轧制理论与工艺课件

轧制基本理论介绍（一）武继权2012.04.10轧制基本理论介绍（一）武继权1主要内容

1.轧制过程基本概念2.实现轧制过程的条件3.轧制过程的前滑与后滑4.轧制过程的宽展5.轧制压力主要内容1.轧制过程基本2轧制过程基本理论－轧制过程基本概念轧制过程的定义：轧制过程就是依靠旋转的轧辊与轧件之间形成的摩擦力将轧件拖进辊缝内，使轧件受到压缩产生塑性变形的过程。轧制的作用：轧制过程不仅要使轧件获得所要求的形状和尺寸精度，而且还必须改善轧件的组织和性能。简单轧制过程示意图轧制过程基本理论－轧制过程基本概念轧制过程的定义：轧制过程就3轧制过程基本理论－轧制过程基本概念咬入角（α）

定义：轧件与轧辊相接触的圆弧所对应的圆心角；当α很小时，（）；取，可得近似解：简单轧制过程的变形区形状轧制过程基本理论－轧制过程基本概念咬入角（α）当α很小时，（4接触弧长度（l）

定义：轧件与轧辊相接触的圆弧的水平投影长度；对于简单轧制过程：由于比RΔh小得多，可以忽略，则：轧制过程基本理论－轧制过程基本概念式中：、E1分别为轧辊的泊松系数与弹性模量；为平均单位压力；Hitchock公式：轧辊与轧件弹性压扁时接触弧长度接触弧长度（l）轧制过程基本理论－轧制过程基本概念式中：、5轧制变形的表示方法

1.绝对变形量（以绝对值表示轧件厚度方向的变化）压下量：Δh=H-h；宽展量：Δb=B-b；延伸量：Δl=L-l2.相对变形量（决定变形量与轧前厚度的比值，一般用百分比表示）a.公称应变：b.真应变：3.变形系数压下系数：宽展系数：延伸系数：轧制过程基本理论－轧制过程基本概念轧制变形的表示方法轧制过程基本理论－轧制过程基本概念6轧制过程基本理论－实现轧制过程的条件咬入条件

咬入的概念：依靠旋转的轧辊与轧件之间的摩擦力将轧件拖入轧辊之间。在没有附加外力作用的条件下，咬入力Tx与阻力Nx的关系：

Tx<Nx不能实现自然咬入Tx=Nx平衡状态Tx>Nx可以实现自然咬入摩擦角β与摩擦系数f的关系：

tanβ＝f，则：

极限咬入条件：

α＝β自然咬入条件：

α<β（咬入角小于摩擦角）上轧辊对轧件作用力分解图轧制过程基本理论－实现轧制过程的条件咬入条件上轧辊对轧件作用7稳定轧制条件轧件逐渐填充辊缝的过程中，中心角φ逐渐减小；当轧件完全充满辊缝时，开始了稳定轧制阶段，中心角φ值为最小值，且不再发生变化。即：Kx：合力作用点系数：稳定阶段咬入角极限稳定轧制条件：稳定轧制条件：：稳定轧制阶段摩擦角轧制过程基本理论－实现轧制过程的条件简单轧制稳定轧制阶段轧件受力分解图稳定轧制条件轧制过程基本理论－实现轧制过程的条件简单轧制稳定8轧制过程基本理论－轧制过程的前滑与后滑前滑与后滑现象

轧件的延伸是由于被压下的金属向轧辊入口和出口两个方向流动的结果。在实际的轧制过程中，轧件出口速度vh大于轧辊在该处的线速度，即vh>v的现象称为前滑现象。而轧件进入轧辊的速度vH小于轧辊在该处的线速度v的水平分量：vcosα的现象称为后滑现象。前滑值：后滑值：前后滑之间的关系：轧制过程基本理论－轧制过程的前滑与后滑前滑与后滑现象9轧制过程基本理论－轧制过程的前滑与后滑轧制过程基本理论－轧制过程的前滑与后滑10轧件在变形区内各不同断面上的运动速度

