金属压力加工工艺学复习资料(板带、钢管)

板带部分

板带钢生产特点：1）平辊轧制，规格简单，易于实现自动化，2）带钢形状简单，成卷轧制，易于实现高速化，3）宽厚比大，表面积大，轧制难度大

产品标准一般包括有品种（规格）标准、技术条件、试验标准及交货标准等方面内容。

轧钢工作者的任务：按产品标准组织生产，并不断提高生产技术水平以满足用户对产品质量的更高要求。

产品的技术要求可归纳为：尺寸精确板形好，表面光洁性能高。具体表现在如下四个方面：1）尺寸精度，2）板形，3）表面质量，4）性能要求。

板带热轧机通常可分为特厚板轧机（或宽厚板轧机）、中厚板轧机、中板轧机、叠轧薄板轧机、炉卷轧机、行星轧机、窄带钢热轧机和热带钢连轧机等。

板带钢轧制时易于变形的途径：1）降低金属变形抗力（内阻）：加热并在轧制过程中抢温和保温，使轧件温度均匀。2）降低应力状态系数（外阻）：减小工作辊直径，采用合理的润滑工艺，采取张力轧制。3)减少和控制轧机变形：减小轧制力，增加轧机的刚度。

中厚板的生产特点：批量小，品种多，性能高，生产环节瓶颈多。

中厚板轧机从机架结构来看有二辊可逆式（原料适应性强，刚度差，精度低，多用于初轧）、三辊劳特式（转向不变，升降设备复杂）、四辊可逆式（轧制压力低，刚性好，精度高，但造价高）、万能式（金属收得率高，操作复杂，受宽厚比限制）和复合式等几种形式。从机架布置来看，有单机架、串列或并列双机架及多机架连续式或半连续式轧机之别。

万能式轧机：在机前或机后具有一对或两对立辊的可逆式轧机。

中厚板轧机布置形式有单机架、双机架、多机架布置。

双机架轧机布置是现代中厚板轧机的主要形式。

中厚板所用的原料形式可分为扁钢锭、初轧板坯、连铸板坯和压铸坯四种。

中厚板用的加热炉形式有连续式加热炉、室状炉和均热炉三种。目前厚板连续式加热炉多为热滑轨式（推钢式）或步进式。

中厚板加热的目的：1）降低变形抗力。2）均匀温度。3）改善组织性能。

氧化铁皮由外到内：Fe2O3，Fe3O4，FeO。（1:4:95）

除磷的联合作用：1）冷却效应（利用不同的热膨胀系数，收缩产生裂纹）。2）破裂作用（打击、破裂）。3）爆破效应（钻入、汽化、爆破）。4）冲刷效应。

除磷方式有：1）爆破除磷（投以竹枝、杏条、食盐等）。2）高压水除磷。3）机械除磷。

减少氧化铁皮途径（方法）：1）控制加热气氛。2）减少加热时间。

粗轧的主要任务：整形、宽展和大延伸，使其尽快轧至钢板精轧前的厚度。

精轧的主要任务：延伸和质量控制，包括厚度、板形、性能及表面质量的控制，为提供合格的产品作保证。

粗轧阶段有如下几种轧制方法：1）全纵轧法，2）全横轧法，3）综合轧制法。

纵轧：是钢板延伸方向与原料纵轴方向相一致的轧制方法。

横轧：是钢板延伸方向与原料纵轴方向相垂直的轧制操作方法

综合轧制法优点：板坯宽度与钢板宽度配合灵活，使原料尺寸的适应性提高，且可提高钢板横向性能（金属横向延伸不再是纵轧时的细条状，而是短、粗、片状或点网状，片状组织随之减轻，晶粒也趋于等轴，因而改善了钢板的横向性能），减少钢板的各向异性，因而它更适合以连铸坯为原料的钢板生产。缺点：轧机产量有所降低。

