材料成形工艺学-轧制制度的确定

板带材轧制制度的确定轧制工艺的内容:压下制度、速度制度、温度制度、张力制度及辊型制度等轧制工艺的制订原则:1）在设备能力允许的条件下尽量提高产量；2）在保证操作稳定方便的条件下提高质量；3）应保证板带材组织性能和表面质量。2）在保证操作稳定方便的条件下提高质量；12222122224214210tttpaBAKtyyBayyBpaBBayyAKBpBHAK-w-w-w板凸度：轧制工艺的制订步骤制定压下规程的方法很多，一般为经验法和理论法两大类。经验方法是参照现有类似轧机行之有效的实际压下规程（经验资料）进行压下分配及校核计算。理论方法就是从充分满足前述制定的轧制规程的原则要求出发，按预设的条件通过数学模型计算或图表方法，以求最佳的轧制规程。这是理想和科学的方法。通常板带生产制订压下规程的方法和步骤为1）根据原料、产品和设备条件，在咬入能力允许的条件下，按经验分配各道次压下量，这包括直接分配各道次绝对压下量或压下率、确定各道次压下量分配率及确定各道次能耗负荷分配比等各种方法；2）制定速度制度，计算轧制时间并确定逐道次轧制温度；3）计算轧制压力、轧制力矩及总传动力矩；4）校核轧辊等部件的强度和电机过载过热能力；5）按前述制订轧制规程的原则和要求进行必要的修正和改进。设计题目：用钢种为Q235、断面尺寸为115×1600毫米的板坯轧制8×2900×17500毫米钢板的压下规程设计。已知条件：开轧温度1200℃，横轧时开轧温度1120℃；轧机为单机架四辊可逆式，设有大立辊及高压水除鳞装置，机前还设有回转板坯的锥形辊道；工作辊辊身直径930～980毫米，支持辊辊身直径1660～1800毫米、辊颈直径1300毫米，辊身长度4200毫米；工作辊轴承为滚动轴承，支承辊轴承为油膜轴承；轧机最大允许轧制压力42000KN；主电机功率2×4600KW，转速0～30～60rpm，a=40rpm/s,b=60rpm/s，最大允许扭转力矩2×2240KJ。2、制定压下规程1）确定板坯长度：板坯长度依据毛板尺寸和板坯断面尺寸按体积不变定律求出。确定毛板尺寸时一般取轧件轧后两边剪切余量为△b=100mm×2，头尾剪切余量为△l=500mm×2。2）确定轧制方法：主要是确定粗轧操作方法。粗轧操作方法主要有：全纵轧法――当板坯宽度达到毛板宽度要求时采用。它的优点是产量高，但钢板组织和性能存在严重的各向异性，横向性能特别是冲击韧性太低。横轧-纵轧法――当板坯宽度小于毛板宽度而长度又大于毛板宽度时采用。其优点是板坯宽度与钢板宽度可灵活配合，钢板的横向性能有所提高（因横向延伸不大），各向异性有所改善；缺点是轧机产量低。纵轧-横轧法――当板坯长度小于毛板宽度时采用。由于两个方向都得到变形且横向延伸大，钢板的性能较高。角轧-纵轧法――当轧机强度及咬入能力较弱（如三辊劳特轧机）时或板坯较窄时采用。全横轧法――当板坯长度达到毛板宽度要求时采用。3）分配各道压下量，排出压下规程表：采用按经验分配压下量再校核、修正的设计方法。4）校核咬入条件：按计算最大压下量，并使。热轧钢板时最大咬入角为15°～22°，并按最小工作直径计算。一、限制压下量的因素限制压下量的因素：金属塑性、咬入条件、轧辊强度及接轴叉头等的强度条件、轧制质量。最大咬入角与轧制速度的关系见表。轧制速度/m.s-100.51.01.52.02.53.5最大咬入角/0252322.522211711二、道次压下量的分配规律1）开始道次受到咬入条件的限制，同时考虑到热轧的破鳞作用及坯料的尺寸公差等，为了留有余地，给予小的压下量。2）以后为了充分利用钢的高温给予大的压下量。3）随着轧件温度下降，轧制压力增大，压下量逐渐减小。最后为了保证板形采用较小的压下量，但这个压下量又必须大于再结晶的临界变形量，以防止晶粒过粗大，如图所示。3、确定速度制度1）选择各道咬入、抛出转速、限定转速：结合现场经验确定。