根据体积不变条件，相对于轧辊来说：a.轧件在前滑区超前于轧辊，而且在出口处速度达到最大；vh>vb.在后滑区轧件速度落后于轧辊线速度的水平分量，在入口处的速度最小；vH<vcosαc.在中性面上轧件速度与轧辊的水平分速度相等；

vγ=vcosγ轧制过程基本理论－轧制过程的前滑与后滑轧制过程轧辊与轧件速度示意图轧件在变形区内各不同断面上的运动速度轧制过程基本理论－轧制过11轧制过程基本理论－轧制过程的前滑与后滑中性角γ的确定根据轧件受力平衡条件确定中性面的位置及中性角γ的大小。不计轧件宽展，考虑到作用在轧件单位宽度上的所有作用力在水平方向上的分力为零，即：px：单位压力；tx，tx’：后滑区和前滑区单位摩擦力；b：轧件宽度；R：轧辊半径；Q0，Q1：作用在轧件上的后张力和前张力；轧制过程基本理论－轧制过程的前滑与后滑中性角γ的确定12轧制过程基本理论－轧制过程的前滑与后滑中性角γ的确定为了计算简便，假设单位压力px沿接触弧均匀分布，且令tx＝fpx时（f为摩擦系数），上页的公式经积分可导出带前后张力的计算公式：当Q1＝Q0或者Q1＝Q0＝0时的中性角公式：当α很小时，，，可得到中性角的简化公式：轧制过程基本理论－轧制过程的前滑与后滑中性角γ的确定13轧制过程基本理论－轧制过程的前滑与后滑前滑的计算公式前滑公式的推导是以变形区各横断面秒流量体积不变的条件，即Fxvx＝常数为出发点：E.芬克前滑公式：

S.艾克隆得前滑公式：D.德雷斯登公式：热轧轧延理论P61轧制过程基本理论－轧制过程的前滑与后滑前滑的计算公式热轧轧延14轧制过程基本理论－加热理论加热的过程既通过燃料燃烧所释放出来的热量传递给要加热的工件。其中热量传递的过程有热传导、对流及热辐射等。对于再加热炉温度高于1100度，主要是以辐射传热为主。轧制过程基本理论－加热理论加热的过程既通过燃料燃烧所释放出来15轧制过程基本理论－轧制过程的宽展宽展的分类在不同的轧制条件下，轧件在轧制过程中的宽展形式是不同的。根据金属沿横向流动的自由程度，宽展可分为：1.自由宽展轧件在轧制过程中，被压下的金属横向流动时，具有向垂直于轧制方向的两侧自由移动的可能性，此时金属流动除受接触摩擦的影响外，不受其他任何的阻碍和限制，这种情况称为自由宽展。2.限制宽展轧件在轧制过程中，金属横向移动时，除受接触摩擦的影响外，还承受孔型侧壁的限制作用，因而破坏了自由流动的条件，此时产生的宽展称为限制宽展。由于孔型侧壁的限制作用，使横向流动体积减小，因此所形成的宽展小于自由宽展。3.强制宽展轧件在轧制过程中，金属横向流动时，不仅不受任何阻碍，且受有强烈的推动作用，使轧件宽度产生附加的增长，此时产生的宽展称为强迫宽展。由于出现有利于金属横向流动的条件，所以强迫宽展大于自由宽展。轧制过程基本理论－轧制过程的宽展宽展的分类16轧制过程基本理论－轧制过程的宽展宽展的组成由于轧辊与轧件的接触表面上存在着摩擦，因此沿接触表面上金属质点的流动轨迹与接触面附近的区域和远离的区域是不同的。

宽展一般由三部分组成：1.滑动宽展在轧辊的接触面上，由于产生相对滑动使轧件宽展增加，其量用ΔB1表示；宽展后的宽度为：B1=BH+ΔB1；2.翻平宽展由于接触摩擦阻力的作用，使轧件侧面的金属，在变形过程中翻转到接触表面上，使轧件的宽度增加，增加的量用ΔB2表示，宽展后的宽度为：B2=B1+ΔB2；3.鼓形宽展轧件侧面变成鼓形而造成的宽展量，用ΔB3表示，此时轧件的最大宽度为：

