分方程，是温度场分析 的基础。
初始条件和边界条
件
确定热传导方程的解，初始条件 为物体初始时刻的温度分布，边 界条件为物体表面与周围环境之 间的热交换情况。
有限差分法
02 轧制变形基本原理
CHAPTER
轧制变形的基本概念
轧制变形
指金属坯料在两个旋转轧辊的缝 隙中受到压缩，产生塑性变形， 获得所需断面形状和尺寸的加工
方法。
轧制产品
通过轧制变形得到的产品，如板材、 带材、线材、棒材等。
轧制方向
金属在轧辊作用下变形的方向，通 常与轧辊轴线平行。
轧制变形的力学基础
利用塑性变形区的滑移线 场，通过数学解析计算轧 制压力。
上限法
基于塑性变形理论的上限 定理，通过构建速度场计 算轧制压力的上限值。
轧制力矩的计算方法
能量法
根据轧制过程中的能量守恒原理，通过计算变形 功来计算轧制力矩。
解析法
基于弹性力学和塑性力学理论，通过数学解析计 算轧制力矩。
有限元法
利用有限元分析软件，对轧制过程进行数值模拟， 从而计算轧制力矩。
轧制过程基本概念
1
第一章 绪 论
1）材料加工的地位和作用
材料的四基本要素 2
2）金属塑性加工的分类
金属塑性加工是使金属在外力（通常是压力）作 用下，产生塑性变形，获得所需形状、尺寸和组 织、性能制品的一种基本的金属加工技术。 基本塑性加工方法有轧制、锻造、挤压、拉拔、 拉深、弯曲、剪切等几类 。
3
3）金属塑性加工的主要方法
轧制 轧制
4
自由锻
自由锻，一般是在锻锤或 水压机上，利用简单的工 具将铸锭或棒材锻成所需
要的形状和尺寸。
锻压
在模锻锤、模锻水压 机或模锻压力机上利 用专用的模具来使金
属成形
5
挤压
有色金属型材、 管材的主要生产
方法
6
广泛用于电线 、电缆、金属 网线和各种管
材生产上
拉拔
所示。当轧件完全充满辊缝时，δ＝0，开始稳定轧制阶段。
轧件充填辊缝过程中作用力条件的变化图解
25
2.2.1分析稳定轧制过程的轧件受力 简化处理：设合力作用在接触弧的中点
合力作用点的中心角Φ随着轧件逐渐填充辊缝，合力作用点内移， 由Φ＝α开始逐渐减小。当轧件充填辊缝，即过渡到稳定轧制阶段， 合力作用点位置固定下来，所对应的中心角Φ也不再发生变化，并为 最小值。 即 Φ＝α/Kx， Kx－合力作用点系数
达到稳定轧制阶段时Φ＝ay/2
所以 βy>ay/2
27
假设由咬入阶段过渡到稳定轧制阶段的摩擦 系数不变且其他条件都相同，则稳定阶段的 允许咬入角比咬入阶段的咬入角近似认为大2 倍。
稳定轧制条件： βy≥ay/2
28
2.3 咬入阶段与稳定轧制阶段咬入条件的比较
极限咬入条件 a＝β
轧制原理概述及第一章
4. 变形区长度L
接触弧的水平投影称为变形区长度，由图2可知：
l AE R2 OE2
其中
OE 2
R
h 2
R2
R h h 2
R2
R h
2
4
l R2 R2 R h R h
F0 1F1，F1 2 F2，F2 3 F3 ，Fn1 n Fn
而
nБайду номын сангаас
F0 Fn 12 3 n
i
n p
i 1
有
p n
③ 压下率之间的关系
这里指积累压下率与道次压下率（与)之间的关系，根据定
义，积累压下率为 道次压下率为
h0 hn h0
1
h0 h0
h1
2
h1 h2 h1
n
第一章 轧制过程基本概念
1.1 轧制过程三阶段及变形区基本参数计算 1.1.1 轧制过程三阶段
1) 咬入阶段 一般将轧件的前端与轧辊相接触到轧件被咬入轧辊称为咬入阶 段。此时的主要问题是轧辊能否把轧件拽入轧辊中进行塑性 变形-即能否咬入。图1(a)中的角为轧件与轧辊相接触的圆弧 所对应的圆心角，称之为咬入角。
hn1 hn hn1
即
1 1
h1 h0
12
h2 h1
1n
hn hn1
则有
h1
h2
(1 2 )
h2
h3
(1 3 )
hn1
hn
(1 n )
如此递推，有下式成立：
1 1
h1 h0
1 h0
h2
(1 2 )
1 h0
h3
(1 2 )(1 3 )
1 h0
h4
(1 2 )(1 3 )(1 4 )
《板带轧制理论与工艺》课件
轧制理论部分
● 接触弧长： ● 相对压下量（压下率）：
