4.金属的轧制详解
(轧制理论)轧制原理PPT
❖ 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
αy =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
Δh/2
式中 R ---- 轧辊半径。
h R RCos
2
h D(1 COS )
cos 1 h D
sin ＝1 h
2 2R
sin
22
h
R
上式在 100 150 适用
α
A B
D C
Δb/2
变形区任意断面高度hx
hx hx h D(1 co形的表示方法
❖ 变形程度的意义
矩形件变形前后的尺寸
1)轧制时绝对变形量（压下，延伸，宽展）表示
❖ 绝对压下量：Δh＝H－h ❖ 绝对延伸量：Δl＝l －L ❖ 绝对宽展量：Δb＝b －B
❖ 式中 h ，H —— 轧件轧后、轧前高度； l，L—— 轧件轧后、轧前长度；
b，B—— 轧件轧后、轧前宽度；
2 1
)
E1
E1
2
2q
1- E
2 2
2
西奇柯可公式
轧制过程的三阶段
一 咬入阶段
1 咬入阶段：轧件前端与轧辊接触的瞬间起到前 端达到变形区的出口断面（轧辊中心连线）称为咬入 阶段。
2 特点：
（1）轧件的前端在变形区有三个自由端（面），仅后 面有不参与变形的外端（或称刚端） （2）变形区的长度由零连续地增加到最大值。 （3）变形区内的合力作用点、力矩皆不断的变化。 （4）轧件对轧辊的压力由零值逐渐增加到该轧制条件 下的最大值。 （5）变形区内各断面的应力状态不断变化。
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
金属加工工艺
01 简介
03 分类 05 热轧
目录
02 过程 04 冷轧
轧制（zhá zhì ），是一种金属加工工艺，将金属坯料通过一对旋转轧辊的间隙（各种形状），因受轧辊 的压缩使材料截面减小，长度增加的压力加工方法。
简介
成型轧制轧制：将金属坯料通过一对旋转轧辊的间隙（各种形状），因受轧辊的压缩使材料截面减小，长度 增加的压力加工方法，这是生产钢材最常用的生产方式，主要用来生产型材、板材、管材。分热轧和冷轧两种。
产品特点
因为没有经过退火处理，其硬度很高（HRB大于90），机械加工性能极差，只能进行简单的有方向性的小于 90度的折弯加工（垂直于卷取方向）。
通俗来说，冷轧，是在热轧板卷的基础上加工轧制出来的，一般来讲是热轧---酸洗--磷化--皂化--冷轧这 样的加工过程。
冷轧是在常温状态下由热轧板加工而成，虽然在加工过程因为轧制也会使钢板升温，尽管如此还是叫冷轧。 经过连续冷变形而成的冷轧，机械性能比较差，硬度太高。必须经过退火才能恢复其机械性能，没有退火的叫轧 硬卷。轧硬卷一般是用来做无需折弯，拉伸的产品，1.0以下厚度轧硬的运气好的两边或者四边折弯。
Hale Waihona Puke 热轧优点缺点
可以破坏钢锭的铸造组织，细化钢材的晶粒，并消除显微组织的缺陷，从而使钢材组织密实，力学性能得到 改善。这种改善主要体现在沿轧制方向上，从而使钢材在一定程度上不再是各向同性体；浇注时形成的气泡、裂 纹和疏松，也可在高温和压力作用下被焊合。
热轧后的薄板1.经过热轧之后，钢材内部的非金属夹杂物（主要是硫化物和氧化物，还有硅酸盐）被压成薄 片，出现分层（夹层）现象。分层使钢材沿厚度方向受拉的性能大大恶化，并且有可能在焊缝收缩时出现层间撕 裂。焊缝收缩诱发的局部应变时常达到屈服点应变的数倍，比荷载引起的应变大得多； 2.不均匀冷却造成的残 余应力。残余应力是在没有外力作用下内部自相平衡的应力，各种截面的热轧型钢都有这类残余应力，一般型钢 截面尺寸越大，残余应力也越大。残余应力虽然是自相平衡的，但对钢构件在外力作用下的性能还是有一定影响。 如对变形、稳定性、抗疲劳等方面都可能产生不利的作用。3.热轧的钢材产品，对于厚度和边宽这方面不好控制。 我们熟知热胀冷缩，由于开始的时候热轧出来即使是长度、厚度都达标，最后冷却后还是会出现一定的负差，这 种负差边宽越宽，厚度越厚表现的越明显。所以对于大号的钢材，对于钢材的边宽、厚度、长度，角度，以及边 线都没法要求太精确。
轧制的原理
轧制的原理
轧制是一种重要的金属加工方法，它通过辊轧将金属坯料压制成所需形状和尺寸的工件。
轧制的原理主要包括塑性变形、应力变形和金属流动等几个方面。
首先，塑性变形是轧制的基本原理之一。
在轧制过程中，金属坯料受到辊轧的挤压和拉伸作用，从而使其发生塑性变形。
金属坯料的晶粒在受力的作用下发生滑移和再结晶，从而改变了原来的形状和尺寸，最终形成所需的工件。
其次，应力变形也是轧制的重要原理之一。