B3=B2+ΔB3。宽展沿轧件横断面高度分布轧制过程基本理论－轧制过程的宽展宽展的组成宽展沿轧件横断面高17轧制过程基本理论－轧制压力轧延力:轧机将板材由一截面积，经轧辊轧延后减至另一较小的截面积时，对板材所施加的力。主要包括轧辊与板材中间的摩擦力合板材塑性变形之变形抗力。轧制力的主要影响因素：

材料的变形抗力轧下率张力作用轧机的刚性工辊直径磨擦阻力轧制过程基本理论－轧制压力轧延力:轧机将板材由一截面积，经轧18轧制过程基本理论－轧制压力

1)材料塑性之变形阻力（应力-应变图）应力应变%屈服点轧制过程基本理论－轧制压力1)材料塑性之变形阻力（应力-应192)轧下率R轧制过程基本理论－轧制压力

BR1R2R3

OL1L2L3轧辊压力P

接触弧长

D

C

A

2)轧下率R轧制过程基本理论－轧制压力BO203)工辊辊径轧制过程基本理论－轧制压力

不同辊径对轧延负荷的影响（zelikow)

D1D2D3其中D为工辊辊径轧辊负荷P

轧下率%

3)工辊辊径轧制过程基本理论－轧制压力不同辊径对轧延负荷214)摩擦阻力轧制过程基本理论－轧制压力接触弧长

轧辊压力P

中心点移动轨迹

μ3

μ2

μ1

摩擦系数的影响其中：μ3>μ2>μ1

4)摩擦阻力轧制过程基本理论－轧制压力接触弧长轧辊压力P225)张力作用轧制过程基本理论－轧制压力轧延负荷P

后张张力增加接触弧长ABCDEN3N1N2ONMLO1O2O3前张5)张力作用轧制过程基本理论－轧制压力轧延负荷P后张张236)轧机刚性的影响

轧延负荷P

轧辊间隙变化量刚性大

刚性小

轧延刚性大小与辊间隙变化量关系图刚性定义如下: 轧机刚性=施加于轧机的力/轧机的变形量 刚性的大小会影响轧辊间隙的变化量轧制过程基本理论－轧制压力的计算6)轧机刚性的影响

轧延负荷P轧辊间隙变化量刚性大刚24板带材生产－主要技术要求主要的技术要求有四个方面：1、尺寸精度：主要指板厚精度，板厚精度关系到金属的节约，构件的重量，强度等使用性能。厚度的微小变化势必引起使用性能和金属消耗的巨大变化，因此在板带材生产中一般都应力争高精度轧制和按负公差轧制。2、板形：指板带材是否产生波浪与瓢曲，板形要平坦，才好使用。普通中厚板，每米长度上的瓢曲度不得大于15mm，优质板不得大于10mm,普通薄板小于20mm。板形不良的主要原因是变形的不均匀。3、表面质量好：钢板多用作外围构件，必须保证表面质量。常见的表面缺陷有：气泡、结疤、拉裂、刮伤、折叠、裂缝、夹杂和压入氧化铁皮，这些缺陷极易成为应力集中的薄弱环节。4、性能：有机械性能、工艺性能和某些钢板的特殊物理或化学性能。板带材生产－主要技术要求主要的技术要求有四个方面：25（待续）谢谢！Thankyou!（待续）Thankyou!26轧制基本理论介绍（一）武继权2012.04.10轧制基本理论介绍（一）武继权27主要内容

1.轧制过程基本概念2.实现轧制过程的条件3.轧制过程的前滑与后滑4.轧制过程的宽展5.轧制压力主要内容1.轧制过程基本28轧制过程基本理论－轧制过程基本概念轧制过程的定义：轧制过程就是依靠旋转的轧辊与轧件之间形成的摩擦力将轧件拖进辊缝内，使轧件受到压缩产生塑性变形的过程。轧制的作用：轧制过程不仅要使轧件获得所要求的形状和尺寸精度，而且还必须改善轧件的组织和性能。简单轧制过程示意图轧制过程基本理论－轧制过程基本概念轧制过程的定义：轧制过程就29轧制过程基本理论－轧制过程基本概念咬入角（α）