● 相对宽展量（宽展率）：
轧制理论部分
●压下系数：
●4．金属沿轧件高向不均匀变形： 前滑区，后滑区，中性面
金属沿轧件宽度上的不均匀变形： 单鼓形 薄轧件 双鼓形：厚轧件
轧制理论部分
● 5．咬入条件：首先进行应力分解，然后列平衡方程式：
TX N X 0
工艺部分
●4． 对铸锭质量要求（化学成分，表面 质量，铸锭的内部质量） ●5. 轧制的两大任务:精确成型,改善组织 ●6. 加热目的:提高塑性，降低抗力，改善组织
加热温度:压共析钢,过共析钢
热装的优点,加热缺陷,加热炉的型式
●7． 变形程度,组织状态对性能影响 ●8． 开轧温度,终轧温度
工艺部分
轧制理论部分
●9前滑和后滑的概念。 ●10．影响前滑的因素（压下率，轧件厚度，轧件宽度，轧辊直径，
摩擦系数，张力） ●11．计算平均轧制压力的基本方程（卡尔曼方程－－采力柯夫公
式，奥罗万方程――希姆斯公式 ●12．应用希姆斯公式的图表计算轧制压力，斯通公式图表计算轧
制压力。 ）
轧制理论部分
● 13．影响金属实际变形抗力的因素（金属的屈服极限，变形温度，变形程度，变形速度） ● 14．轧制力矩计算公式： 其中：l为接触弧长
《板带轧制理论与工艺》
轧制理论部分
● 1．轧制的概念： 依靠旋转的轧辊与轧件之间形成摩擦力将轧件拖进辊缝之间，并使之受到压缩产生塑性变形的过 程。 目的：获得一定尺寸的形状尺寸和组织性能。
轧制理论部分
● 2．变形区的基本参数： 压下量： Δh＝D（1－cosα） 当α很小的时候（比如冷轧） 可用：
T cos N sin 0
板带轧制理论与工艺作业
板带轧制理论与工艺作业加工硬化是指金属材料在再结晶温度以下塑性变形时强度和硬度升高，而塑性和韧性降低的现象。
又称冷作硬化。
产生原因是，金属在塑性变形时，晶粒发生滑移，出现位错的缠结，使晶粒拉长、破碎和纤维化，金属内部产生了残余应力等。
加工硬化的程度通常用加工后与加工前表面层显微硬度的比值和硬化层深度来表示。
摩擦机制：在作相对滚动的运动副中,如果有一个运动体发生了塑性变形,则可使二者的接触面积增加。
同时,塑性变形又使得运动副产生较大的相对滑动。
所以该运动副间的相对运动是既滚又滑的复合运动。
要使物体运动需克服接触表面间的摩擦力,还需克服塑性变形对物体运动所产生的阻碍影响。
Karman方程另一种形式：表面粗糙度是指加工表面具有的较小间距和微小峰谷不平度。
其两波峰或两波谷之间的距离（波距）很小（在1mm以下），用肉眼是难以区别的，因此它属于微观几何形状误差。
表面粗糙度越小，则表面越光滑。
表面粗糙度的大小，对机械零件的使用性能有很大的影响。
真应力（S）为是瞬时载荷（P）除以试样的瞬时截面积（A），即：S=P/A。
；真应变（e）是瞬时伸长量除以瞬时长度de=dL/L。
工程应力：即由负荷和原始截面积计算所得，σ=P/A。
；工程应变ε=（L-L。
）/L 区别：由于负荷值的变化随时可以读出，但瞬间截面积很难直接读出，因此，一般只能得到工程应力。
在受拉实验中，在均匀变形的范围内，真应力恒大于名义应力，而真应变恒小于名义应变。
在弹性阶段由于应变值极小，二者的差异极小，没有必要加以区分。
板形锥:板形锥定义了轧件在轧制过程中不均匀变形的临界值。
由板形锥可知,只要各架的实际凸度值在临界凸度值以内则不产生浪形,超出临界值则会产生边浪或中间浪。
板形锥反映了板材形状,材质抵抗起浪的一种能力,它与设备无关。
随着板厚的增大,允许凸度值越大,抵抗起浪的能力越强；随着板宽的增加,允许凸度值越小,抵抗起浪的能力越差；不同的轧制规格,随着轧制规程的不同,板形锥是不同的,一种轧制规程只对应着一种板形锥。
板带轧制基础教程
东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室
2013 年
1
2013/10/31
1.2.2 粗轧
板坯在粗轧机组轧制时温度较高，中间 坯可以完全再结晶，成为无应变的等轴 晶。通常情况下，粗轧出口处的组织对 于带钢位于精轧机组内时几乎没有任何 影响。
粗轧前除鳞 使用调宽压力机及立辊调宽 厚度由200-300mm轧制到30-50mm