在轧制过程中，金属坯料受到的应力会引起其内部结构和形状的变化。
通过合理控制轧制过程中的应力分布和应力状态，可以实现金属坯料的塑性变形和加工成形，从而得到符合要求的工件。
另外，金属流动也是轧制的关键原理之一。
在轧制过程中，金属坯料受到辊轧的挤压和变形，金属内部的晶粒和晶界会发生流动和重组，从而改变了金属的形状和结构。
通过合理控制金属的流动和变形，可以实现金属坯料的加工成形，从而得到满足要求的工件。
总的来说，轧制的原理是通过塑性变形、应力变形和金属流动等方式，将金属坯料加工成所需形状和尺寸的工件。
在轧制过程中，需要合理控制轧制参数和工艺流程，以确保金属的加工质量和工件的精度。
同时，还需要注意金属的热处理和表面处理，以提高工件的性能和表面质量。
通过对轧制原理的深入理解和掌握，可以更好地应用轧制技术，实现金属加工的高效、精密和可靠。
《金属的轧制》课件
本课程将为您介绍金属轧制的工艺与发展趋势，让您深入了解这一专业领域。
什么是金属轧制？
金属轧制是将板材、带材、管材等金属材料通过轧辊进行成形的加工工艺。它被广泛应用于诸如建筑材料、汽 车零部件、钢材生产、电子设备外壳等领域。
轧制的用途ห้องสมุดไป่ตู้泛
从建筑材料到汽车零部件，轧制 是现代工业的关键环节。
需要高度自动化
多数轧制生产线需要高度自动化 才能达到高效率的生产要求。
涉及重要的工业领域
轧制对许多重要的工业领域都有 着直接或间接的影响。
金属轧制的分类
1 热轧
将金属材料加热至一定温 度后进行轧制，常见于钢 材等。
2 冷轧
在室温之下进行轧制，常 见于铝合金板等。
3 热处理后轧制
对于一些金属材料需要经 过热处理后才能进行轧制。
金属轧制涉及到的主要工艺参数有：温度、压力、轧制速度、轧辊表面状态等。轧制工艺参数的变化将直接影 响到轧制出来的成品的性能。
温度
温度过高或过低都会影响到金属材料的塑性及 硬度，从而影响到最终成品的质量。
压力
金属材料在轧制时受到的压力较大，过大或过 小都会影响到形变效果。
轧制速度
轧制速度过快可能会导致金属材料的宏观形变 不一致。
热轧
冷轧
热处理后轧制
常见的金属轧制工艺
卷取
将金属带在轧制设备上依次通 过多组轧辊，最终形成一定形 状和尺寸的条形材料。
冷拔
将金属材料直接通过模孔进行 拉伸，冷拔后能够使材料表面 达到比较高的光洁度。
镀锌
将金属材料与锌进行化学反应， 将表面镀上一层锌膜来达到耐 腐蚀、防锈的效果。
金属轧制的工艺参数
有色金属加工工艺_轧制
轧制一、轧制概述所谓轧制，就是轧辊与轧件（金属）相互作用时，轧件被摩擦力拉入旋转的轧辊间，受到压缩发生塑性变形的过程1.1轧制的基本方法1）纵轧工作轧辊旋转方向相反，轧件的运动方向与轧辊轴线垂直2）横轧工作辊旋转方向相同，轧件运动方向与轧辊轴线平行3）斜轧工作辊旋转方向相同，轧件的运动方向与轧辊轴线成一定倾角1.2 轧制变形区以及变形参数以简单轧制的纵轧为例示意图：(为了研究方便，常常把复杂的轧制过程简化成理想的简单轧制过程。
所谓简单轧制过程应具有下面条件：（1）两个轧辊均为主传动辊，辊径相同，转速相等，且轧辊为刚性。
（2）轧件除受轧辊作用外，不受其他任何外力（张力或者推力）作用。
（3）轧件的性能均匀。
（4）轧件的变形与金属质点的流动速度沿断面高度和宽度是均匀的。
在实际生产中理想的简单轧制过程是不存在的。
)1）变形区：轧制时金属在轧辊间产生塑性变形的区域称为轧制变形区。
在图中轧辊和轧件的接触弧以及轧件进入轧辊的垂直端面和出口垂直断面所围成的区域称几何变形区或者理想变形区2）接触角α：轧件与轧辊的接触弧所对应的圆心角α3) 变形区长度l：指接触弧AB的水平投影长度1.3 轧制过程的建立条件轧制的过程在一个道次里轧件的轧制过程可以分为开始咬入、拽入、稳定轧制和轧制终了（抛出）4个阶段各阶段示意图1）开始咬入阶段：轧件开始接触到轧辊时，由于轧辊对轧件的摩擦力的作用，实现了轧辊咬入轧件，开始咬入为一瞬间完成。
2）拽入阶段：一旦轧件被旋转的轧辊咬入之后，由于轧辊对轧件的作用力变化，轧件逐渐被拽入辊缝直至轧件完全充满辊缝为止3）稳定轧制阶段：轧件前端从辊缝出来后，轧制过程连续不断地稳定进行。
4）轧制终了阶段：从轧件后端进入变形区开始，轧件与辊缝逐渐地脱离接触，变形区逐渐变小，直至轧件完全脱离轧辊被抛出为止。
咬入条件轧制过程是否建立首先决定于轧件能否被旋转轧辊咬入。
分析轧件受力受力示意图Tx≥Nx才可以咬入，得fNcosα≥Nsinαf≥tgα算式中咬入角α－开始咬入时附件上的正压力N与两轧制中心连线的夹角。
1轧钢热轧冷轧工艺介绍
连铸机
结 晶 器
隧道式 感应加 加热炉 热炉
粗轧机 温度 控制器
精轧机
层流冷却 卷取机
摆动剪
除鳞箱
除鳞箱