定义：轧件与轧辊相接触的圆弧所对应的圆心角；当α很小时，（）；取，可得近似解：简单轧制过程的变形区形状轧制过程基本理论－轧制过程基本概念咬入角（α）当α很小时，（30接触弧长度（l）

定义：轧件与轧辊相接触的圆弧的水平投影长度；对于简单轧制过程：由于比RΔh小得多，可以忽略，则：轧制过程基本理论－轧制过程基本概念式中：、E1分别为轧辊的泊松系数与弹性模量；为平均单位压力；Hitchock公式：轧辊与轧件弹性压扁时接触弧长度接触弧长度（l）轧制过程基本理论－轧制过程基本概念式中：、31轧制变形的表示方法

1.绝对变形量（以绝对值表示轧件厚度方向的变化）压下量：Δh=H-h；宽展量：Δb=B-b；延伸量：Δl=L-l2.相对变形量（决定变形量与轧前厚度的比值，一般用百分比表示）a.公称应变：b.真应变：3.变形系数压下系数：宽展系数：延伸系数：轧制过程基本理论－轧制过程基本概念轧制变形的表示方法轧制过程基本理论－轧制过程基本概念32轧制过程基本理论－实现轧制过程的条件咬入条件

咬入的概念：依靠旋转的轧辊与轧件之间的摩擦力将轧件拖入轧辊之间。在没有附加外力作用的条件下，咬入力Tx与阻力Nx的关系：

Tx<Nx不能实现自然咬入Tx=Nx平衡状态Tx>Nx可以实现自然咬入摩擦角β与摩擦系数f的关系：

tanβ＝f，则：

极限咬入条件：

α＝β自然咬入条件：

α<β（咬入角小于摩擦角）上轧辊对轧件作用力分解图轧制过程基本理论－实现轧制过程的条件咬入条件上轧辊对轧件作用33稳定轧制条件轧件逐渐填充辊缝的过程中，中心角φ逐渐减小；当轧件完全充满辊缝时，开始了稳定轧制阶段，中心角φ值为最小值，且不再发生变化。即：Kx：合力作用点系数：稳定阶段咬入角极限稳定轧制条件：稳定轧制条件：：稳定轧制阶段摩擦角轧制过程基本理论－实现轧制过程的条件简单轧制稳定轧制阶段轧件受力分解图稳定轧制条件轧制过程基本理论－实现轧制过程的条件简单轧制稳定34轧制过程基本理论－轧制过程的前滑与后滑前滑与后滑现象

轧件的延伸是由于被压下的金属向轧辊入口和出口两个方向流动的结果。在实际的轧制过程中，轧件出口速度vh大于轧辊在该处的线速度，即vh>v的现象称为前滑现象。而轧件进入轧辊的速度vH小于轧辊在该处的线速度v的水平分量：vcosα的现象称为后滑现象。前滑值：后滑值：前后滑之间的关系：轧制过程基本理论－轧制过程的前滑与后滑前滑与后滑现象35轧制过程基本理论－轧制过程的前滑与后滑轧制过程基本理论－轧制过程的前滑与后滑36轧件在变形区内各不同断面上的运动速度

根据体积不变条件，相对于轧辊来说：a.轧件在前滑区超前于轧辊，而且在出口处速度达到最大；vh>vb.在后滑区轧件速度落后于轧辊线速度的水平分量，在入口处的速度最小；vH<vcosαc.在中性面上轧件速度与轧辊的水平分速度相等；

