热轧轧制原理及工艺

热轧轧制基本原理及基本工艺

一．概论

铝是目前仅次于钢铁的第二类金属，其板带材具有质轻、比强度高、耐蚀、可焊、易加工、表面美观等特点被广泛的应用于国民经济的各个行业，特别是航空航天、包装印刷、建筑装饰、电子家电、交通运输等领域。比如，航空航天方面，前几天发射的“神八”飞船，上面好多铝及铝合金用品都是西南铝和东轻公司加工制造的，不过这些产品一般都是军工产品，我们目前还没有生产的权利，我们厂也没有参与加工，但是也是铝加工行业的骄傲。

包装印刷方面，大家都熟知的PS版，虽然现在我们已经退出了这个产品的生产竞争行列，但是我们曾经生产过，曾经取得过比较好的生产成绩。建筑装饰方面，我们生产过的主要有铝塑底板带，大批量的各系合金的氧化带等。

电子家电方面较多，前段时间大批量生产的液晶电视背板，键盘料等。交通运输方面，大家熟知的5754声屏障。虽然有些产品我们已经不再生产，但是这些产品我们不再陌生，到超市里面逛街的时候看看电饭煲盖子里的铝板，看看各种大型的液晶电视，可能某些产品所用的铝及铝合金配件就是我们厂生产的呢！

二．热轧的简单概念及特点

热轧是指在金属再结晶温度以上进行的轧制。

再结晶就是当退火温度足够高，时间足够长时，在变形金属或合金的纤维组织中产生无应变的新晶粒（再结晶核心），新晶粒不断的长大，直至原来的变形组织完全消失，金属或合金的性能也发生显著变化，这一过程称为再结晶，其中开始生成新晶粒的温度称为开始再结晶温度，显微组织全部被新晶粒所占据的温度称为终了再结晶温度，一般我们所称的再结晶温度就是开始再结晶温度和终了再结晶温度的算术平均值，一般再结晶温度主要受合金成分、形变程度、原始晶粒度、退火温度等因素的影响

以上就是理论上的热轧的简单原理，在我们铝加工行业的实际生产中主要的体现是，当铸锭在加热炉内加热到一定的温度，也就是再结晶温度以上时，进行的轧制，而这一个温度的确定主要依据是铝合金的相图，也就是最理想化的情况下，加热温度的确定为该合金在多元相图中固相线80%处的温度为依据，这就牵扯到了不同合金多元相图的问题，比较深奥，所以我们只要知道，加热温度的确定是以该合金固相线的80%为依据，在制度的执行中，根据实际的生产情况，根据设备的运行情况，多加修改所得到的适合该合金生产的温度

热轧的特点：

1、能耗低，塑性加工良好，变形抗力低，加工硬化不明显，易进

行轧制，减少了金属变形所需的能耗

2、热轧通常采用大铸锭、大压下量轧制，生产节奏快，产量大，

这样为规模化大生产创造了条件

3、通过热轧将铸态组织转变为加工组织，通过组织的转变使材料

的塑性大幅度的提高

4、轧制方式的特性决定了轧后板材性能存在着各向异性，一是材

料的纵向、横向和高向有着明显的性能差异，二是存在着变形

织构和再结晶织构，在冲制性能上存在着明显的方向性三．设备的特点

1、单机架双卷取热轧机的特点

➢由于是粗轧和精轧的二合一机台，所以要具备粗轧和精轧的生产特点，工作辊的选择不仅要考虑到热粗轧的压下量，也要考虑到轧制的最大厚

度

➢清辊工艺必须适用于工作辊的整体轧制过程中的轧辊表面质量要求，以确保板带表面质量

➢冷却喷射、乳液质量和集中润滑必须同时适用于热粗轧和热精轧过程，要同时满足头几道次的高温大压下量和最终产品的表面质量➢卷取机结构设计必须适用于轧制过程的张力控制，在可逆轧制过程中，不得损伤带材表面质量要求

