平整机原理及应用Word文档格式.docx
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4、冷弯性能：
指金属材料在常温下能承受弯曲而不破裂性能。
弯曲程度一般用弯曲角度α（外角）或弯心直径d对材料厚度a的比值表示，a愈大或d/a愈小，则材料的冷弯性愈好。
5、冲压性能：
金属材料承受冲压变形加工而不破裂的能力。
在常温进行冲压叫冷冲压。
检验方法用杯突试验进行检验。
6、锻造性能：
金属材料在锻压加工中能承受塑性变形而不破裂的能力。
1.3化学性能ChemicalProperties
指金属材料与周围介质扫触时抵抗发生化学或电化学反应的性能。
1、耐腐蚀性：
指金属材料抵抗各种介质侵蚀的能力。
2、抗氧化性：
指金属材料在高温下，抵抗产生氧化皮能力。
2屈服平台yeildpointelongation
屈服平台是低碳钢及低强度级低合金钢的一种屈服行为。
在拉伸试验屈服后应力几乎随应变不升高，不发生强化行为。
这一段位伸曲线几乎是水平线段，故称平台。
超过屈服平台之后材料才开始表现出强化行为。
长屈服平台钢一般都有很好的塑性，但一旦屈服后不需加载就会出现明显的变形（即发生塑性流动）。
2.1柯氏气团
围绕于刃型位错（见滑移）周围的溶质原子聚物，又称溶质原子气团或溶质原子云，溶质原子和刃型位错的相互弹性作用称为柯氏效应。
在含有溶质原子的固溶体合金中，同时存在位错与溶质，其周围均有一个应力场，这两个应力场会发生交互作用，降低系统的应变能。
溶质原子与位错应力场间的弹性交互作用能越大，则交互作用越强烈。
由于这种交互作用，溶质原子在晶体中将重新进行分布。
刃型位错具有拉应力区及压应力区，因此溶质原子被吸引到拉应力区（见图）；
若置换的溶质原子比溶剂原子小时，则溶质原子被吸引到位错的压应力区。
在间隙固溶体中，溶质原子在刃型位错的拉应力区偏聚，使溶质原子的浓度提高；
而在压应力区，则溶质原子浓度降低。
柯氏气团对位错起钉扎作用，除产生强化效应外，还可解释某些合金中出现的应变时效和明显屈服点现象的原因。
柯氏气团的作用随着温度的升高而减弱。
（C、N原子有关）
2.2吕德斯带
所谓吕德斯带是指退火的低碳钢薄板在冲压加工时，由于局部的突然屈服产生不均匀变形，而在钢板表面产生条带状皱褶的一种现象。
对冲压件来说，吕德斯带的出现是不容许的，它会使工件表面产生皱褶，影响工件的表面质量。
对于承受高压冲击载荷的钢质薄壁高压容器来说，吕德斯带还会使容器在使用中产生体裂，造成伤亡事故，严重影响容器的使用性能。
因此，探讨如何预防吕德斯带的产生有实用意义。
2.2.1吕德斯带形成的原因
当退火低碳钢薄板进行冲压时，其应力一旦接近屈服点，变形就会首先在应力集中的区域开始，并立即出现软化现象，应力下降。
在这一应力作用下，变形在这个区域可以继续进行到一定程度，这时在变形区和未变形区的交界处会产生较大的应力集中和屈服，使得变形区逐渐向未变形区扩展。
但是，在离变形区较远的地方，仍然不会发生变形，于是就形成了狭窄的条状区，即吕德斯带。
由上述可知，吕德斯带的产生是与低碳钢存在屈服现象相联系的。
屈服现象的出现是由于溶解在钢中的碳、氮等原子在位错周围聚集形成的—种原子云而引起的。
这种原子云称作柯氏气团。
金属的变形是通过位错运动来实现的，然而由于柯氏气团的存在，使得位错运动受到阻力，要使位错继续运动，就必须要有比位错正常运动高的应力，才能使位错与气团分离，因而产生上屈服点。
当位错移动一段距离后，就可以摆脱气团的阻力而在正常的应力下运动，这个应力就是下屈服点。
因此，可以认为柯氏气团的存在是产生吕德斯带的根本原因。
2.2.2预防措施
由吕德斯带形成过程可知，它的产生必须具备下列条件：
（1）金属有屈服现象，即金属处于退火状态。
（2）冲压加工时，金属在屈服阶段产生较小的变形量。
吕德斯带就是在缩口工序产生的。
一次口部退火时，受热传导的影响，斜肩处也产生退火，缩口时，斜肩附近的区域变形量很小，符合吕德斯带产生的条件。
