板型控制论文

论述异步轧制技术与板型控制

摘要：详细阐述了异步轧制技术的特点和变形机理，对异步轧制板型控制问题进行了分析，并对其技术应用前景进行了展望。最后浅谈个人对板型控制技术的认识与设想。

关键词：异步轧制板型板凸度控制

Discuss Asynchronous rolling technology and Plate-type control

Liupiao

（Anhui university of technology Materials Science and Engineering 243002）Abstract：This paper elaborates on the characteristics and deformation mechanism related to Asynchronous rolling technology ，and the forecasts its application prospect , Finally Discussion Personal knowledge and ideas to Plate-type control. Key word:Asynchronous rolling；Plate-type ；Crown ；control

引言：薄带被广泛地应用于电子和仪器仪表等工业。随着科技的发展，用户对薄带产品的需求量逐步增加，对其质量的要求也越来越高。因此，如何改善板形及提高尺寸精度成为钢铁企业及研究者所关心的问题。由于冷轧产品具有尺寸精确，表面光滑等优点，薄带多采用冷轧的方法来生产。但是由于现代轧制理论中的“最小可轧厚度”的限制，当薄带厚度达到某一定值后，即使增加压力，轧件也不可能再变薄。因此引入了异步轧制的新技术。

1异步轧制技术的特点

异步轧制是指两个工作辊表面线速度不相等的一种轧制方法，也称非对称轧制，通常有以下三种形式：

(1)上、下轧辊半径不等的非对称轧制；

(2)上、下轧辊速度不等的非对称轧制；

(3)上下轧辊与金属轧件摩擦系数不等的非对称轧制。

金属轧件在异步轧制时变形区内会引起剪切变形，可以细化晶粒，从而在变形区激发更多的滑移系参与滑移与交滑移，导致旋转立方织构的增强，剪切带区域内集中了非常高的局部塑性变形，具有较高的形变储能，因此，异步轧制有利于降低再结晶温度，减少耗能，以及降低轧制力，提高生产效率[1]。

2 异步轧制技术的原理

2.1异步轧制技术的实现

异步轧制辊速的不同是通过上下轧辊半径不同或二者转动角速度不一样来实现的。前者称为异径异步轧制，后者称为同径异步轧制。近年来还出现了上下辊具有相同的辊径与转速，但依靠两者摩擦系数不同来实现异步轧制。图1为异径异步轧制原理图。异步轧制轧件P 在咬人时，其头部A点首先与大辊径的上轧辊接触，瞬间轧件头部上的B点被推向小辊径的

下轧辊，且上辊比下辊的线速度高而下压轧件。当B点和下辊接触时，轧件P头部A点部位受到来自上辊的锤锻作用力，使轧件头部与辊的接触由A点(实际是一条线)变成A′一A″接触弧(实际是一块接触弧面)，如图1b所示，轧机上工作辊的咬人角由θ降到θ′，形成楔咬作用。锤锻和楔咬作用有利于建成轧件咬人条件。图1c为咬入建成情况。

轧件咬入后，由于上下工作辊存在辊径差，则上下轧辊表面由此产生线速度差，使轧件处于搓轧状态中，从而可削平摩擦峰值，降低轧制力和能耗，同时也可使轧件表面的氧化铁皮易于脱落，提高了轧件的表面质量。见图2。

图3所示为常规轧制和异步轧制时的摩擦力分布。金属在轧制过程中，按金属流动速度的不同，可将变形区分为3个区域：前滑区、后滑区和中性面。在轧制过程中，常规轧制时上下辊的中性角相等，轧制变形区金属在前滑区，后滑区上下表面摩擦力都是指向中性面，中性面附近单位压力骤增，使平均单位轧制压力增大，阻碍金属变形。异步轧制时，由于上下轧辊的线速度不同，中性面将发生偏移，表现在辊缝出口端轧材中性面偏向快速辊一侧。由于中性面的偏移，在变形区中形成一个外力作用条件与应力状态都比较特殊的区域，此区域位于2个中立点之间，其上、下接触面的摩擦力方向相反，形成了异步轧制所特有的“搓轧区”由于搓轧区的存在，造成了轧制过程变形特点和金属流动的特殊变化。在搓轧区上、下表面，外摩擦力方向相反，减少了外摩擦所形成的水平压力对变形的阻碍作用，从而显著降低了轧制变形的总压力。又由于方向相反的摩擦力，造成了搓轧区上、下表面金属流动的不同，因而在变形区内引起剪切变形，导致金属表面质量金相组织、晶体位向和力

学性能的变化。与常规轧制相比，异步轧制具有显著降低轧制压力与轧制扭矩，降低产品能耗，减少轧制道次，增强轧能力，改善产品厚度精度和板形，提高轧制效率的优点。特别是对于轧制变形抗力高、加工硬化严重的极薄带材，其节能效果更加显著。

2.2异步轧制技术的变形机理

异步轧制是金属在两个不同线速度的轧辊间完成塑性变形的一种新的轧制方法，是非对称轧制方法的一种[2]。在异步轧制中，上下工作辊的表面速度差造成了金属在变形区内流动的特点与同步轧制不同。同步轧制中，轧制变形区内的金属相对轧辊有前滑区和后滑区，摩擦力指向中性面。因此，其上下接触弧的摩擦力、轧制压力和扭矩是对称的（如图2a）。而异步轧制中，由于上下工作辊的速度差造成上下辊的工作点不在同一垂直平面内，慢速辊侧中性面向入口侧移动，快速辊侧中性面向出口侧移动。这样就形成了变形区上下摩擦阻力方向相反的区域（如图2b），称为搓轧区。由于搓轧区的存在减小或消除了同步轧制前滑区内接触弧上摩擦力对金属流的阻碍作用，从而降低了轧制压力。

对比传统的轧制方法，异步具有很多优点[3，4]：减少30．40％的轧制力；在达到相同的压下量的条件下，减少轧制道次，减少或省去中间退火工序，从而降低能耗，降低生产成本；采用异步轧制方法可突破轧机的最小可轧厚度的限制，两辊异步轧机可望取代四辊轧机，四辊异步轧机可望取代多辊轧机；异步轧制有利于带材尺寸精度的提高，更好的控制板形与板厚；改善轧板的表面质量；异步轧制技术还可用于轧制高抗张强度的钢材与薄带；并且有利于减少轧辊的表面磨损，提高轧辊使用寿命等。

3 异步轧制技术板型控制

3.1异步轧制的板形分析

在一般轧机上，张力轧制时，当出现板形问题后，沿板材横向延伸不同，带材延伸木的地方要出现波形，相应获得的张应力小、延伸小的部位，获得的张应力大。张应力大的部位能有利于金属产生塑性变形，张应力小的部位不利于金属产生塑性变形，结果使带材沿着横向变形更趋于均匀，使板形良好，因此张力轧制可以改善板形。对于同样的板形问题，异步轧制的张应力分布应与同步轧制相