轧制原理

轧制原理培训内容一、轧制基本概念二、轧制的作用三、冷轧和热轧的概念五、工艺流程图六、轧机图片七、轧制坯料来源八、轧制产品常见缺陷及消除方法一、轧制基本概念轧制是锭坯依靠摩擦力被拉进旋转的轧辊间，借助于轧辊施加的压力，使其横断面减小，形状改变，厚度变薄而长度增加的一种塑性变形过程。根据轧辊旋转方向不同，轧制又可分为：纵轧、横轧、斜轧。轧制时，工作轧辊的转动方向相反，轧件的纵轴线与轧辊的轴线相互垂直，这种轧制方法称为纵轧，是铝合金板、带、箔材轧制中最常用的方法。一、轧制基本概念轧制时，工作轧辊的转动方向相同，轧件的纵轴线与轧辊轴线相互平行，这种轧制方式叫做横扎在铝合金板带材轧制中很少使用；轧制时，工作轧辊的转动方向相同，轧件的纵轴线与轧辊轴线成一定的倾斜角度，这种轧制方式叫斜轧。在生产铝合金管材和某些异形产品时常用双辊或多辊斜轧。轧制的作用•外部：获得理想的外部形状和尺寸（长宽高）•内部：使组织和性能得到一定的改善铝合金按加工方法可以分为变形铝合金和铸造铝合金。变形铝合金又分不可热处理强化铝合金（1，3，5系）和可热处理强化铝合金（2,4,6,7系）。不可热处理强化型不能通过热处理来提高机械性能，只能通过冷加工变形来实现强化。热轧•概念：热轧（hotrolling）是相对于冷轧而言的，冷轧是在再结晶温度以下进行的轧制，而热轧就是在再结晶温度以上进行的轧制。•优点：（1）热轧能显著降低能耗，降低成本。（2）热轧能改善金属及合金的加工工艺性能，提高合金的加工性能。（3）热轧通常采用大铸锭，大压下量轧制，不仅提高了生产效率，而且提高了轧制速度。缺点：（1）厚度方向拉伸性能变差，易出现层间撕裂。（2）对性能产生不利影响。（3）不能精准控制所需要的力学性能。（4）尺寸难以控制冷轧•概念：再结晶下的轧制,但一般理解为使用常温轧制材料的轧制。•优点：见热轧的缺点•缺点：见热轧的优点工艺流程图轧机图片冷连轧冷轧机热轧机冷轧机模型常用冷轧机的形式可逆式HS冷轧机的设备布置可逆式六重冷轧机结构简图0六重轧机的结构六重CVC轧机连续铸轧连铸连轧热轧热连轧铝板带箔生产供坯方式铸轧供坯设备简单、占地少、建设速度快、一次性投资小，从工艺上看不铣面、不需要再加热，铸轧坯可直接进入现代化冷轧机轧制，节省了可观的能源消耗，属于一种短流程生产的方式。但铸轧目前生产合金的品种少，主要以纯铝为主，另外，还包括部分3xxx和低Mg含量的5xxx铝合金。这些铝合金产品放的表面质量、内部组织和深冲性能等往往不及热轧的供坯料，因而，高档市场覆盖面受到较大限制。铝板带箔生产供坯方式热轧一般是指在金属再结晶或强回复温度以上进行轧制；将粗大的铸造晶粒破碎、显微疏松愈合、减少或消除铸造显微组织缺陷、将铸造组织改变为形变组织，改善金属的加工性能。由于热轧通常采用强应变、大压下、高速轧制，为保障高速、连续化和自动化生产创造了条件。热轧供坯生产能力大，并且可生产所有牌号的变形铝及铝合金板带产品和薄板、铝箔等的坯料，适应所有铝板带消费领域的要求，产品在深冲性能、表面质量及精度控制等各方面都有较大的优势。铝板带箔生产供坯方式热轧与铸轧两法相比，各有优劣，从目前总体技术来看，热轧供坯法在产品质量方面要明显优于铸轧供坯法。目前国外热轧供坯已占全部板带坯料的86％，铸轧料仅为14％。美国、日本生产的铝板带产量已占世界总产量的50％以上，他们供的几乎全部是热轧坯料。近十年来，我国新建铝板带加工生产线绝大部分采用铸轧供坯，占可用于现代化冷轧机供坯统计能力的51.8％，热轧产品只占铝板带消费的20％左右，与实际需求结构相距甚远。铝板带箔生产供坯方式热轧因铝及铝合金变形抗力低、塑性高、可轧制尺寸大的铸锭和采用大压下量的特点，轧制过程便于控制，可充分发挥设备能力，大大减少了金属变形的能耗，提高了产品的质量和生产效率，降低了产品的成本，由此成为世界广泛采用的供坯方法。