飞剪
3.冷轧板带钢生产
1）冷轧的含义 金属学说法：加工温度低于该钢种在特定变形条件下的
再结晶温度的压力加工称为“冷加工”； 工业上的习惯：坯料事先不经过再加热的常温轧制过
程。
2）冷轧的工艺特点 （1）冷轧中的加工硬化； （2）冷轧中的工艺冷却和润滑； （3）冷轧中的张力轧制。
(3)中厚板生产的工艺流程
原料
加热
除鳞
轧制
冷矫
冷床
热矫
层流冷却
冷床
剪切
喷印
包装
轧制
中厚板的轧制过程大致可分为粗轧和精轧。
（1）全纵轧法 当板坯宽度大于或等于钢板宽度时，即可不用展宽而直接纵轧成
成品。 （2）横轧－纵轧法或综合轧制法
先进行横轧将板坯展宽至所需宽度以后再转90°进行纵轧完成。 （3）角轧－纵轧法
层流冷却
圆盘式 卷取机
③FTSRQ工艺（Flexible Thin Slab Rolling for Quality）
FTSRQ工艺后改为FTSC，称之为生产高质量产品的灵活性薄板坯轧制， 是由意大利达涅利公司开发出的又一种薄板坯连铸连轧工艺。
加拿大安大略省的阿尔戈马钢铁公司建成投产了产量为200万t/a的双流铸 机FTSR生产线。世界上已经建成7条。我国唐钢、本钢和通钢薄板坯连铸连轧 生产线即是采用该工艺。
2. 轧钢机
1）轧钢机的基本组成： 轧制钢材的设备称为轧钢机。
轧钢机由轧辊、工作机架、齿轮机座、联 接轴和联轴节、主电机等组成。
2） 轧钢机的分类：
金属轧制变形理论
两侧宽展区：金属横向流动增加宽展
24
2、 咬入条件和轧制过程的建立
知识点：
❖ 咬入条件 ❖ 稳定轧制条件 ❖ 改善咬入条件的途径
25
2.1 平辊轧制的咬入条件
咬入：依靠回转的轧辊和轧件之间的摩擦力，轧 辊将轧件拖入轧辊之间
接触瞬间轧件对轧辊的作用力： 径向压力P 摩擦力T0
3
1.1 轧制变形区的几何参数 轧制过程－靠旋转的轧辊与轧件之间形成的摩擦力将轧
件拖进辊缝之间，并使之受到压缩产生塑性变形的过程。
轧制目的：
形状（shape） 尺寸（size） 组织 （microstructure）
4
5
1.1.1 轧制变形区
轧制时轧件在轧辊作用下发生变形的部分。
弹性变形区
弹性恢复区
47
（2）限制宽展 特点：
金属质点横向移动时，除受接触摩擦作用外， 还受孔型侧壁的限制，不能产生自由流动
a. 箱形孔内的宽展; b.闭口孔内的宽展 限制宽展
带立辊轧制
48
（3）强制宽展 特点：
金属质点横向流动不受任何阻力，而且受推 动作用，使得轧件宽度产生附加的增长。强迫 宽展大于自由宽展。
Tx > Nx 时 N sin Nf cos
tan f
令 tan f
自然咬入
❖ 摩擦角大于咬入角时才能自然咬入
❖ 合力F的水平分力Fx与轧制方向相同
29
上轧辊对轧件作用力分解
力的关系分析： N x N sin Tx T cos Nf cos
Tx = Nx 时 N sin Nf cos
7一临界面金属流动速度
8一前滑区金属流动速度
轧制定义和基本原理
1. 变形区主要参数
• R-轧辊半径 • α—咬入角 • L—变形区长度，是接触弧（α对应
的弧度）的水平投影 • h0, h1—轧件入口厚度和轧后厚度 • L0, L1 —轧件轧制前后的长度 • b0, b1 —轧件轧制前后的宽度
工艺参数的定义
hh0h12R(1co)s压 下 量
R2R2h2
4. 按轧制产品成形特点分类
一般轧制
特殊轧制 周期轧制
施压轧制 弯曲成形
5. 按轧制产品形状分类
板带材轧制 管材轧制 型材轧制 线材轧制
一、板带材轧制
(1) 板带材 板带材是板材和带材的总称。
板材指裁剪成定尺长度品的产 带材板卷成卷生产供应
板带材的几何外形特征用宽厚比B/H表征。 B/H的大小代表了生产技术的难度。
咬入条件—轧件与轧辊接触后，轧辊能把轧件拉入辊缝进行 轧制的必要条件。
1. 开始咬入的情况 轧辊与轧件的受力关系如图所示
N—施加轧件上的力 T—摩擦力 Nx , Tx分别为其水平分量
- 轧件作用力方向与出 口区间的夹角
- 轧件端部与出口的夹 角
N—施加轧件上的力 T—摩擦力 Nx ,Tx分别为其水平分量
（2）分类 ① 板带材按厚度分为三大类：
中4 ~ 20 mm
中 厚 板
厚
20
~
60 mm
薄 板
和
带材
特厚 02
60 mm ~ 4 mm
极
薄带
材
和薄
材
0 001 ~ 0 2 mm
② 按用途可分为：
造船板、锅炉、桥梁、压力容器、汽车、镀层（镀锡、锌）、电工、 屋面、深冲等。
③ 按材料类别
此时的咬入条件为：
轧制的基本概念
1轧制的基本概念1轧制的定义：靠旋转的轧辊与轧件间的摩擦力将轧件拖入辊缝使之受到压缩产生塑性变形的过程2轧钢的原料：钢锭和连铸坯3产品：钢材4分类：特种类型钢，型钢，板带钢，钢管，型钢：圆钢。