中厚板冷却的目的：改善性能、组织、表面质量。

冷却方式有自然冷却（矫后空冷）、强迫冷却（风冷，水冷，雾冷（效率最高））、控制冷却、缓冷、堆垛冷却（保温坑）等。

中厚板生产中常见的缺陷有轧损、瓢取、凹坑、鳞层、麻点及厚度不均等，此外还有冶

炼、铸锭带来的原料钢质缺陷。

中厚板轧制工艺制度主要有压下规程、速度制度、温度制度、辊型制度等，其中主要是压下规程，它决定轧制时实际辊缝的大小和形状。

轧制时轧件的温度下降与辐射、对流、传导所散失的热量有关，还与轧制变形功、摩擦所转化的热量有关。

热轧时轧件辐射散热是主要的，并认为对流、传导所散失的热量与变形功及摩擦所转化的热量相抵消，因此，轧件温度下降一般按辐射散热计算。

速度图：以轧辊转速为纵坐标，时间为横坐标绘制出轧辊转速随时间变化的曲线图。

可逆式轧机的速度图有梯形速度图、三角形速度图两种类型。

P20页速度图参数。

可逆式轧机速度制度确定包括：选用速度图、选择各道的咬入转速n y和抛出转速n p；计算最高转速n d及纯轧时间（t2+t3+t4）；确定道次间的间隙时间。

可逆式中厚板轧机道次之间的间隙时间取决于：1）轧钢由上一道的抛出转速逆转到下一道咬入转速所需的时间；2）完成轧辊压下的调整时间；3）轧件从轧钢间抛出再返回进入轧钢间的时间。道次间最短的间隙时间应大于三者中最长的时间。

带钢具有生产率高、产品质量好、金属消耗少、自动化程度高等特点。

热连轧带钢所用的原料形式主要是初轧板坯和连铸板坯。

热带钢连轧机的类型是以粗轧机的轧机结构、布置来区分的，主要有全连续式、半连续式、3/4连续式三种，它们的区别集中在粗轧区。全连续式：轧机均为不可逆轧机，在粗轧区轧制时，每架轧机只按板坯的前进方向轧制一道，并且不形成连轧。半连续式：至少有一架可逆式轧机，带钢在粗轧区内采用可逆式轧制，进行多道次压下，在粗轧机组不形成连轧。3/4连续式：带钢在粗轧区部分轧机采用可逆式轧制，而在最后两架粗轧机内形成连轧。全连续式带钢热连轧机组自动化程度高、产量高，但设备多、投资大，轧制流程长，因此轧件热量损失过多，不利于保温、抢温轧制，轧机利用率低。为此，广泛采用3/4连续式带钢热连轧机。

活套支撑器的作用：1）缓冲金属流量的变化，贮存一定的活套量，给以控制调整时间，并防止成叠进钢，造成事故。2）调节各架的轧制速度以保持连轧常数。当各种工艺参数常数波动时发出信号和命令，以便快速进行调整。3）使带钢能在一定范围内保持恒定的小张力防止张力过大，造成宽度不均，甚至拉断。

活套支撑器按其驱动形式可分为电动、气动和液压三种类型。

带钢的终轧温度为800~900℃，卷取温度应在650℃以下。层流冷却的冷却速度快，效果好，它是一种大流量低水压的喷淋式冷却系统。

水幕冷却：通过横向为条缝状出水口的喷淋装置流出的幕状水流进行冷却的方式。

无头轧制技术：将粗轧后带坯进入精轧机前，与前一根带坯的尾部焊接起来，连续不断地通过精轧机。

热卷箱技术主要优点：1）保存热量，减少温度降，起保温作用；2）首尾倒置开卷，均匀板带的头尾温度，提高厚度精度；3）起储料作用，可增大卷重，提高产量；4）可延长事故处理时间，减少废品及铁皮损失，提高成材率；5）缩短中间辊道，节省厂房基建投资。

铁素体轧制工艺，又称为温轧，是在Ar3温度以下轧制，由于温度低，1）可降低加热温度，节约燃料，大幅度降低氧化铁皮损耗，2）能提高带钢的表面质量、平直度，3）能减少轧辊磨损、增加有效工作时间，提高生产率。