2013 年
1.5 冷轧工艺
带钢表面的氧化铁皮通过酸洗去除，通常使用盐酸酸洗。酸洗之后进行压下轧制 ，即冷轧。
冷轧的目的：
更大程度地减小产品的厚度； 利用应变强化增加金属的强度； 增强产品几何尺寸的均匀性。
由冷轧后的平整机消除屈服平台
东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室
简单轧制过程
平面变形假设 平面仍为平面
东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室
2013 年
4
2013/10/31
2.2.2.1 平面变形假设
将板带轧制过程视为本质上的二维问题，相对于 厚度和长度而言，产品的宽度在轧制过程中未发 生较大的变化
冷轧
2013 年
1.2 热轧轧制工艺
金属的热轧通常在“热轧带钢机组”上进行，基于近20年的技术发展，现在
也可以在迷你轧机上进行。无论是在热轧带钢机组上或者在迷你轧机上进 行热轧，都有其优点和缺点，表现在资金成本、灵活性、产品的质量以及 环保等方面。 ◇传统热连轧1/2 ¾ 全连轧 ◇短流程生产线CSP FTSR等 ◇炉卷轧机
东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室
2013 年
本章对板带轧制过程做一般性的讨论。定义技术轧制系统的组成部分。引 用达芬奇的设计草图以及根据该草图制作的实验模型来说明什么是轧机。 针对轧制过程中的冶金现象作出描述，包括带钢准备进入辊缝、部分咬入 以及为稳定轧制状态下的行为。列出了与轧机、金属以及轧机和金属的接 触面相关的独立变量。给出了满足咬入条件的最小模型系数。详细讨论了 轧制过程数学模型中应用的一些简化建设：包括“平面变形假设”、“均 匀压缩假设”。给出了Nb钢、AISI1008钢和一种低碳冷轧钢的完全再结晶 纤维组织。
3.板带轧制理论和工艺-1
1.3.2轧制过程三阶段理论
• 该理论认为轧制过程可分为三个阶段:咬入、形成、抛出. 此三阶段有各自特点又相互联系构成一个完整轧制过程.
咬入阶段
建成阶段
抛出阶段
本部分主要内容
• 1 基本概念
• 轧制过程 入角
变形区 不均匀变形理论 咬
• 接触弧长
• 2 会推导咬入角及接触弧长公式.
• 3 咬入条件分析,会分析咬入阶段和稳定轧制 阶段的区别与共同点.
其他分类
❖ 根据外部介质分类: 空气,真空, 惰性 气体
❖轧机工作制度: 可逆 不可逆 连轧 等
2）轧制过程中发生的基本现象和建立轧制
过程的条件
• 在生产实践中遇到不同的轧辊组合方式，但实际上金属承受压下 而产生塑性变形是在一对工作轧辊中进行的。除了一些特殊辊系 结构（如行星轧机，Y型轧机）外，均在一对轧辊间轧制的简单情 况。
• 此时，金属流动除来自轧辊的摩擦阻力外，不受任何其它的阻碍 和限制。因此，自由宽展的轧制是轧制变形中的最简单的情况。 在平辊上或者是沿宽度上有很大富余的扁平孔型内轧制时，就属 于这种情况。
•
箱形孔型轧制自由宽展
2）限制宽展
• 轧制中，被压下的金属与孔型两侧壁接触， 孔型的侧壁限制着金属沿横向自由流动，金 属被迫取得孔型侧边轮廓的形状。
• fy βy—稳定轧制阶段摩擦系数和摩擦角 • αy —稳定轧制阶段咬入角(根据此角可以预测可能
的最大压下量)
3.2.3 咬入阶段与稳定轧制阶段的咬入条件比较
• 极限咬入条件 α= β
• 极限稳定咬入条件αy = βy kx • 令K= αy / α= kx βy / β • αy =α kx βy / β
• 4 改善咬入的理论方法,实际可行的具体办法.
轧制工程学 板带序论
我国中厚板轧机主要设备状况
炉卷轧机的三种生产方式
1)单张钢板往复轧制方式
1) 单张钢板往复轧制方式
用于轧制厚度>20mm 的厚钢板，当使用长板坯轧出长度>50m 时，需经飞剪剪
用于轧制厚度>20mm 的厚钢板，当使用长板坯轧出长度>50m时，需 切成倍尺母板长度，经加速冷却或直接进入热矫直机及冷床。 经飞剪剪切成倍尺母板长度，经加速冷却或直接进入热矫直机及冷床。