方钢，角钢板带钢：带钢，钢板钢管：方管，圆管，异型管特殊类型钢：周期断面刚钢锭内部结构：外层：细晶粒带。
中间：柱状晶粒带。
内部：苯环晶带5轧制的目的：获得一定尺寸形状的钢材是钢材的性能得到改善2轧制过程的基本参数1变形区域参数入口是指进入变形区的方向出口是指离开变形区的方向入口高度H，出口高度h入口宽度B出口宽度b变形区长l咬入角@轧辊半径R2变形量的表示a绝对变形量表示高度方向：压下量Δh=H-h宽度方向：宽展量Δb=b-B长度方向：延伸量△l=l-L绝对变形量用于工程计算不能反映物体的变形程度b相对变形量高度方向：相对压下量ε1=Δh/H*100％宽度方向：相对宽展量ε2=Δb/B*100％长度方向：相对延伸量ε3=Δl/L*100％相对变形量表示物体的变形程度，但直观性差c变形系数高度方向：压下系数η=H/h宽度方向：宽展系数ω=b/B长度方向：压下系数μ=l/L能说明金属变形前后的尺寸变化倍数关系3体积不变定律V1=v2H*B*L=h*b*lF*0*L=F*N*ll/L=F0/FN=μ4总延伸系数，道次延伸系数，平均延伸系数μ总=μ1*μ2*μ3*。
μnμ平=n√μ总5变形区参数间的几何关系Δh=D*(1- cosα)分析参数当α一定时，D越大，Δh越大，变形区越长当Δh一定时，D越大，α越小变形区越长当D一定时，α越大，变形区越长3摩擦力的概念1摩擦力：是指两个物体互相接触当它们作相对运动或有作相对运动的趋势时，在接触面上会产生一种阻碍运动的力叫摩擦力2产生摩擦力的条件相对运动作相对运动3摩擦力的大小与哪些因素有关正压力的大小摩擦对的性质和状态，归结为摩擦系数4摩擦定律T= f*n4轧制过程的建立1开始咬入的条件咬入时轧辊给轧件的力正压力的垂直分力结论正压力不变，摩擦力增大减小咬入角，摩擦力增大咬入过程的建立2咬入条件的第二种表达f>tanα3咬入条件的第三种表达合力偏向出口i摩擦角：合力与法线的夹角，它是由摩擦系数决定的成为摩擦角4咬入条件的第四种表达F=tanВ5轧制过程的三个阶段●咬入阶段：轧件前端与轧辊接触到前端达到变形区出口的这个过程●稳定轧制阶段：从轧件前端离开变形区出口到轧件后端进入变形区入口位置叫●抛出阶段：轧件后端里开变形区出口6稳定轧制的条件f>tanαtanв>tanα/2●剩余摩擦力：克服推出力以为还剩余的摩擦力叫剩余摩擦力●最大压下量受咬入条件限制的最大压下量Δhmax=D（1-cosαmax）Αmax=в7影响咬入的条件a摩擦系数的增大有利于咬入影响摩擦系数的因素工具的表面状态，工具的化学成分，金属的表面状态，金属的化学成分，接触面的单位压力变形温度，变形速度b咬入角增大，不易咬入轧辊直径增大，咬入角减小压下量增大，咬入角增大c其他影响咬入的因素轧件前端的形状，孔型侧壁，后推力，5宽展的概念1宽展的定义：轧制时被压下的金属一部分延横向流动，使金属产生横向变形叫宽展2最小阻力定律：当变形体的质点有可能香不同方向流动时，则每个质点延阻力最小的方向流动3分析轧制过程：变形区的俯视图呈扁平梯形分析轧制时的宽展与延伸的分配变形区分宽展与延伸区变形区长度小于宽度，延伸区大与宽展区轧件宽度越大，变形区越宽，宽展区越小变形区长度越小，宽展区越小4宽展的种类自由宽展，强迫宽展，限制宽展自由宽展：轧件在轧制时被压迫部分金属在横向可以自由流动的宽展形式限制宽展：轧件在孔型轧制时，被压下部分金属体积在横向流动的时受到孔型侧壁限制不能自由流动的宽展形式强迫宽展：在轧制某些特殊孔型或特殊轧件形状使得被压下金属大量的横向流动造成轧件宽展量大增许多的宽展形式5影响宽展的因素：高向移动的体积变形区轧件变形的纵横阻力比压下量的影响随压下量的增加而增加原因：压下量增加高度方向位移体积增加长宽两个方向位移体积增加，压下量增加变形区长度增加导致延伸阻力增加宽展要增加更多轧件宽度的影响轧件越宽，宽展越小轧辊直径的影响轧辊直径增加变形区增大宽展量增加原因：轧辊直径增加，变形区长度增加纵向摩擦力增加延伸减小宽展增加轧辊直径增加约趋于平面纵向力的水平分力越大轧制道次的影响总压下量相等，随道次增加宽展减小摩擦力的影响摩擦系数增加宽展增加原因：高温时温度增加摩擦系数减小宽展减小轧制速度越快摩擦力越小宽展越小轧辊表面越粗糙宽展越大合金钢比碳钢宽展大钢辊比铁辊宽展大张力对宽展的影响张力越大宽展越小6前滑与后滑前滑区中性面：前滑区与后滑区的分界面叫中性面中性角：中性面对应的圆心角叫中性角变形区内金属对轧辊的相对运动：前滑区内金属相对轧辊向前运动后滑区内金属相对轧辊向后运动中性面内金属相对于轧辊没有运动前滑值：前滑的定义：在变形区出口处轧件的前进速度大于该点处轧辊的圆周速度，叫前滑表达式：Sh=*(Vh-v)/v*100％后滑值轧件在变形区入口处的前进速度小于该点轧辊圆周速度的水平分量叫后滑表达式Sh=(v*cosα-VH)/v*cosα*100％7连轧与前滑秒流量相等原则：轧件在单位时间内通过变形区任意截面的金属秒流量应该为一常数FH*VH=FN*VN=Fr*Vr金属出口速度与入口速度比为延伸系数连轧生产的基本原则：轧机按轧制顺序排成纵列，机架数目等于轧制道次，一根轧件同时在数架轧机同时轧制各机架间遵循秒流量相等的原则。