随着科学技术的飞速发展，精密机械加工、计算机控制、现代检测等现代化技术已广泛应用于铝及铝合金热轧设备制造和热轧过程控制之中。随着现代化塑性加工技术的发展和应用，铝合金板带产品的厚度愈来愈薄，但厂商对产品的性能/价格比及产品的质量标准要求却愈来愈高。铝板带箔生产供坯方式连续铸轧优势：连续铸轧生产线在资金投入少、流程短、能耗低、建设周期短、成品率高、生产成本低。连续铸轧劣势：合金单一（1XXX、8011、3003等）；铸轧因缺少铸锭均匀化工序，使铸轧板在组织结构、晶粒均匀性、表面质量和深冲加工性能上与热轧板存在较大差距。产品主要用途：普通铝板带和铝箔毛料。国内铸轧宽幅代表企业：1900mm（中铝青海分公司9台与湖南创元铝业6台）；2300mm（河南淅川铝业2台）国外铸轧典型代表企业：巴西铝业圣保罗铝厂拥有12台3C双辊连续铸轧机，产能16万吨/年，位于全球第一，其中有8台为超薄高速铸轧机；其中有6条普基公司的Jumbo3cm，可产2100mm宽的铸轧带坯；2台2300mmJumbo3CMR连续铸轧机。铝板带箔生产供坯方式连铸连轧工艺特点：短流程：生产线由1台黑兹莱特连续铸造机与多机架热连轧机列组成，工艺包括连铸、在线热连轧、卷取，直接采用电解铝液，经净化、配置合金后，经连续铸造机制成15-20mm厚的带坯，再通过多机架热轧机生产成1-2mm的带坯。节能减排：较铸轧及热轧减少了铝锭重熔、锭坯铣面与锯切和粗轧机开坯轧制等多道工序，可减少金属消耗、能源消耗、并减少60%的二氧化碳排放量。产品性能与用途：产品性能优于连续铸轧，接近铸锭热轧带坯。主要用于1系、8系的铝箔坯料，5系、6系的交通运输用板带箔与3系、5系的建筑用板带箔。国内已建：伊川电力国外现状：全球有连铸连轧生产线13条，总产能135万吨/年，分布于5个国家。最多为美国，其产能100万吨/年，产量67万吨/年。铝板带箔生产供坯方式单机架热轧一种经典的热轧形式，如图1-1所示，采用一台可逆式热轧机将铸锭轧至目标厚度，即热粗轧和热精轧都在同一台轧机上进行，具有投资少成本低的优点，年生产能力一般15万吨左右。轧机的结构形式有二辊可逆式热轧机和四棍可逆式热轧机两种，前者一般用于生产民用1xxx、3xxx和个别5xxx系软合金板、带材。后者根据产品的种类分为两类，一类是专门轧制几种软合金，产品专一；另外一类为万能式的，可以轧制多种变形铝合金产品。根据其卷取机的配置情况可分为单机架出口带卷取的可逆式热轧和单机架双卷取可逆式热轧。图1-1单机架可逆式热轧机铝板带箔生产供坯方式单机架双卷取可逆式热轧如图1-2所示，在轧机的前后方都配有相应的卷取装置，当铸锭开坯到20mm左右，通过卷取装置卷取后，带卷轧制1-2道次（即精轧）至所需要的厚度。该热轧生产方式是上世纪80年代发展起来的，以四辊为主。由于带材卷取前坯料比较薄，轧制温度比较低，板形控制比较难；且由于带材在辊道上不断往复运动，容易造成表面损伤，影响表面质量。双卷取热轧生产线具有结构紧凑、自动化控制水平较高的特点，但仍难甚至不能生产具有国际市场竞争能力的制罐料。图1-2单机架双卷取可逆式热轧铝板带箔生产供坯方式“1＋1”双机架热轧是将相距一定距离的两台可逆热轧机（1台热粗轧机和1台热精轧机）串联起来构成双机架热轧，形成热连轧的雏形（如图1-3所示）。它是将单机架热轧道次和时间合理分配到两台轧机，有利于辊型控制，产品精度比单机架更高，其产能是单机架的1.5～1.7倍。图1-3“1＋1”双机架热轧机铝板带箔生产供坯方式与单机架相比，双机架在轧制工艺上具有以下特点：①轧制的带材厚度较薄，带材的长度增加，铸锭重量加大，可达10多吨；在铸锭重量相同的条件下，机列的辊道长度可以减少。②带材在精轧机上卷轧制时，因带材不与辊道接触可以避免机械损伤。③因卷带张力轧制，可使轧出的带材平整，与单机架轧机相比，产品质量得到有效的提高。铝板带箔生产供坯方式“1＋1”配置方式在多年的实际生产中反映的主要问题有：①终轧温度波动大。