现代炉卷轧机的优点：
初次投资较少，设备和施工两个方面都比较便 宜；
它具有灵活性，可生产范围较广的产品； 施工建设周期短，管理容易； 适合于中小规模生产，低于150万t/a的生产量； 适合于轧制生产特殊钢，包括不锈钢，低合金 高强度钢及超级合金。 可以减少轧制道次,降低电能消耗。
由于采用了厚度相对较薄的连铸 坯,因而压缩比受到限制,不能生 产较厚规格的专用钢板。
步进梁式加热炉
生产能力：230t/h（冷装）
有效长度：28800mm;
炉子内宽：18950mm
加热板坯厚度: 150 mm
加热板坯宽度: 1600 – 3250 mm
加热板坯长度: 单排: 14000 – 17600 mm 双排: 6800 – 8600 mm 加热板坯重量: 最大 67 吨
现代化钢板标印
用途：用于剪切后钢板的成 品标记
功能：上表面喷印、上表面 冲印、侧面标记
喷印位置：沿纵向喷印字符 侧喷：喷印条形码及喷印字 符（厚×宽×长）、钢种等 冲印位置：沿横向冲印字符， 位置在钢板头部
钢板温度: <200℃
超声波探伤装置
具有全自动探测功能和诊断 系统，用以实现对UT通道的 监控。 具有自动故障报警功能，急 停连锁功能，并有故障维护 数据库，以指示维护点，维 护方法及步骤。 UST的计算机系统具有对探测 过程中产生的数据、报警等 信息进行实时画面显示、比 较、存贮、历史查看、打印 输出等功能。源自Blast Furnace
轧制理论与工艺(第一节)
' 2
2
R R B1B3
2
2
2 RDB3 2 RB1B3
h 2R 1 2 2 R 1 2 Rh 2 R 1 2 2 R 1 2 2 Rh x0 2 x 0 1 12 1 2 2 x 0 2 R 1 2 8R p E E 1 2 1 12 1 22 1 2q 2 2q E1 E2 q 2 x0 p
咬入角 接触弧长度
1.1.1.1 咬入角(α)
咬入角：轧件与轧辊相接触的圆弧所对应的圆心角。
压下量与轧辊直径及咬入角之间存在如下的关系：
h 2 R R cos D 1 cos cos 1 h 1 h sin D 2 2 R
0 sin
h R
2
2
1.1.1.1 咬入角(α)
Δh，D和α三者关系计算图：
已知Δh，D和α三个参数中的任意两个，便可用计算 图很快地求出第三个参数。
1.1.1.1 咬入角(α)
变形区内任一断面高度hx求法：
hx hx h D 1 cos x h Or hx H h hx H D 1 cos D 1 cos x H D cos x cos
1.1.1.2 接触弧长度(l)
接触弧长度：轧件与轧辊相接触的圆弧的水平投影 长度，也叫咬入弧长度、变形区长度。 接触弧长度随轧制条件不同而异：
两轧辊直径相等时； 两轧辊直径不等时； 轧辊和轧件产生弹性压缩时。
(轧制理论)轧制原理PPT
3）轧制过程中发生的基本现象
在生产实践中遇到不同的轧辊组合方式，但实际上金 属承受压下而产生塑性变形是在一对工作轧辊中进行 的。除了一些特殊辊系结构（如行星轧机，Y型轧机） 外，均在一对轧辊间轧制的简单情况。 一般都以二辊作为研究轧制过程的开端。
工 作 支 承 辊 辊 平 整 辊
送 料 辊
图 1 星行轧机
(2)热轧
轧件端部在轧制中温度氧化铁皮对摩擦影响:端部温度温 降快,温度低使摩擦系数增大,其他部分温度较高摩擦系数小. 氧化铁皮在咬入时端部与轧辊冲击易脱落,露出金属表面使 摩擦系数增大,而其他部分摩擦系数较低. 二者作用的结果使 kx项数值较小
α y =kx*α =(1.5—1.7)α 实际生产中端部咬入出现打滑现象不能建立稳定轧制 原因是氧化铁皮 温度变化所致.
α
ψ
α
1)咬入过程中ψ δ 变化
: : 0(此 时 完 全 被 咬 入 )
k
x
2)稳定轧制条件
实现轧制要求:PX<TX
PX=P sinψ
TX=T cosψ=P fy cosψ (tgβy= fy) 将ψ=αy/kx 代入上式得: fy ≥ tg(αy/kx ) 为稳定轧制条件.(βy= αy/kx )
物理概念
根据物理概念:
摩擦系数可用摩擦角表示.即摩擦角的正切就是摩擦系数f.