轧制的基本原理和特性分析
h/h0
h,mm
(a) 当Δh、h0、h1为常数，低碳钢，轧制温度为900ºC和轧制速度为1.1 m/s时， Δb与r的关系；
(a) (b) 当h0、h1为常数，低碳钢，轧制温度为900ºC和轧制速度为1.1 m/s时， (b) Δb与Δh的关系。
• 工具形状有利于延伸。
Nx
Tx
T
N
2 轧制过程中的宽展
• 轧件在宽度方向线尺寸的变化，即绝对宽展称为宽展。 bb1 b0
• 轧制中的宽展可能是希望的，也可能是不希望的，视轧制 产品的断面特点而定。当用窄坯料轧成宽成品时希望有宽 展，若是从大断面坯料轧成小断面产品时，则不希望有宽 展。无论在那种情况下，均必须掌握宽展变化规律及正确 计算它，在孔型中轧制则更为重要。
1cosh
2R
sin 1 h
2 2R h
R
sin 1(1cos)
22
sin
22
变形区长度 l
轧件与轧辊之接触弧的水平投影长度，称为变形区长度。
l2 R2(Rh)2 2
l Rh h2 4
l Rh
1.3 体积不变条件
对于消除了铸态组织的已变形金属，塑性加工时金属的密 度变化很小或者不变。
变形区中高度为hx的任意断面上的变形速度为：
ddxh/d t 1dxh2vy
dt hx
hx dt hx
平均变形速度
h0 h1 h 0
t
t R v
h R
h0 h1
v
h0
R(h0 h1)
各种轧机的平均变形速度
1.6 咬入条件
Nx Tx
《金属的轧制》课件
CATALOGUE
目 录
• 轧制技术概述 • 轧制的基本原理 • 轧制工艺流程 • 轧制设备与工具 • 轧制技术的发展趋势与展望
01
CATALOGUE
轧制技术概述
轧制技术的定义
轧制技术是通过旋转轧辊对金属施加压力，使其发生连续塑性变形的工艺过程。
轧制技术的基本原理是利用轧辊与金属之间的摩擦力，使金属产生连续的塑性变形 ，从而获得所需形状和性能的金属制品。
。
通过引入先进的传感器、控制 器和优化算法，实现对轧制过 程的实时监测和控制，提高产
品质量和生产效率。
智能化与自动化的轧制过程可 以减少人工干预和操作误差， 提高生产安全性和稳定性。
未来轧制过程的智能化与自动 化将进一步发展，实现更加智 能化的生产管理和决策支持。
新材料与新工艺的轧制技术探索
01 02 03 04
粗轧机
用于进一步轧制原料，使其接近成品 尺寸，通常具有中等轧制压力和道次 数。
精轧机
用于最终轧制成品，具有较小的轧制 压力和较多的道次数，以确保产品精 度和表面质量。
连轧机
多台轧机连续排列，实现连续轧制， 提高生产效率和产品质量。
轧辊的类型与材料选择
热轧辊
承受高温和较大轧制力，通常选 用高硬度和耐热性好的材料，如
随着新材料和新工艺的不断涌现，轧制技术也在不断探索和创新。
新材料如高强度钢、不锈钢、钛合金等具有更高的强度和耐腐蚀性能 ，需要新的轧制技术和工艺来满足其加工要求。
新工艺如轧制复合技术、轧制变形控制技术等可以显著提高产品质量 和性能，满足更加复杂和多样化的市场需求。
探索新材料与新工艺的轧制技术需要不断投入研发力量，加强产学研 合作和技术交流，推动轧制技术的不断创新和发展。
轧制理论基础
第一章轧制理论基础第一节轧制的基本概念1、轧制金属通过两个旋转方向相反的轧辊时，在轧辊压力作用下，使金属生产塑性变形。
从而改变其断面的形状和尺寸，这种工艺过程称为轧制，被轧制的金属称为轧件。
轧制按轧制时的温度不同，分为冷轧和热轧。
在金属再结晶温度以下进行轧制叫冷轧，在金属再结晶温度以上轧制叫热轧。
2、变形区以平辊轧制矩形轧件为例，轧辊直径为D，辊身长度为B，轧制前的轧件厚度为ho，轧制后的轧件厚度为h1，轧制前的轧件宽度为bo，轧制后的轧件宽度为b1，轧件的入口速度为v o ，轧件的出口速度为v1，如图2-1所示。
轧件开始与轧辊接触的平面AA’，称入口平面，轧件从轧辊离开的平面BB’，称出口平面。
入口平面AA’，出口平面BB’，轧辊与轧件的接触弧面AB和A’B’构成轧件在轧制时的变形区.轧件在变性区内发生塑性变形。
3、变形量轧件轧制前和轧制后的厚度之差称为绝对压下值，用△h表示△h =ho -h1：绝对压下量△h与轧前厚度的比值称为相对压下量，常用Y表示。