为什么要发展冷轧？1）热轧温降大，温降不均匀；2）热轧表面易被氧化；3）冷轧性能好，品种多，用途广。

同热轧相比，冷轧具有以下优点：1）产品表面质量好，不存在热轧常出现的麻点、氧

化铁皮压入等缺陷，并能轧出不同要求的表面光洁度；2）能生产极薄带材；3）产品尺寸精确、厚度均匀、板形平直；4）产品性能好，有较高的强度、良好的深冲性能等；5）可实现高速轧制和全连续轧制，有很高的生产率。

时效现象：金属合金性能随时间的推移而发生变化的现象。

加工硬化：塑性变形时，强度和变形抗力（硬度）增大，而塑性、韧性降低的现象。产生原因：晶粒发生滑移，出现位错缠结，使晶粒拉长、破碎和纤维化，金属内部出现残余应力。

冷轧工艺冷却的作用：1）控制冷轧过程的发热率及轧辊的温升，延长轧辊使用寿命；2）调节轧辊的温度分布，提高产品的横向厚度精度和板形；3）降低轧辊磨损，提高产品表面张力；4）冷却变形区，为强化轧制过程提供条件；5)冲刷辊面，对精密合金以为重要。

工艺润滑的原则：成本低，来料广，易去除。

张力在轧制时的作用：1）纠偏作用，2）平直带钢，3）降低变形抗力和轧制压力，4）调整电机负荷，5）能在一定范围内调节连轧过程。

冷轧板带钢一般有深冲钢板（以汽车板为典型）、金属镀层板、电工硅钢板和不锈钢板四大类典型产品。

冷轧机机架裴烈方式有单机可逆式（多辊，批量小，品种多，难轧制）和多机连续式（批量大，品种少，普通轧制）两种。

脱脂：去除冷轧后带钢表面润滑油的工序。1）酸碱中和，2）电解清洗，3）“机上净”。

热处理方式包括预热处理、中间热处理和成品热处理。预热处理：对冷轧原料作组织调整，主要针对一些特殊钢种的处理。中间热处理的目的：通过再结晶退火，使收到高度加工硬化的金属恢复塑性、降低变形抗力。成品热处理的目的：消除加工硬化，根据不同的技术要求已获得所需要的组织和性能。

退火设备有罩式退火炉和连续式退火炉两种。

P-h图：以轧制压力P为纵坐标，轧件厚度h为横坐标，将轧机弹性变形曲线A和轧件塑性曲线B绘制在同一坐标系内，这就是弹塑性曲线，记为P-h图。

P-h图可运用于分析各种轧制工艺条件、轧机刚度对轧件厚度的影响，并可作为对轧机辊缝预设定的工具。

分析P-h图：P108页（1）——（4）

厚度控制方法有调压下，调张力，调速度等。详见P109

调压下是厚度控制最主要和最基本的方式，常用以消除轧件和工艺方面变化而影响轧制压力的变化所造成的厚度差。

调张力是利用前后张力的变化来改变轧件塑性变形线B的斜率以控制厚度。

板形：是指成品带钢的断面形状和平直度两项指标，实质是指带钢内部残余应力分布状态。

板凸度：断面厚度差与边缘厚度之比。

推导板形条件方程P137页：h

h W y y K

P y K K P P P P P K K P K P h

h H h

z z

t R R i i i i R R i B i z z

22/2

/)1()2/()(222)1(111

δδδλδδδ

λδδδ==--=-=-?=-=-=-=-?-=-?=?=---

)(2W y K h h K P t R z z

R ++=?δ 影响辊缝形状的因素主要有轧辊的弹性弯曲、轧辊的弹性压扁、轧辊的热膨胀、轧辊的磨损和轧辊的辊型设计。

辊型设计的意义：考虑轧制时影响辊缝形状的各种因素，通过计算或实践的修正使轧辊预先具有的凸度值及辊面形状，以补偿轧制过程中由于轧辊的弹性弯曲、轧辊的弹性压扁、轧辊的热膨胀以及轧辊的磨损等因素所引起的有载辊缝的不平直，从而轧出横向厚度均匀、板形平直的板带才。