f tg
则 tgβ≥tgα β≥α 轧制过程中的咬入条件为摩擦角大于咬入角, Β=α为临界条 件
咬入的几何意义
α
β
β
α ＝β :临界 态
α
β
α
板带轧制工艺及理论
第二章 板带轧制工艺及理论1.板带钢产品的技术要求包括哪些方面？对板带钢产品的基本要求包括化学成分、几何尺寸、板形、表面、性能等几个方面。
(1)钢板的化学成分要符合选定品种的钢的化学成分（通常是指熔炼成分），这是保证产品性能的基本条件。
(2)钢板的外形尺寸包括厚度、宽度、长度以及它们的公差应满足产品标准的要求。
(3)钢板常常作为包复材料和冲压等进一步深加工的原材料使用，使用上要求板形要平坦。
在钢板的技术条件中对钢板的不平度提出要求，以钢板自由放在平台上，不施加任何外力的情况下，钢板的浪形和瓢曲程度的大小来度量。
(4)使用钢板作原料生产的零部件，原钢板的表面一般是工作面或外表面。
技术条件中通常要求钢板和钢带表面不得有气泡、裂纹、结疤、拉裂和夹杂，钢板和钢带不得有分层；钢板表面上的局部缺陷应用修磨的方法清除，清除部位的钢板厚度不得小于钢板最小允许厚度。
(5)根据钢板用途的不同，对钢板和钢带的性能要求不同，对性能的要求包括四个方面：力学性能、工艺性能、物理性能、化学性能。
对力学性能的要求包括对强度、塑性、硬度、韧性的要求；工艺性能包括冷弯、焊接、深冲等性能；材料使用时对物理性能有要求时在技术条件中提出，如电机和变压器用钢对磁感强度、铁磁损失等物理性能提出要求；材料使用时对化学性能有要求时在技术条件中提出，如不锈钢板钢带对防腐、防锈、耐酸、耐热等化学性能提出要求。
2.板带轧机的分类方法有几种？板带轧机的分类方法有按辊系分类、按轧辊驱动方式分类、按轧机组成分类、按轧机用途分类等多种分类方法。
（1）按辊系分类板带轧机按辊系分类是最常用、最基本的方式。
常用的轧机有二辊、三辊、四辊、六辊、八辊、十二辊、二十辊以及偏八辊、非对称式八辊、行星式轧机等，这些形式的轧机是由一对工作辊和多个支持辊构成。
（2）按轧辊驱动方式分类对称驱动方式：上、下工作辊，上、下中间辊，上、下支持辊；非对称驱动方式：一根工作辊，一根工作辊和一根支持辊；异步驱动：上、下辊异步传动，上、下工作辊异步传动。
轧制理论)轧制原理
轧制理论的发展趋势与未来展望
1 2
智能化发展
随着人工智能和大数据技术的应用，轧制理论的 智能化发展成为趋势，实现轧制过程的自动化和 智能化控制。
新材料和新工艺研究
未来轧制理论将继续在新材料、新工艺的研究方 面发挥重要作用，推动行业的创新发展。
3
绿色可持续发展
轧制理论将注重绿色可持续发展，致力于降低能 耗和减少环境污染，实现行业的可持续发展。
轧制理论)轧制原理
目录
量 • 轧制过程的模拟与优化 • 轧制理论的应用与发展
01
轧制原理概述
轧制的基本概念
轧制是一种金属加工工艺，通过两个 旋转的轧辊将金属坯料压缩，使其发 生塑性变形，从而获得所需形状和性 能的金属制品。
轧制过程中，金属坯料通过轧辊的摩 擦力作用被牵引，经过连续的塑性变 形，形成一定规格和形状的成品或半 成品。
智能算法进行故障诊断和预警，提高轧制过程的稳定性和可靠性。
05
轧制理论的应用与发展
轧制理论在钢铁工业中的应用
轧制工艺优化
轧制理论为钢铁工业提供了优化轧制工艺的方法，提高了产品质 量和生产效率。
新材料研发
轧制理论在新材料研发中发挥了重要作用，推动了钢铁材料的不 断升级和革新。
节能减排
轧制理论的应用有助于钢铁工业实现节能减排，降低生产过程中 的能耗和污染物排放。
利用测厚系统实时监测板材厚度， 反馈调整轧制参数，以实现厚度 控制的自动化和精细化。
04
轧制过程的模拟与优化
轧制过程的数值模拟技术
有限元法
01
通过将轧制过程划分为一系列小的单元，利用数学方程描述每
个单元的行为，从而模拟整个轧制过程。
有限差分法
轧制原理与工艺教材ppt
对未来轧制技术研究的建议与期望
THANKS
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将轧制后的金属材料进行冷却和矫直，去除残余应力，提高材料质量。
对成品进行质量检查，包括尺寸、形状、表面质量等。
压力控制
控制轧制过程中的压力和变形量，防止材料破裂和过度变形。
温度控制
控制金属材料的加热品的质量和尺寸精度，确保产品质量符合要求。
绿色环保、可持续发展理念在轧制领域的体现和应用
新材料、新工艺、新技术的引入和应用
智能化、自动化、远程控制技术的融合和创新
加强基础理论研究，提高轧制技术的科学性和系统性