当轧制速度较高时，为了减少空转时间，抛出转速可适当取低些。最后一道由于与下一板坯第一道轧辊转向相同，轧辊不需反转而只需调整辊缝即可，故可取np＝nd。2）确定各道间隙时间：根据经验资料，在四辊轧机上往返轧制过程中，不用推床定心（l3.5米）时，取tj＝2．5秒；若用推床定心，则当l≤8米时，取tj＝6秒，当l8米时，取tj＝4秒。当轧件需回转时，间隙时间要取大些。3）确定速度图形式：中厚板生产中，由于轧件较长，为方便操作，采用梯形速度4）计算各道纯轧时间，确定轧制延续时间：纯轧时间tzh=加速轧制时间＋稳定轧制时间＋减速轧制时间。若轧件是在稳定转速下咬入、轧制、抛出的，即整个轧制过程中转速不变。4、校核轧机1）计算各道轧制温度：要计算各道次轧制温度，首先必须计算各道次的温度降：另外，由于轧件头部和尾部温度降不同，为设备安全着想，确定各道温度降时应以尾部（因尾部轧制温度比头部低）为准。2）计算各道变形程度：压下率3）计算各道平均变形速度：4）确定各道变形抗力：变形抗力的确定可先根据相应道次的变形速度、轧制温度由该钢种的变形抗力曲线查出变形程度为30％时的变形抗力，再经过修正计算即可得出该道次实际变形程度时的变形抗力。5）计算各道平均单位压力：热轧中厚板生产时，平均单位压力用西姆斯公式计算：。式中――应力状态影响系数，可由美坂佳助公式计算：6）计算各道总压力，校核轧机能力：各道次轧制总压力为。若Pmax[P]，则轧机强度足够。5、校核电机：1）计算各道轧制力矩：2）计算各道附加摩擦力矩：附加摩擦力矩由轧辊轴承中的摩擦力矩Mm1和轧机传动机构中的摩擦力矩Mm2两部分组成。在3）计算空转力矩：轧机空转力矩MK根据实际资料可为电机额定力矩的（3～6）％。4）计算动力矩：当轧辊转速发生变化时要产生动力矩。此处由于采用稳定速度咬入，即咬钢后并不加速，而减速阶段的动力矩使电机输出力矩减小。故在计算最大电机力矩时都可以忽略不计。5）确定各道总传动力矩：总传动力矩M＝Mz/i＋Mm＋MK＋Md。6）绘制电机负荷图：表示电机传动力矩（负荷）随时间而变化的图示即为电机负荷图。当轧机转速n大于电机额定转速nH时，电机将在弱磁状态下工作，此时在相应阶段的传动力矩值应当修正。——粗轧ABCEFDGHtZHtjnynpndt,sn,r/m粗轧出口速度：2-4.5m/s粗轧机组能力参数计算：采用单件轧件宽度的轧制压力估算值（如1.0-1.1）×104N/mm乘以轧件的宽度和钢种修正系数简单大致求出。连轧机组轧制规程设定的主要内容：确定空载辊缝和速度。也就是压下、速度、温度制度。方法：1、人工操作，试制规格2、计算机自动控制系统—数学模型第一次计算：精轧之前，利用数学模型预测计算负荷分配、压下规程、轧制力、各架空载辊缝及出后厚度、活套张力。第二次计算：带坯到达精轧入口时，再次计算温降，进行轧制规程的调整。第三次计算：带钢进入精轧第一、二机架后，利用实测数据进行“自适应”计算，进一步修正以后各机架的设定值。能耗负荷分配法连轧机组轧制规程设计常采用能耗负荷分配法。(1)等功耗分配法。让每架轧机轧制时所消耗的功率相等。利用能耗曲线资料进行负荷分配的方法通常有：(2)等相对功率分配法。连轧机组各轧机的主电机容量并不相等。(3)按负荷分配系数或负荷分配比进行分配的方法。以七架热连机为例的设计步骤如下：(1)输入给定数据。粗轧带坯的厚度和宽度由粗轧末架后面的γ射线测厚仪及光电测宽仪测得。同时测得出口温度。(2)确定轧制总功率。当精轧温度和钢种已知时，便可利用能耗曲线确定由带坯轧成成品所需的总轧制功率。(3)分配负荷。将求得精轧机组的总功率消耗分配到各机架上去。可根据具体设备条件及制订规程的原则要求，采用负荷分配方法确定出各种产品在各机架上的负荷分配比。(4)确定各机架出口厚度。可根据各机架的负荷分配比，用数学模型计算出各机架的出口厚度。也可由负荷分配比表计算出各机架的累积能耗，据此由能耗曲线即可查出对应的各机架的轧出厚度。