2、加热炉的特点

目前我们采用的是铝锭推进式加热炉，能源方面采用煤气作为加热介质，热风强制循环对铝锭进行加热，其特点主要是以下几点：

固定在顶部的循环风机提高了加热速度，通过应用风机均匀送风的原

则，改变平导流板、垂直导流板、喷流系统及加热区隔板等形状，并对

喷流系统的合理设计和布置，可调节和改善气流分布情况，提高炉膛内

的温度均匀性，从而提高铸锭温度的均匀性

安装合理的烧嘴分布均匀，并配有助燃风机提供助燃空气，冷却风机控

制温度的精度以及降温时的速度

应用了迎风燃烧混合技术的开发，是喷流加热既缩短了加热时间又避免

了铸锭在加热过程中边部过烧，而且特定的燃烧角度使得煤气燃烧效率

最大化，燃烧效率得到提高，减少了能耗

炉内的温控方式采用温差比例控制和均热后降温时的转定温控制，提高

了控制的精度

在炉子一周配备的热电偶便于炉内温度的控制，测量铝锭温度的热电偶

便于铝锭实际温度的控制，测量铝锭的温度采用了气动伸缩式热电偶测

温，测温时热电偶的针头自动伸出与铝锭表面接触，测温完毕时，热电

偶的针头自动缩回离开铝锭表面，热电偶的测温精度可以达到正负1度四．热轧原理

1、轧制的理论：轧制是借助旋转轧辊的摩擦力将轧件拖入轧辊间，同时依靠轧辊施加的压力使轧件在两个轧辊或两个以上的轧辊间发生压缩变形的一种材料加工方法

2、轧制参数：轧制变形过程，厚度方向的压缩是主导变形。当轧件厚度方向受到轧辊压缩时，将使金属发生沿纵向和横向的流动，但是纵向的延伸变形总是大大超过横向的扩展量，这是因为辊面摩擦力对宽向流动的阻碍总是大于纵向，也就是说，相对纵向而言，横向的宽展总是比较小，轧制时的变形指数主要为：

➢绝对压下量：表示轧制前后轧件厚度绝对的变化量，便于生产操作上直接调整轧辊的辊缝值

➢加工率：用于记录近似变形程度

➢宽展：生产现场用于表示宽展的绝对增加值

生产现场涉及到得最基本的参数就以上几个，其它的比如伸长率，延伸系数等只是为了理论的分析。所以在现场用的最多的就是根据金属塑性变形的体积不变条件计算轧后的长度、加工率等

3、轧制过程的建立：轧制过程总共经历4个阶段，分别为咬入阶段，拽入阶

段，稳定轧制阶段和轧制终了阶段

◆咬入阶段：轧件开始接触旋转的轧辊，轧辊开始对轧件施加作用，将其拖

入辊缝间，以便建立轧制过程

◆拽入阶段：一旦轧件被旋转着的轧辊咬着后，轧辊对轧件的拖拽力增大，

轧件逐渐充满辊缝，直至轧件前端到达两辊连心线位置为止

◆稳定轧制阶段：轧件前端从辊缝间出来后，继续依靠旋转轧辊摩擦力对轧

件的作用，连续、稳定地通过辊缝，产生所需要的变形，厚度方向压缩，纵向延伸

◆轧制终了阶段：从轧件后端进入辊缝间的变形区开始，直至轧件与轧辊完

全脱离接触为止

4、实际轧制生产中会出现轧件不能顺利被轧辊咬入，致使轧制过程停止，以

及咬入角不合理引起板材塑性变形不均匀的情况，不仅降低了生产效率，而且产品易存在质量问题，这是因为咬入并轧制的过程是一个不稳定过程，当咬入的时候，变形区的几何参数，运动学参数都是变化的，所以咬入角即轧辊与轧件接触部分所夹的中心角是轧制过程中一个极其重要的影响因素，合理的咬入角应当在15度到20度之间，且当轧辊半径相同时，咬入角随压下量呈抛物线形增长

5、稳定轧制是轧制过程的主要阶段，但是咬入过程却是建立轧制过程的先决

条件，这个图就是一个简单咬入的示意图，轧件在咬入的这一瞬间，轧件受到轧辊的正压力N和切向摩擦力T 的作用，根据摩擦定律，可以将N和T分解为同一方向上的两个力，即垂直方