加强产学研合作，促进科技成果转化和应用推广
加强人才培养，建设高素质的轧制技术研究和应用团队
加强创新研究，推动新技术、新工艺、新材料的研发和应用
轧制分类
轧制是通过两个旋转的轧辊施加压力，使金属在两个轧辊之间发生塑性变形，从而获得所需形状和性能的金属制品。
轧制原理
在古代，人们已经使用简单的轧机来加工金属，如用碾压机将金属板压成薄片。
古代轧制
近代轧制
现代轧制
随着工业革命的发展，轧制技术得到了广泛应用和改进，出现了各种型号的轧机和现代化的生产线。
轧制质量控制
04
轧制实践与应用
轧制在工业中的应用
广泛应用于汽车、建筑、机械、电子等领域，用于生产各种厚度和宽度的板材。
板材轧制
主要生产各种截面的钢轨、工字钢、角钢、槽钢等型材。
型材轧制
用于生产各种规格的钢管，如无缝钢管、焊管等。
管材轧制
如轧制花纹钢板、压花板等装饰性板材，以及超薄带材等。
特殊轧制
轧制技术的发展趋势
高精度轧制技术
采用先进的自动化控制系统和测量技术，提高轧制精度和产品质量。
铜板带冷轧机的轧制原理及参数控制
铜板带冷轧机的轧制原理及参数控制铜板带冷轧机是一种重要的金属加工设备，广泛应用于冶金、机械、建筑等行业。
它通过冷轧的方式将铜板带加工成所需厚度和尺寸的产品。
本文将深入探讨铜板带冷轧机的轧制原理及参数控制，以帮助读者更好地理解这个主题。
一、铜板带冷轧机的轧制原理铜板带冷轧机的轧制原理是基于金属塑性变形的规律。
在冷轧过程中，铜板带经过多次通过轧制辊的压力作用，使其产生塑性变形，从而实现厚度和尺寸的调整。
其具体步骤如下：1. 进料与切割：将铜板带送入冷轧机，切割成适当的长度以便进行下一步工序。
2. 初轧：将切割好的铜板带经过初轧辊的压力作用，使其产生初步的变形。
初轧可以消除材料的内应力，提高材料的塑性，为后续的轧制做好准备。
3. 中轧：经过初轧后，铜板带再经过中轧辊的压力作用，进一步实现厚度和尺寸的调整。
中轧一般采用多个辊道串联，逐步减小辊道间隙，从而使铜板带的厚度得到更细致的控制。
4. 终轧：在中轧之后，铜板带进入终轧辊的作用区域。
终轧辊通常采用高速旋转，通过较大的轧制力对铜板带进行再次变形，使其达到所需的厚度和尺寸。
5. 出料：经过终轧后，铜板带被送出冷轧机，进入后续工序或成为最终产品。
二、参数控制对轧制效果的影响在铜板带冷轧过程中，参数控制对轧制效果起到至关重要的作用。
以下是几个常见的参数及其对轧制效果的影响：1. 辊道间隙：辊道间隙是指轧制辊之间的距离。
辊道间隙的大小直接影响到铜板带的厚度控制。
辊道间隙过大会导致轧制力不足，铜板带厚度无法准确控制；而辊道间隙过小则会造成过度压制，容易引起辊道磨损和变形。
辊道间隙的调整是铜板带冷轧中重要的参数控制之一。
2. 轧辊直径：轧辊直径的大小也会对轧制效果产生影响。
较大的轧辊直径可以提高轧制效率，但厚度控制相对较差；而较小的轧辊直径则有利于获得更好的厚度控制。
在实际应用中，需要根据具体需求来选择适当的轧辊直径。
3. 轧制速度：轧制速度是指铜板带在冷轧机中通过轧制辊的速度。
板带轧制技术的发展概述
控轧控冷的物理冶金基础
铁素体晶粒的细化:铁素体晶粒的形核速率愈大， 长大速率愈小，则晶粒愈细。
形核速率，N
过冷度，T
图1.4 铁素体形核速率与过冷度的关系
控轧控冷的物理冶金基础
实验证明，在γ →α 相变温度范围内，形变温度愈 低愈有利于铁素体晶粒的细化，因此，要尽可能降 低γ →α 相变开始温度Ar3。 影响γ →α 相变晶粒细化的主要因素:相变前奥氏 体晶粒尺寸、形变量、轧后冷却速率和合金元素等。 他们通过对铁素体形核和长大速率及Ar3的作用而 影响铁素体晶粒的细化。
微合金化
传统的合金元素通过改变铁的结构来影响钢的性能。 有些合金元素不改变铁的结构，而是与其中的碳和氮 有很强的相互作用。 常用的微合金化元素：Nb、V、Ti、B、Al、Zr、Ta等; 能生成碳氮化物并有析出强化作用的只有Ti、Nb、V等。 微合金化元素使钢强化的主要机理是晶粒细化和析出 强化
板带轧制技术
一.控制轧制与控制冷却
控制轧制与控制冷却的发展及特点
微合金化 热机械控制工艺
钢的控制轧制与控制冷却
控制轧制是以钢的化学成分调整或添加微合金 元素Nb、V、Ti为基础，在热轧过程中对钢坯加 热温度、开轧温度、变形量、终轧温度等工艺 参数实行合理控制，以细化奥氏体和铁素体晶 粒，并通过沉淀强化、位错亚结构强化充分发 掘钢材内部潜力，提高钢材力学性能和使用性 能。
二.热轧板带 1. 前言