(5)确定最末机架F7的出口速度v7。(6)确定其他各机架轧制速度。末架轧制速度确定之后，便可按秒体积流量相等原则，按各架轧出厚度(h1～7，)和前滑率(S1～7)(见前滑)求出各架轧辊速度(v1～7)。前滑率S主要为压下率的函数，可通过理论公式或经验公式进行计算。连轧机各架轧制速度应有较大的调整范围。根据流量方程，连轧机组的速度范围v1/v7)应为速度锥图(7)校核功率。各机架轧制速度确定以后，用能耗曲线进行功率校核。各机架所需功率(Ni)为式中(Q-Qi-1)为单位能耗，即每轧一吨钢所消耗的千瓦时数；V为金属秒体积流量，V=Bh7v7γ(γ为钢的密度)。。(8)计算轧制力考虑压扁后轧辊半径R’为式中E、γ为轧辊材料的弹性模量及泊松数。则压扁后的变形区长度为(9)设定各机架压下位置即空载辊缝值。生产中为了提高预报精度，实际控制时还需加进轧机刚度补偿和轴承油膜厚度补偿，即其实际压下位置设定值应为式中L为辊身长度；B、β分别为板带宽度及宽度修正系数(可预先实测求出)；δ、G分别为油膜厚度修正项及测厚仪常数项。15.2.4.冷轧板带钢轧制工艺制度的制定1.变形制度(压下规程)的制定制定的工艺特点和方法现代冷连轧机的设定计算2.速度制度的制定3.张力制度的制定工艺特点A.冷轧变形程度的确定主要取决于：所轧钢种的特性，原料及成品的厚度，所采用的冷轧工艺及轧机能力等.应充分考虑到各种提高冷轧效率的手段与可能性.各道次压下量的分配，如前述原则.B.制定压下规程必须确定与之相应的张力制度.方法：先按经验并按规程设计的一般原则和要求，对各道次压下进行分配；进而按工艺要求并参考经验资料，选定各道次间的单位张力；最后校核设备的负荷及各限制条件，并作适当修正.例题：由退火原料开始轧制，带钢原始厚度为1.85mm，轧制0.38mm的产品，钢种为Q215·，轧辊直径为400/1300,最大允许轧制力为18MN,卷取机最大张力为0.1MN,拆卷张力为34KN,摩擦系数第一道不喷油取0.08，以后喷乳化液去0.05-0.06。计算其压下规程。Q215·F钢种的加工硬化曲线如图3-11所示。冷轧时的带钢变形阻力冷轧时，由于存在加工硬化现象，在计算冷轧薄板平均单位压力时，轧件材料变形阻力(对冷轧亦可称为屈服极限)需按考虑加工硬化后的来选用。由于存在加工硬化的影响，各道次的变形阻力不仅与各道次变形程度有关，而且还与前面各道次的总变形程度有关。对各道次来说，沿接触弧上金属变形阻力也是变化的，出口处比入口处要大。计算时一般把变形区作为圆弧(或抛物线)变化来计算平均总变形程度ε总，按此平均总变形程度来查出变形阻力(即σ0.2)。平均总变形程度ε总用下式计算：平均总变形程度ε总用下式计算：第1道：ho=1.85mm，h1=1.0mm，Δh=0.85mm，由于为退火状态进行轧制，故入口压下率ε0为零，出口压下率为：平均总压下率ε总为：ε总=O.4ε0+0.6ε1=0.4×0+0.6×46％=28％斯通平均单位压力公式写成下式：斯通平均单位压力公式计算图表利用弹性压扁接触弧长公式经数学变换，可得下式：•按上式可作出图表，根据具体轧制条件计算出y,z，值,两点连成一条直线，直线与S形曲线的交点即为所求x.再根据x值可解出压扁弧长度，代入斯通平均单位压力公式解出平均单位压力值。为计算方便，下表给出外摩擦影响系数值。什么叫最小可轧厚度？怎样使轧机轧出更薄的产品?——极薄带生产在一定轧机上轧制某种产品时，随着带钢的逐渐变薄，压下愈来愈困难，当带钢厚度薄到某一限度后，不管如何旋紧压下螺丝或加大液压压下的压力，不管反复轧制多少道，也不可能再使产品轧薄。这时带钢的极限厚度称为最小可轧厚度。在轧制中，轧件与轧辊相互作用,轧件在轧辊作用下产生塑性变形。当然，轧件也伴有微小的弹性变形，通过轧辊后有一极小的弹性变形量恢复，增加了轧件厚度。轧机、轧辊等受轧件的反力产生弹性变形。如图