产生的吕德斯带也正好位于这个区域（如图1所示）。
经口部退火的成品，在使用过程中若再产生小的塑性变形，同样还会在这一区域产生吕德斯带。
鉴于上述吕德斯带的产生条件，在进行冲压工艺设计时，可采取如下预防措施：
（1）口部退火时，尽量缩短退火区长度，以降低斜肩附近区域的热影响温度，提高该区域的变形抗力，减小局部屈服的倾向性，可有效预防吕德斯带的产生。
（2）降低末次拉伸的口部加工率，取消一次口部退火工序，压底工序完成后直接进行缩口，使容器斜肩部位处厂连续两次冷加工硬化状态，这样，缩口时变形部位无屈服现象，可杜绝吕德斯带的产生。
此方法只适用于缩口加工率较低的产品。
这里需要特别指出的是：
对于口部壁厚在1mm左右的无斜肩薄壁制品，缩口加工率很低，即使采用上述措施，仍难收到良好效果。
若取口壁厚过小，其径向变形抗力过低，缩口时会产生通体折叠。
对于此类制品可采用如下措施：
增加末次拉仲半制品的长度，缩短一次口部退火变色区长度。
采取这种措施，叫防止缩口时产生通体折叠，至于产生的吕德斯带，因其集中在口部退火变色区内，可在以后的机加工序中切除。
（3）改进原材料的浇铸上艺，以减少原材料中气体原子特别是氮原子的含量。
氮是随炉料进入钢中的。
在冶炼过程中，钢液也从炉气中吸收一部分氮。
因此钢中不可避免地存在一些氮。
对于原材料的浇铸，建议采用真空浇铸技术，对钢液进行脱气处理，以减少钢中气体含量，使钢液更纯净、组织更致密，从而提高钢液质量。
在条件允许情况下，直接选用无间隙原子钢（IF钢）作为原材料，可杜绝吕德斯带的产生。
（4）产品技术要求允许的情况下，可取消二次口部退火工序，可有效地预防成品在使用过程中产生吕德斯带，若成品能在时效期内使用，也能有效防止吕德斯带的产生。
3铁碳合金
3.1铁碳相图
A1：
PSK
A3：
GS
Am：
SE
3.1.1基本相
3.1.1.1铁素体
碳溶于а-Fe中形成的间隙固溶体成为铁素体，用符号F表示。
碳在а-Fe中溶解度较小，在727℃时最大可以达到0.0218%，在室温时仅约0.0008%。
由于铁素体的含碳量很低，所以铁素体的组织及性能与纯铁极为相似，极具有较好的塑性和韧性，强度和硬度极低。
3.1.1.2奥氏体
碳溶于γ-Fe中形成的间隙固溶体成为奥氏体，常用符号A表示。
奥氏体的容碳量较高，在1148℃达到最高，可以达到2.11%；
在727℃为0.77%。
奥氏体的硬度较低而塑性较高，易于压力加工。
（热轧过程中，处于奥氏体）
3.1.1.3渗碳体
铁与碳形成的化合物Fe3C成为渗碳体。
渗碳体的含碳量大约为6.69%。
渗碳体的硬度很高，而塑性、韧性几乎等于零，是一个硬而脆的相。
3.1.2铁碳相图的应用
3.1.2.1最为合理选择材料的依据
通过对铁碳相图的分析，可以了解合金组织和性能随成分变化的规律，这样就能根据零件的工作条件和性能要求来选择材料。
如需要塑性、韧性高的材料应选用含碳量低（0.10-0.25%）的钢；
需要强度、塑性和韧性都较好的材料可以选用含碳量中等（0.25-0.6%）的亚共析钢；
需要耐磨性好、硬度高的材料，应选含碳量高的（0.60-1.40%）的钢。
3.1.2.2作为制定热加工工艺的依据。
1、热轧方面。
钢在室温时组织为两相混合物，塑性较差，变形困难，只有将其加热到单项奥氏体状态，才具有较好的强度和较好的塑性，因而一般始轧温度在固相线以下100-200摄氏度，而终轧温度，对于亚共析钢要稍高于A3，过共析钢要稍高于A1。
2、退火工艺
3.2常见元素对钢的性能的影响。
3.2.1碳
随着碳含量的增加，钢的硬度直线上升，塑性和韧性降低。
对于强度极限（抗拉强度），在亚共析钢范围内，随着含碳量的增加，由于珠光体量增加，强度不断上升，超过共析成分后，组织上开始出现二次渗碳体；
含碳量低于0.9%，二次渗碳体量少，形不成网状，所以强度继续上升：
而含碳量大于0.9%，二次渗碳体网状趋于完整，故强度显著降低。
3.2.2硫
硫在铁中溶解度极小，而与铁形成化合物FeS（熔点1190℃）。