即：Y=△h/ho 相对压下量可用小数和百分数来表示。
轧件轧制后与轧制前的宽度之差称为绝对宽展量，用△b表示。
△b=b1-bo。
绝对压下量与绝对宽展量是经常使用的两个变形参数。
轧件轧制前的长度为1o ，轧制后的长度为11，轧制后与轧制前的轧件长度之差称为绝对延展量，用△1表示。
故有△1=11-1o。
轧前厚度与轧后厚度之比，称为压下系数，通常用η表示。
即η=ho /h1；轧后宽度与轧前宽度之比，称为侧压系数，通常用k 表示。
即 k=b 1/b 0； 轧后长度与轧前长度之比，称为延伸系数，通常用μ表示。
即μ=l 1/l 0。
4、咬入弧与咬入角轧辊与轧件接触部分的A ⌒B 和A ’⌒B ’弧称为咬入弧（又称接触弧）。
与咬入弧 A ⌒B 和A ’⌒B ’所对应的圆心角α称为咬入角。
由图2-1中的几何关系可知，△ABC ∽△EBA ，由此可得： AB 2=BE ⨯BC 式中 BE=2R BC=（h o -h 1）/2=△h/2所以咬入弧所对的弦长AB=hR ∆。
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
轧制概述与工艺
本课程讲授的主要内容： ●轧制概述 ●轧制过程中的力学概述
●轧制过程中的金属变形
●轧制后续的处理技术及设备概述
2
轧制概述
1.轧制概述 2.我国轧钢技术发展 3.无头轧制技术 4.今后我国轧钢领域的发展方向
3
绪论
轧制过程是由轧件与轧辊之间的摩擦力将轧件拉 进不同旋转方向的轧辊之间使之产生塑性变形的过程。
轧制新技术新工艺概述
新一代TMCP技术 无头轧制技术
边部温度控制技术 连铸坯热送热装 无酸洗除鳞技术 板厚、板形自动控制系统 轧制-激光焊接技术
宽厚板轧制
● ● ● ● -
热连轧
● ● ● ● ● -
38
冷轧 棒线材轧制
-
●
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●
-
39
4.今后我国轧钢领域的发展方向 轧钢领域要向提高热装温度和热装率，开
——咬入角，轧件被咬入轧辊时轧件和轧辊最先
接触点（实际上为一条线）和轧辊中心的连线与 两轧辊中心连线所构成的角度；
l——接触弧长的水平投影，也叫变形区长度；
F ——接触面水平投影面积，简称接触面积；
l/hm ——变形区形状参数，hm=(H+h)/2（变形
区平均高度)。
简单轧制（理想轧制）
为了便于进行研究分析，对一些轧制条件作出假设和
4
金属材料尤其是钢铁材料的塑性加工，90%以上是通过 轧制完成的。由此可见，轧制工程技术在冶金工业及国民 经济生产中占有十分重要的地位。
5
轧制工艺按照产品类型可以分为板带轧制、管材轧 制、型材轧制以及棒、线材轧制四种基本类型；按生 产工艺可以分为热轧和冷轧工艺；按厚度可分为薄板 ( 厚 度 <4mm) 、 中 板 ( 厚 度 4~20mm) 、 厚 板 ( 厚 度 20~60mm)、特厚板(厚度>60mm，最厚达700mm)。 在实际工作中，中板和厚板通称为“中厚板”。
金属的轧制教材教学课件
绿色环保型轧制技术
绿色环保型轧制技术概述
介绍绿色环保型轧制技术的定义、原理、特点等基础知识。
绿色环保型轧制技术发展现状
分析当前绿色环保型轧制技术的发展状况，包括主要技术、应用领域、产业规模等。
绿色环保型轧制技术关键问题及解决方案
探讨绿色环保型轧制技术面临的关键问题，如能源消耗、废弃物处理、环境影响等，并提出相应的解决 方案。
操作不规范或失误，如调整不 及时、参数设置错误等，也可
能造成轧制缺陷。
预防措施与处理方法
01 严格原料检验 对原料进行严格的质量检验和控制，确保原料质量符 合要求。
02 加强设备维护 定期对轧机进行维护和保养，确保设备处于良好状态 。
03
优化工艺参数
根据金属材料的特性和轧制要求，优化加热制度、轧 制规程和冷却方式等工艺参数。
4. 实验后应及时清理现场，保持实验 室整洁。
数据记录和处理方法
01
数据记录
02
1. 记录实验材料的初始厚度、宽度、长度等尺寸参数；
2. 记录轧制过程中的轧制力、轧制速度、轧辊温度等实时数据；
03
数据记录和处理方法
• 记录轧制后金属板材的厚度、宽度、长度等尺寸参数，以及组织观察和力学性能测试结果。
改善组织性能。
03
组织结构对金属性能的影响
金属的组织结构对其力学性能、耐蚀性能等具有重要影响。
力学性能变化规律
轧制过程中的加工硬化
在轧制过程中，金属的加工硬化现象会导致其强度、硬度提高， 而塑性、韧性降低。
轧制后的力学性能变化
轧制完成后，金属的力学性能会得到显著改善，如强度、韧性提高 等。
力学性能与组织结构的关系
性能缺陷
有色金属扎制