我国现在是世界上的钢铁大国,连续几年 钢产量居世界第一位。近几年来板带轧制发 展最快.到目前为止，正式投产的宽带轧机20 套。正在建设中的还有近20套，投产后宽带 产量将近一亿吨。产品结构比例已进入世界 先进行列装备水平也是世界一流的，如宽度 控制：大立辊﹑定宽机厚度控制全液压AGC ﹑板形控制的各种机型. 例如:CVC 、 HC、PC、等，温度控制， 热卷箱：保温罩、边部加热等等。控制系统： 交交变频控制、PLC数值可控硅，等……。
板带轧制工艺技术
钢板轧制设备及工艺复习题1钢板的品种按厚度如何分类？其技术要求有哪些？P3答：钢板的品种规格按厚度分为两大类，即厚板和薄板。
一般称厚度为4mm以上者为中厚板；4mm以下着为薄板。
钢板生产的技术要求：1、尺寸精度要求。
（钢板的尺寸精度主要指厚度精度。
厚度精度包括纵向厚差和横向厚差的允许范围。
）2、板型精度要求。
（板型精度是指板带钢的平直度，表示板带纵向、横向各部位是否产生波浪或瓢曲。
）3、表面质量要求。
4、性能要求。
2厚板、热轧带钢、冷轧带钢生产的工艺过程，各主要工序的作用？答：厚板生产工艺过程由原料及轧前准备、轧制和精整三大部分组成。
板坯的加热工艺作用：提高塑性、降低变形抗力，使坯料便于轧制，并提高产品质量，增大金属收得率。
除磷作用：保证钢板的表面质量，去除在加热过程中的炉生氧化铁皮和轧制过程中生成的再生氧化铁皮，减少轧辊磨损和消耗减少换辊次数。
热机械控制工艺作用：控制奥氏体状态、相变产物及组织状态、细化铁素体晶粒、减少珠光体片层间距，实现钢板高强度、高韧性和焊接性能的统一，生产出优质厚板。
轧后冷却作用：改变钢板的金相组织和力学下性能。
热轧带钢生产过程包括坯料选择和轧前准备、粗轧、精轧和轧后精整四个大的阶段。
板坯的加热工艺作用、除磷作用同上。
定宽作用：改变板坯宽度，以满足热轧带钢品种规格不同宽度的需要。
冷轧带钢主要生产工艺过程，主要由酸洗、轧制、退火、平整、镀（涂）层和精整工序组成。
酸洗作用：采用物理和化学的方法将带钢表面上得氧化铁皮清除掉。
退火作用：（1）消除带钢冷轧时的加工硬化；（2）获得不同的力学性能。
平整作用：（1）使退火带钢平整后达到一定的力学性能要求；（2）消除材料的屈服平台；（3）改善带钢的板形；（4）根据用户的要求生产不同粗糙度的带钢。
3热机械控制工艺的实质？P16答：热机械控制工艺，是将控制轧制和控制冷却工艺结合。
在合理的化学成分设计的基础上，通过控制板坯出炉温度、低温阶段累计压下率和温度、终轧温度、轧后冷却速度和终冷温度等工艺参数，已达到控制奥氏体状态、相变产物及组织状态、细化铁素体晶粒、减小珠光体片层间距，从而实现钢板高强度、高韧性和焊接性能的统一，生产出用常规的轧制和热处理相结合工艺无法生产出的优质厚板品种，满足用户要求。
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• 轧辊弹性变形（压扁、弯曲）大，要求辊系刚度大
• 轧辊热膨胀和磨损大 • 采用润滑轧制减小摩擦 • 对数学模型要求高
Fein : 弹性压 缩区轧制力
Fp 塑 性 区 轧制力
Feout 弹性回复区轧制力
kin km
kout
hin
tin
hPin
hPou
t
hout tout
塑 性 区
弹性压缩区
弹性回复区
1978年武钢1700，1989年宝钢2030冷连轧
第三阶段：1998年以后，快速发展。代表设备：
宝钢5（9）套：2030，1420，1550，1800，1220(益昌）… 鞍钢3（5）套：1700，1900，3冷轧(1500硅钢), 2130… 武钢1（2）套：1700，2150，5机架6辊酸轧机组，ZR20 … 其它：济钢2套，本钢3套，唐钢2套，首钢2套，邯钢，马钢
l1 l2
RAL 2. 钢板冷轧过程的特点
小辊径的优点：减小接触区－减小轧制力－减小弹性变形－有利轧薄
工作辊 直径
510mm 295mm 200mm
13MN 6.4MN
4.3MN
RAL 2. 冷轧过程特点－最小可轧厚度
• 最小可轧厚度理论（Tong-Sacks理论，Ford－Alexander理论） hmin=1.544μC0 k R ≈ D/3000
(1)宽厚比大, 板形控制难度大
• 冷连轧最薄规格：～0.15mm，最宽规格：～2000mm • 宽厚比：> 10000 • 保证板形良好的条件：比例凸度相等，冷轧要求最严格
比 例 凸 度 差
宽厚比
RAL 2. 钢板冷轧过程的特点
(2) 变形抗力大，厚度精度要求高、难度大