FeS与Fe能形成低熔点的共晶体（熔点985℃），分布于晶界上。
在热压力加工时，由于FeS与Fe的共晶体容易熔化，而导致开裂，这种现象叫做热脆。
为了消除硫的有害作用，应使钢中含有一定量的锰，因为锰和硫的亲和力较铁与硫的亲和力大，锰可以优先与硫形成高熔点（1620）MnS，而有效防止热裂。
硫的含量一般限制在0.055%以下。
3.2.3磷
钢中的磷含量即使只有千分之几，也会因析出脆性化合物Fe3P，而使钢的脆性增加，特别在低温时更为显著。
合金在温度下降时韧性剧烈下降的现象称为冷脆。
磷不但造成冷脆，还降低钢材的可焊性，含量过高时焊缝易产生裂纹，因此，将磷也看做钢中有害杂质，其在钢中的含量一般控制在0.045%以下。
但磷能够提高钢材的抗蚀性能。
3.2.4锰
锰具有一定的脱氧能力，能够消除钢中的氧化特，显著改善钢的质量；
能够与S形成化合物MnS，减少硫的有害作用；
还能溶于铁素体形成置换固溶体，使钢强化；
锰还能增加珠光体相对量，使组织细化；
但是，锰作为少量杂质存在时对碳钢力学性能影响并不显著，因此锰是有益元素。
3.2.5硅
硅的作用与锰相似。
其脱氧能力比锰还强。
但提高钢的强度、硬度和弹性，降低钢的塑性和韧性。
硅作为杂质在钢中一般小于0.5%
3.2.6氢
氢在钢中是有害元素，变现在两个方面：
1）、氢溶于钢中使钢的塑性和韧性降低，引起所谓的氢脆。
氢脆既不在很低的温度发生，也不在高温出现，氢脆现象只在-100-100℃这样一个特定的温度范围内产生。
2）、氢对热加工时钢的塑性没有明显的影响，因为加热到1000℃左右，氢就部分地从钢中析出。
但对于含氢量较多的钢种，热加工后又较快冷却，会使从固溶体析出的氢原子来不及向钢表面扩散，而集中在晶界和显微空隙处形成氢分子并产生相当大的应力，在组织应力、温度应力和氢析出所造成的内应力共同作用下会在钢中出现微细裂纹，及白点。
该现象在合金钢中尤为严重。
3.2.7氮
591℃时，氮在铁素体中的溶解度最大，约为0.1%，但在室温时则降低至0.001%以下。
若将含氮量较高的钢自高温较快冷却时，使铁素体中的氮过饱和，并在室温或稍高温度下，氮将逐渐以Fe4N的形式析出，造成钢的强度、硬度提高，塑性、韧性大大降低，使钢变脆，这种现象称为时效脆性。
解决办法向钢中加足够数量的铝，使之除与氧结合外，在热轧后的缓冷过程中（700-800℃）与氮结合形成AlN，这样可以减弱或者消除室温时发生的时效现象。
此外，利用弥散的ALN可以阻止钢在加热时，奥氏体经历的长大，从而获得细晶粒的钢。
3.2.8其它
Cr
1、在低合金范围内，对钢具有很大的强化作用，提高强度、硬度和耐磨性
2、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性
3、提高钢的耐热性
4、在高合金范围内，使钢具有对强氧化性酸类等腐蚀介质的耐腐蚀能力
Mo
1、强化铁素体，提高钢的强度和硬度
2、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性
3、提高钢的耐热性和高温强度
Ni
1、提高钢的强度，而不降低其塑性，改善钢的低温韧性
3、扩大奥氏体区，是奥氏体化的有效元素
4、本身具有一定耐蚀性，对一些还原性酸类有良好的耐蚀能力
Al
1、炼钢中起良好的脱氧作用
2、细化钢的晶粒，提高钢的强度
3、提高钢的抗氧化性能，提高不锈钢对强氧化性酸类的耐蚀能力
4平整机（skin-pass）
4.1平整机的目的
冷轧带钢经过再结晶退火，消除了加工硬化组织，但却使力学性能和加工性能变坏。
这时带钢的应力应变曲线在屈服极限出现屈服平台。
而平整能使屈服平台消失，强度提高。
但是，随着平整延伸率的增加，带钢又会发生加工硬化，使屈服极限升高，因此屈服极限随平整延伸率变化存在着一个最低值，这个平整率与带钢化学成分、冶炼方法、退火及冷轧压下率等条件有关。
所以，通过控制平整延伸率可使下屈服极限降到最低点，从而使带钢的塑性范围越大，深冲性能越好。