有色金属扎制有色金属扎制1、轧制概述1.1.1、轧制的概念：轧制过程是靠旋转的轧辊与轧件之间形成的摩擦力，将轧件拖进轧辊之间的缝隙（辊缝），并使之受到压缩产生塑性变形的过程。
(P1)1.1.2、轧制的分类：根据轧件的运动方向不同，轧制可分为纵轧、横轧和斜轧。
（P1）轧制的分类：根据轧制时的轧辊形状，可分为平辊轧制和型辊轧制。
（P1）1.2.3、有色金属及合金的轧材主要是板带材，生产方法主要有成块轧制和成卷轧制。
（P3）复习思考题1-6解释名词：热轧，冷轧，横扎，斜轧。
(P1)热轧——在金属的再结晶温度以上进行的轧制叫热轧。
冷轧——在金属的再结晶温度以下进行的轧制叫冷轧。
横扎——横扎轧辊的转动方向相同，轧辊轴线平行或在同一平面内呈一定的锥角（又叫楔横扎）斜轧——斜轧的两个轧辊成一定的角度且旋转方向相同，轧件作螺旋形运动。
2、轧制过程的建立2.1简单轧制条件：（1）、对于轧辊方面：直径相同，转速相同的刚性圆柱轧（主动辊）（2）、对于轧件方面：轧制前后轧件的断面均为矩形或方形，轧件内部各部分组织和性能相同（性能均匀）（P70）2.2、变形区的主要参数:2.2.2、轧辊咬入轧件的条件：β≧α（2-3）轧辊与轧件之间的摩擦系数f必须大于等于咬入角α的正切值，或轧辊与轧件之间的摩擦角β必须大于等于咬入角α。
（P9）2.2.4、建立稳定轧制状态后的轧制条件：继续进行轧制的条件: β≧α或α≦2β（P9）2.2.6改善咬入的基本措施：（1）适当增大轧辊与扎件间的摩擦系数。
（2）适当减小咬入角。
（P11）2.3.1、平均工作辊经：平辊的工作辊径Dκ就是轧辊的实际直径，它与轧辊的假想原始直径D的关系为：Dκ=D-h （2-7）式中h——轧件的扎后厚度，平辊轧制时等于辊缝值（P12）假想原始直径是认为两轧辊靠拢，没有辊缝是两轧辊轴线见距离。
在箱形孔型中轧制时工作辊径为孔型的槽底直径，它与辊环直径D’的关系为：Dκ= D’-（h-s）(2-8)式中S—辊缝值（P12）2.3.2平均压下量：不平均压缩平均压下量为：△h=H-h=Q/B-q/b (2-11)式中Q,B——分别为轧制前轧件横断面积和轧件宽度q,b——分别为轧制后轧件横断面积和轧件宽度（P12）2.4、三种典型轧制情况：实验证明，对同一金属在不同温度、速度条件下，决定轧制过程本质的主要因素是轧件和轧辊尺寸。
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材料加工工程
板材轧制的应用
冷轧
冷轧在室温下进行，所生产的板材和带材具有更好的表面质量（因为变 形量比较小）、尺寸精度和机械性能（由于加工硬化）。
叠板轧制（pack rolling）
叠板轧制.是一种将两层或者更多层金属一起轧制的工艺，该工艺可提高 生产率。
表面光轧 （temper rolling ） 轿直轧制（leveling rolling）
表面粗糙度.
冷轧成形可以获得很好的表面质量，因此冷轧产品不需要附加的表面处理 工艺。
板厚或线径标号.
板材的厚度由线径标号标定，数字越小板子越厚。
材料加工工程
轧机（rolling mills）
一般轧机布置图
材料加工工程
轧机（rolling mills）
不同轧制布置示意图(a) 两辊; (b)三辊; (c) 四辊; (d) 多辊轧机.
注意摩擦系数！
材料加工工程
板材的轧制——轧制力及所需动力
估算
轧制力 每一轧辊的动力是：
轧辊的rmp
轧辊所需动力
Power
FLN
60, 000kW
轧制力以及作用在轧辊上的扭矩
注意有的资料上是 英制
材料加工工程
板材的轧制——轧制力
轧制力可 能引起的 情况
轧辊的偏转和压扁 对轧辊间隙的影响。
轧辊安装间隙必须比 计算值紧密些，以补 偿这些变形。。
金属的轧制
材料加工工程
言
在轧辊间的特定空间内进行塑性变形，
什么叫做 轧制？
以获得一定的截面形状。
Rolling Rolling pin
材料加工工程
Flat- and Shape-Rolling Processes
不同类型的板材和型材 轧制示意图
材料加工工程
板材的轧制
参数：
板材初始厚度h0 出轧辊时厚度hf 板材进入速度V0 轧辊速度Vr 出轧机速度Vf 板材初始宽度w0 出轧辊时宽度wf
材料加工工程
型材的轧制——螺纹轧制
螺纹滚扎工艺（a）和（c）为平直模具；（b）两辊模具.带 螺纹的紧固件，如螺栓，可通过这种方式经济地高效率获得 。
材料加工工程
型材的轧制——螺纹轧制
(a)机加工和轧制螺纹的特点 (b) 机加工和轧制螺纹中晶粒的 流动 。与机加工中从金属的晶粒部分切断不同，由于冷作硬 化和有利的晶粒流动，螺纹轧制提高了强度。
铸造金属或包含大晶粒的锻造金属在热轧过程中晶粒的变化.