常用的辊型控制技术在工艺上的控制方法有调温控制法、变弯矩控制法和液压弯辊装置等。

钢管部分

钢管的技术要求包括以下内容：品种规格，表面质量要求，化学性能，组织和物理性能，检验标准，交货标准。（规格标准、性能标准、试验标准、交货标准）

热轧无缝钢管生产过程包括穿孔、轧管、热精整（定减径）三个变形工序。

钢管冷静方法有：冷轧、冷拔、冷张力减径等。

圆管坯定心的目的（作业1题）是使顶头对中，防止穿偏，减小毛管前端的壁厚不均，并改善斜轧穿孔的二次咬入条件，使穿孔过程顺利进行。1）直径Dp ≤100mm 的管坯可以不定心，2）三辊斜轧穿孔时需要加以定心，3）高级合金钢要定心。

临界压缩率是指斜轧时管坯出现中心撕裂的直径压缩率。

穿孔变形区（作业18题）可划分为穿孔准备区、穿孔区、平整区和归圆区四个区域。 斜轧穿孔过程分为：1）第一个不稳定过程：从管坯与轧辊接触始，到前端金属穿出变形区为止 ，包括一次、二次咬入。2）稳定过程：从管坯前端充满变形区到管坯尾端开始离开变形区为止 。3）第二个不稳定过程：为管坯尾端开始离开变形区，直至完全离开轧辊 。

三个变形过程的特征

稳定与不稳定过程之间由于受力和金属变形的不同，有着明显的差异。

1）D 头＞ D 中＞ D 尾（作业23题）， D 头、D 尾 尺寸变化大，而D 中尺寸比较一致。原因： D 头大是第一个不稳定过程中，穿孔过程建立，而顶头的轴向阻力逐渐增加，使金属纵向流动阻力增大，横向变形(扩径)增加，加上无外区金属的约束，导致前端直径大。 D 中处于中间稳定过程，金属的热力学条件稳定，尺寸相应稳定。D 尾尺寸小是第二个不稳定过程，顶头逐渐穿出尾端，金属所受轴向阻力减小，延伸增大，直径减小。

2） 前（后）卡多于中卡

轧卡：管坯在变形区中不旋转，不前进，或只旋转不前进的现象。由此可看出：不稳定过程对于实现穿孔过程顺利进行是很重要的。毛管头、中、尾的外径差是穿孔过程中三个过程轧件受力不同造成变形不同所造成的，无法消除。

ηx <1的主要原因（作业8题）：由于顶头存在的结果，金属处于后滑状态。

穿孔工艺的实质：“确保咬入，利用疏松，防止孔腔”。顶头前压缩率选用满足以下条件（作业12、27题）：lj dq εεε≤≤min 孔腔的形成是毛管出现内折缺陷的根本原因，从而有εmin <εdq <εli 的斜轧穿孔工艺，穿孔区使管坯中心疏松，但不出现孔腔，同时可减少顶头鼻部的单位压力，便于穿正和提高顶头寿命。

斜轧穿孔时的主要附加变形有四种：扭转变形、纵向剪切变形、横向剪切变形和管壁塑性弯曲变形。

若要降低单位能耗，应当采用大前进角、较高温度范围轧制、较小的总压缩率和较大的顶前压缩率的穿孔工艺。

轧管的作用：

（1）减壁延伸，使壁厚接近或达到成品管壁厚；

（2）消除毛管在穿孔过程中产生的壁厚不均；

（3）提高荒管内外表面质量；

（4）控制荒管外径和正圆度。

钢管纵轧变形区（作业31题）可分为：压扁区、减径区、减壁区。

轧管变形过程分为（作业35题）a ）压扁变形阶段；b ）减径变形阶段；c ）减壁变形阶段三个阶段。

改善横向壁厚不均的措施（作业31、35题）： a ）增加轧制道次；b ）选择合理的孔型宽高比； c ）选择合适的顶头锥角；d ）采用顶头润滑；e ）设置均整工序。