• 轧制力大，轧机弹性变形大，要求机架刚度大
技术综合：冶金、机械、控制、计算机 学科综合：力 学（轧制力、张力、应力分析）
化 学（酸洗、脱脂、涂层） 数 学（模型、公式、算法） 金属学（退火、织构、组织性能） 物理学（摩擦、润滑、表面） 其它：机械学、控制理论、人工智能…
RAL 2. 钢板冷轧过程的特点
(5) 产品要求高
• 尺寸精度要求：2～5μm
冷家电－电冰箱，空调器，厨房用具 热家电－微波炉，电烤箱
RAL 1 我国冷轧钢板生产技术发展概况
附加值增加
热轧板
冷轧板
涂镀层板
普合专 通金用 板板板
金属覆层
镀镀镀
不 硅 锌锡铝 锈 钢 板板板
板板
有机覆层
建家食 筑电饮 用用用 板板板
RAL 冷轧技术发展继续教育培训讲座
2.钢板冷轧过程的特点
RAL 2. 钢板冷轧过程的特点
（通常可用到：D/1000～D/2000）
• 轧薄规格要减小辊径 • 采用支撑辊增加刚度 • 带张力轧制情况不同
RAL 2. 冷轧过程特点－小径化趋势
2辊轧机：冷轧很少采用 4辊轧机：大量采用 6辊轧机：近年来应用较多，有HC，UC，CVC多种类型 6辊轧机基本特点：中间辊横移（工作辊横移）
RAL 2. 冷轧过程特点－小径化趋势
线材及其制造工艺
RAL
线材应用例
RAL 特殊钢棒材及其制造工艺
RAL
特殊钢棒材应用例
RAL
绪论
冷轧钢板生产技术发展概况
RAL 1 我国冷轧钢板生产技术发展概况
冷轧生产技术发展的3个阶段： 第一阶段：1978年以前，缓慢发展。代表设备：
1962年鞍钢1700，1200单机架四辊可逆冷轧机
第二阶段：1978－1998，稳步发展（计6套）。代表设备：
6辊轧机工作辊直径太小容易出现横向弯曲，需要侧向支撑 偏 8 辊轧机，不适合可逆轧制 Z－high 轧机，双向侧支撑，可以可逆轧制
偏8辊 轧机
Z－high 轧机
RAL
材料加工工程硕士研究生选修课
板带轧制理论与工艺
主讲人 邸洪双
2011年3月
RAL
主要内容
• 绪论 • 板带轧制过程的数学模拟 • 板带轧制厚度控制 • 板凸度和板平直度理论 • 涂镀层钢板的生产
RAL
热轧板带钢制造工艺
RAL
冷轧板带钢制造工艺
RAL
电镀锌板带钢制造工艺
RAL 热浸镀锌板带钢制造工艺
RAL 中口径无缝钢管制造工艺
RAL 小口径无缝钢管制造工艺
RAL
UOE钢管制造工艺
RAL 中口径高频焊管制造工艺
RAL 小口径高频焊管制造工艺
RAL
螺旋焊管制造工艺
RAL 辊弯和冲弯钢管制造工艺
RAL
重轨及其制造工艺
RAL
重轨及其制造工艺
RAL
重轨及其制造工艺
RAL
H型钢
RAL
RAL 2. 钢板冷轧过程的特点
(3) 带张力轧制（ 张应力 t ： ～0.3 σS ）
张力作用： • 防止轧件跑偏 • 改变轧件应力状态，降低轧制力 • 控制板形 • 作为AGC控制的一种手段
RAL 2. 钢板冷轧过程的特点
(4) 工序多，工艺复杂，综合性强
主要工序：焊接－酸洗－轧制－脱脂－退火 － 平整－剪切－矫直－镀层
我国代表性冷连轧机组的类型
年代 1978 1989 1990 1996 2001
厂家 武钢 宝钢 益昌 攀钢 宝钢
宽度/机架数 1700五机架 2030五机架 1220五机架 1220四机架 1550五机架
类型 4-h Βιβλιοθήκη VC PC HC UCRAL 1 我国冷轧钢板生产技术发展概况
冷轧带钢主要产品： 汽车用钢：IF，BH，CQ，DQ…等深冲板 高强钢板：DP(双相钢），CP(复相钢），TRIP钢 电工用钢：取向、无取向，高牌号到中低牌号硅钢片 建筑用板：热镀锌板，电镀锌板，彩涂板 包装用板：镀锡板，有机涂层板 不锈钢板：装饰板，厨房用钢，耐腐蚀钢板 家电用钢：湿家电－洗衣机，洗碗机
RAL 1 我国冷轧钢板生产技术发展概况
冷轧钢板生产技术的发展过程：
机架数：单机可逆，连轧（3）－4－5－6机架 轧辊数：2－4－6（HC，UC）－20－36（森吉米尔） 轧制速度：100－3000 m/min（~50 m/s） 发展趋势：大型化、高速化、连续化、自动化
RAL 1 我国冷轧钢板生产技术发展概况
比载人航天高9个数量级〔109，10亿倍〕
• 板形精度要求：< 5 I （1 I ＝10－5） • 表面精度要求：不允许有任何瑕疵
－ O5 板：要求最严格的汽车面板 － 家具用板：经得起挑剔目光的考验
RAL 2. 钢板冷轧过程的特点
轧辊的发展变化－小径化趋势 小辊径的优点：减小接触区－减小轧制力－减小弹性变形－有利轧薄