单机架热精轧需对热粗轧坯料进行3～5道次可逆轧制，易造成终轧温度波动大，特别是制罐料终轧温度偏低，达不到卷取后再结晶的目标。②厚度波动大，性能不稳定。由于多道次轧制，造成多次升速、减速，升减速阶段属于不稳定轧制阶段，这样必然造成头尾厚度波动大、性能不稳定或不合格。③表面易损伤。由于多次卷取、开卷，造成热轧卷层间粘伤，致使热轧表面产生深度缺陷，严重降低PS板和铝箔表面质量，造成PS板腐蚀后出现白条，铝箔针孔多和轧制时易断带等问题。铝板带箔生产供坯方式④板形和板凸度波动大。由于热精轧无板形和板凸度的自动控制和检测装置，使热轧卷板形、板凸度波动大或达不到技术要求，从而造成冷轧板形差，更难以满足铝箔坯料板形、板凸度的要求，同时由于板形差，制约了冷轧机的高速轧制。⑤组织、织构控制难。因热精轧的速度一般只有4m/s，且要多道次轧制，对于生产一些高质量要求的产品来说，每道次变形速率偏低，难以提高和控制终轧温度来保证必需的内部组织和织构，因而只能采取预先退火的办法，这就增加了工序，提高了成本。⑥精轧和粗轧能力难匹配。由于多道次轧制，辅助时间增多，生产效率较低，使热精轧能力与热粗轧能力不匹配，导致热粗轧能力不能充分发挥。铝板带箔生产供坯方式多机架连轧是由可逆式热粗轧机和3～6台热精轧机串联起来构成多机架连续热轧生产线，如图1-4所示，通过二辊或四辊可逆式热粗轧机往复轧制开坯至30－50mm，根据后续连轧机架数不同粗轧厚度不相同，然后通过后面串联的多机架四辊连轧机组轧至所需要的厚度，最后卷取成带坯。图1-4多机架串联式铝板带箔生产供坯方式这种生产方式具有生产工艺稳定、工序少、产量大、生产效率高、产品质量稳定等特点，且能有效地降低生产成本。同时轧制后热轧带坯具有厚度小，厚度、凸度及板形精度高、组织稳定等优点，是其他热轧方式无法比拟的。多机架热连轧特别适用于大规模生产在世界铝板带材产量中占有很大比例的制罐坯料以及优质铝箔毛料等。既可生产2xxx、7xxx系等硬合金，又可生产1xxx、3xxx、5xxx系等软合金板坯，最薄可轧至2.0mm，年生产能力30～60万吨。图1-4多机架串联式铝板带箔生产供坯方式一般建设热连轧生产线的目标就是为了实现高效、高质量热轧卷生产，因此多机架连轧机组都是四辊轧机，而粗轧机则有二辊和四辊之分。二辊粗轧＋多机架热精轧的热连轧生产线设计比较早，目前全世界只有1＋2和1＋3式两种，共5条生产线，这些生产线目前可轧制最大铸锭不超过10吨，并且只能轧制软铝合金，现代化的紧凑式四辊可逆双卷取单机架热轧机完全可以取而代之，且降低了投资成本。因此，这种二辊粗轧＋多机架热精轧生产线难以继续发展，而四辊热粗轧＋多机架热精轧的多机架热连轧线不断发展。四辊粗轧的热连轧生产线，1＋2、1＋3、1＋4、1＋5和1＋6式都有，全球拥有包括1＋1在内的多机架热轧生产线近50条。铝板带箔生产供坯方式振纹/横纹松树枝花纹铸轧横纹非金属压入金属压入印痕孔洞亮线白条乳液痕起皮黑条覆膜不良端面花纹板形不良打底折印皱纹飞边点焊不良厚度不均油污明暗条纹废边压入裂边翘边错层塔形松卷毛刺燕窝塌卷碰伤划伤擦伤粘伤摩擦腐蚀腐蚀黄油斑压花压过划痕晶粒粗大纸印油印变形纹亮斑膜不良冷轧常见缺陷热轧常见缺陷错层外甩/内甩乳液痕辊印粘伤黄油斑起皮裂边暗斑黑线条气泡辊道划伤松层十二、轧制产品常见缺陷及消除方法l、擦伤、划伤和压过划痕卷材层与层之间发生相对错动而引起擦伤，其主要产生原因是卷取时卷的不紧在冷轧开卷时造成擦伤，张力控制不均或张力波动过大，对同一个卷取机来税，开卷张力大于卷取张力以及运输，存放过程中不细心而造成的擦伤等。轧制过程中带材与设备上尖锐的东西(如板角，金属屑或设备上的尖锐物等)相对滑动所引起的呈条状分布的伤痕称为划伤。轧制前带材有擦或划伤，轧制后则变为压过划痕。擦伤、划伤和压过划痕因其损坏了产品表面，故在许多技术条件中规定都不允许有这类严重缺陷十二、轧制产品常见缺陷及消