材料加工工程
板材轧制的应用
初坯 方坯 板坯
图 不同类型的板材和型 材轧制示意图
材料加工工程
板材轧制的应用
热轧
喷火器（火焰清理）去除大片的鳞状物， 用粗磨以使表面平滑 。
轧制前对材 料的表面处 理！
冷轧
酸液清洗、水爆（去鳞片）；磨削去除其 它缺陷 。
(a) 小直径的轧辊或者每步的断面缩减率小的轧制产生的残余应力 (b)大直径的轧辊或者每步的断面缩减率大的轧制产生的残余应力. 注意 残余应力的 材料加工工程 图形是相反的
板材轧制的应用——其它特性
尺寸误差
冷轧厚度方向上的误差通常从±0.1mm到0.35mm.板材热轧的误差范围 通常会大些。平直度误差通常是冷轧±15mm/m，而热轧是±55mm/m。
轧辊的弯曲
图 （a）由于轧制力引起的圆柱形轧辊的弯曲； （b）轧辊面的弯曲，使得板材厚度均匀一致
材料加工工程
板材的轧制——展宽（speading）
利用与轧件边缘 接触的垂直轧辊 （如轧边机上所 用的），可以防 止展宽 。
板材轧制中的展宽（也可见图4.2）类似 于面团被擀面杖擀过那样.
材料加工工程
板材轧制的应用
四辊轧机机座示意图
材料加工工程
板材的轧制——减小轧制力的方法
a.减小摩擦； b.使用较小半径的轧辊，减少接触面积； c.减小每一道次的压下量，减少接触面积； d.高温下轧制，减少材料的强度。 e.在轧制过程中对板材施加一个轴向的拉力 .
材料加工工程
板材的轧制——几何补偿
由于力的作用产 生了几何变形
一种使轧制板材平直的辊子轿平方法
材料加工工程
板材轧制的应用——板材轧制中的缺陷
缺陷的影响：
不但影响表面质量， 而且会严重影响到 强度、成形性和其 它的制造性能
板材轧制中典型缺陷示意图（a）波纹状边缘(b) 带材中间拉链式裂纹(c) 边缘裂纹(d)鳄嘴裂口
材料加工工程
板材轧制的应用——其它特性
残余应力
材料加工工程
型材的轧制——环件的轧制
环件轧制坯料 的获得：
可从板材上切割得到、通过冲孔工艺得到 、从厚壁管材上切割得到。
环件轧制产品 的应用：
典型应用是生产火箭或涡轮、齿轮环、球 轴承和滚轴承座圈、法兰以及管材增强环 上使用的大型环件。
环件轧制的优 点：：
生产时间短，节省材料，尺寸公差小并且 有利于产品上晶粒的流动。
材料加工工程
无缝管与管件的生产
各种管材轧制工艺示意图：(a)使用固定心轴 (b)使用运动心轴 (c)无心轴 (d) 具有一心轴和一对成形轧辊的皮尔格轧制
材料加工工程
连铸连轧工艺
喷射铸造中液态金属喷洒在一个旋转的心轴上面来生产无缝管材
材料加工工程
连续铸造连续轧制流程图
连铸连轧全称连续铸造连续轧制（英文：Continue Casting Direct Rolling ，简称CCDR），是把液态钢倒入连铸机中轧制出钢坯（称为连铸坯）， 然后不经冷却，在均热炉中保温一定时间后直接进入热连轧机组中轧制成 型的钢铁轧制工艺。这种工艺巧妙地把铸造和轧制两种工艺结合起来，相 比于传统的先铸造出钢坯后经加热炉加热再进行轧制的工艺具有简化工艺 、改善劳动条件、增加金属收得率、节约能源、提高连铸坯质量、便于实 现机械化和自动化的优点。
材料加工工程
轧机（rolling mills）
连轧工艺
材料加工工程
轧机（rolling mills）
轧辊材料的基 本要求： 强度高、耐磨损
常用轧辊材料：
铸铁、铸钢、锻钢和碳化钨
材料加工工程
型材的轧制——环件的轧制
a)环件轧制工艺示意图.由于零件直径的 增加是厚度减小 (b)可通过环件轧制获 得零件的横截面实例。
板材轧制工艺示意图
材料加工工程
板材的轧制——摩擦力
注意：
摩擦力的方向 中性点左右两侧摩 擦力的大小 摩擦力越大越好吗？
摩擦力在板材表面的作用
材料加工工程
板材的轧制——轧制力及所需动力
轧制力作用的方向 轧制力估算公式：
板材的宽度
F LwYavg
板材和轧辊的接触长度 板材在辊缝间的平均真实应力
轧制力以及作用在轧辊上的扭矩