影响轧管咬入条件的因素（作业32题）：a ）毛管外径小，不好咬入； b ）毛管温度低，金属变形抗力增加，顶头阻力增加，咬入困难； c ）毛管壁厚大或顶头伸出过前，会导致减径区长度减小，而咬入困难；d ）轧辊被磨光，使摩擦系数减小，咬入困难； e ）孔型椭圆度系数增大，有利于实现二次咬入； f ）带后推力，有利于咬入。

轧管机工具设计包括工作辊、回送辊和顶头的尺寸选择及孔型设计。

竹节缺陷（作业33题）

钢管定径与减径作用：（1）扩大产品规格（D<60mm 一般需经过减径加工）；（2）消除前道变形工序中所造成的荒管外径不一；（3）提高热轧成品管外径精度和正圆度。形式：二辊或三辊多机架连轧。分类：（无芯棒空心连轧过程）1）定径机：控制成品管外径精度和正圆度；3~12架。2）减径机：起定径作用，管径减小；9~24架。3）张力减径机：起减径、减壁作用；12~24架。

一般Z i ≤ 0.8。张力减径的张力系数应为0.5≤ Z i ≤ 1。

改善定减径横向壁厚不均措施（作业40题）：1）采用三辊定、减径机；2）孔型调整时，使钢管产生适当扭转；3）采用微张力定减径。张力促使金属轴向延伸，有利于减小横向壁厚不均；4）控制单机减径量和总减径量；5）适当减小孔型椭圆度系数。

三辊式张力减径机特点（作业38题）:1）增加变形的均匀性；2）机架间距小；3）传动轴可单侧水平安装，从而简化减径机的传动，方便更换机架。4）三辊式轧机孔型可采用组装后在专用机床上加工，不需要进行调整。

单机减径率受哪几方面限制？（作业41题）

减径率分配原则：

1）中间机架εDi 逐渐下降或均匀分配（逐次降低1.5%~2.0%），前者可使各架孔型磨损均匀，轧制负荷均衡；

2）开始张力升起机架的减径率相当于无张力减径机的减径率，但小于正常机架；开始第一架取得很小，通过1~2架轧机后，再逐步增加减径率，直到正常值。

3）终轧机架逐渐减小，末架εDn <1%，成品前架εDn-1<3%，成品前架与正常机架的差值不大于3%。

4）各单机架减径率与减径率之间必须满足如下关系：

)1)(1()1)(1)(1(113211Dn Dn D D D n D D D εεεεεε-----==--∑

分配道次减壁率的原则是道次减壁率与道次减径率相对应，再按张力升降平滑性加以调整。

轧制表编制原则（作业44题）：1）合理的分配各轧机的变形量2）尽量用最少管坯尺寸种类和工具完成轧制计划3）合理选择各轧机的变形参数4）合理的选择管坯尺寸5）充分考虑管材的力学性能、物理性能和工艺性能。编制步骤：1）根据已知成品尺寸，确定钢管的热尺寸。即计算定减径后钢管尺寸 ；2） 计算均整后钢管尺寸，均整机工具尺寸和调整参数（有的机组无均整机）；3）计算轧管机的变形量、荒管尺寸和工具尺寸 ；4） 计算穿孔机变形量、毛管尺寸、工具尺寸及调整参数；5） 选定管坯尺寸；6）校验各轧机的变形量和咬入条件等。必要时校验各轧机的主要零件及电机功率。 提高钢管的力学性能的方法是采用控制轧制和形变热处理。 钢管冷加工包括冷轧、冷拔、冷张力减径和旋压等方法，它是生产精密薄壁和高强度管的主要方法。 周期式冷轧是目前高精度薄（厚）壁和异型管的主要生产方法。 冷轧的发展趋势是多线、高速、长行程（大送进量）、长管料。 冷拔是毛细管、小直径厚壁管以及部分异型管的主要生产方式。 冷拔的发展趋势是多条、快速、长行程和拔制操作连续化。

计算题：教材P183，作业10、28题