vγ=vcosγ轧制过程基本理论－轧制过程的前滑与后滑轧制过程轧辊与轧件速度示意图轧件在变形区内各不同断面上的运动速度轧制过程基本理论－轧制过37轧制过程基本理论－轧制过程的前滑与后滑中性角γ的确定根据轧件受力平衡条件确定中性面的位置及中性角γ的大小。不计轧件宽展，考虑到作用在轧件单位宽度上的所有作用力在水平方向上的分力为零，即：px：单位压力；tx，tx’：后滑区和前滑区单位摩擦力；b：轧件宽度；R：轧辊半径；Q0，Q1：作用在轧件上的后张力和前张力；轧制过程基本理论－轧制过程的前滑与后滑中性角γ的确定38轧制过程基本理论－轧制过程的前滑与后滑中性角γ的确定为了计算简便，假设单位压力px沿接触弧均匀分布，且令tx＝fpx时（f为摩擦系数），上页的公式经积分可导出带前后张力的计算公式：当Q1＝Q0或者Q1＝Q0＝0时的中性角公式：当α很小时，，，可得到中性角的简化公式：轧制过程基本理论－轧制过程的前滑与后滑中性角γ的确定39轧制过程基本理论－轧制过程的前滑与后滑前滑的计算公式前滑公式的推导是以变形区各横断面秒流量体积不变的条件，即Fxvx＝常数为出发点：E.芬克前滑公式：

S.艾克隆得前滑公式：D.德雷斯登公式：热轧轧延理论P61轧制过程基本理论－轧制过程的前滑与后滑前滑的计算公式热轧轧延40轧制过程基本理论－加热理论加热的过程既通过燃料燃烧所释放出来的热量传递给要加热的工件。其中热量传递的过程有热传导、对流及热辐射等。对于再加热炉温度高于1100度，主要是以辐射传热为主。轧制过程基本理论－加热理论加热的过程既通过燃料燃烧所释放出来41轧制过程基本理论－轧制过程的宽展宽展的分类在不同的轧制条件下，轧件在轧制过程中的宽展形式是不同的。根据金属沿横向流动的自由程度，宽展可分为：1.自由宽展轧件在轧制过程中，被压下的金属横向流动时，具有向垂直于轧制方向的两侧自由移动的可能性，此时金属流动除受接触摩擦的影响外，不受其他任何的阻碍和限制，这种情况称为自由宽展。2.限制宽展轧件在轧制过程中，金属横向移动时，除受接触摩擦的影响外，还承受孔型侧壁的限制作用，因而破坏了自由流动的条件，此时产生的宽展称为限制宽展。由于孔型侧壁的限制作用，使横向流动体积减小，因此所形成的宽展小于自由宽展。3.强制宽展轧件在轧制过程中，金属横向流动时，不仅不受任何阻碍，且受有强烈的推动作用，使轧件宽度产生附加的增长，此时产生的宽展称为强迫宽展。由于出现有利于金属横向流动的条件，所以强迫宽展大于自由宽展。轧制过程基本理论－轧制过程的宽展宽展的分类42轧制过程基本理论－轧制过程的宽展宽展的组成由于轧辊与轧件的接触表面上存在着摩擦，因此沿接触表面上金属质点的流动轨迹与接触面附近的区域和远离的区域是不同的。

宽展一般由三部分组成：1.滑动宽展在轧辊的接触面上，由于产生相对滑动使轧件宽展增加，其量用ΔB1表示；宽展后的宽度为：B1=BH+ΔB1；2.翻平宽展由于接触摩擦阻力的作用，使轧件侧面的金属，在变形过程中翻转到接触表面上，使轧件的宽度增加，增加的量用ΔB2表示，宽展后的宽度为：B2=B1+ΔB2；3.鼓形宽展轧件侧面变成鼓形而造成的宽展量，用ΔB3表示，此时轧件的最大宽度为：

B3=B2+ΔB3。宽展沿轧件横断面高度分布轧制过程基本理论－轧制过程的宽展宽展的组成宽展沿轧件横断面高43轧制过程基本理论－轧制压力轧延力:轧机将板材由一截面积，经轧辊轧延后减至另一较小的截面积时，对板材所施加的力。主要包括轧辊与板材中间的摩擦力合板材塑性变形之变形抗力。轧制力的主要影响因素：

材料的变形抗力轧下率张力作用轧机的刚性工辊直径磨擦阻力轧制过程基本理论－轧制压力轧延力:轧机将板材由一截面积，经轧44轧制过程基本理论－轧制压力

1)材料塑性之变形阻力（应力-应变图）应力应变%屈服点轧制过程基本理论－轧制压力1)材料塑性之变形阻力（应力-应452)轧下率R轧制过程基本理论－轧制压力

BR1R2R3

O