屈服平台的存在对带钢深冲或拉伸不利。
因为在深冲或拉伸时，由于应力分布不均匀，加上钢材本身的各向异性，所以钢板在各个方向上不可能都同时达到屈服点。
先达到屈服点的部位由于屈服平台的存在，拉应力不增加也伸长，未达到屈服点的部位则不伸长。
这种不均匀的延伸，使钢板表面出现一种与拉伸方向垂直或与拉伸方向成45”一60”角度的条纹。
当拉应力继续增高，此种条纹会转向拉伸方向。
这些条纹一部分向宽度方向扩展，以至在钢板表面上出现比较宽的而彼此之间光亮度不同的区域。
这种条纹通常叫做滑移线。
4.2影响平整控制的因素
4.2.1带钢本身属性
a、厚度
b、屈服平台长度
c、屈服点
d、带钢等级（成分）
4.2.2工作辊直径
随着工作辊直径增大，轧制力相应的增加。
4.2.3摩擦力
影响因素：
粗糙度、润滑
4.2.4速度
随着轧制速度的增加，金属抵抗变形的变形抗力越大。
在干平整时更加明显
4.2.5张力
张力的投入，减少轧制力。
4.3粗糙度转换
4.4延伸率
4.5平整机工作辊与支承辊的材质
工作辊：
φ380~φ340×
900mm
材质：
Cr5
辊身硬度：
HS90～97
支承辊：
φ800~φ720×
850mm
86CrMoV7
HS70～78
4.6平整机上的轧制力
4.7弯辊系统
正弯辊
中间厚度减小，两侧厚度增加。
辊缝拱起增加，两侧轧制力减小。
负弯辊：
中间厚度增加，两侧厚度减小。
辊缝拱起减小。
两侧轧制力增加。
4.8平整机的控制方式
4.8.1恒轧制
略
4.8.2横延伸控制
延伸率是平整生产中控制带钢力学性能的唯一变形指标，延伸率调节是工艺质量控制的重要内容。
影响延伸率的主要参数是带钢张力和平整力（轧制力）。
针对不同操作方式，延伸率调节手段也是不一样的。
轧制力是延伸率调节的有效操作变量，是因为轧制力与延伸率基本上呈线性关系。
而张力调节或与轧制力联合调节只在S辊方式才可使用。
因为在带钢厚度较大时，张力调节受极限值的限制从而调节延伸率很困难，而采用S辊方式有较大的带钢张力，为张力调节提供了条件。
目前延伸率主要有三种控制方式:
恒张力变压力方式、恒压力变张力方式和变张力变压力方式。
对板厚≤lmm的带钢来说，易采用张力调节控制延伸率方式，对板厚≥lmm的带钢来说，易采用压力调节控制延伸率方式。
速度调节控制延伸率方式，适用于高精度延伸率控制产品的生产。
轧制压力控制方式
轧制压力延伸率控制方式，平整机的开卷机、入口S辊、出口S辊均采用张力环控制方式。
平整机通过轧制压力变化来控制延伸率。
延伸率给定值与延伸率实测值之差转变成相应的附加轧制压力给定值。
修改原有的给定平整压力，对带钢延伸率进行控制。
用轧制压力方式调节带钢延伸率的效果是，带钢越薄，调节带钢延伸率的效果越差。
带钢越厚，调节带钢延伸率的效果越好。
张力控制方式
张力延伸率控制方式，平整机的开卷机、入口S辊、出口S辊均采用张力环控制方式。
延伸率给定值与延伸率实测值之差转变成相应的附加张力给定值。
修改原有的给定平整入口、出口张力，来改变带钢延伸率。
用张力方式调节带钢延伸率的效果是，带钢越薄，调节带钢延伸率的效果越好。
带钢越厚，调节带钢延伸率的效果越差。
速度控制方式
速度延伸率控制方式，平整机的开卷机、入口S辊、出口S辊均采用速度环控制方式。
按目标延伸率计算前后S辊的速度差，在轧制压力基本恒定的情况下，利用延伸率给定值与延伸率实际值（实测的）之间的差值，产生一个附加的速度给定值去改变前后S辊的速度，从而实现对带钢延伸率的控制。
由于速度差产生张力的变化，因此速度延伸率控制是一种高精度延伸率控制方式。
5、常见质量缺陷及原因
5.1带钢温度的限制
平整时带钢的温度对平整后带钢的力学性能和板形有很大的影响，因此要求平整前钢卷应进行充分冷却。
带钢屈服平台的再现，不仅与延伸率相关，还同平整温度和平整速度有关。
当带钢温度高于40℃时进行平整，与常温下相比，其时效稳定性大大降低（铝镇静钢等除外）。
关于平整前带钢温度的限制因钢种而有所不同，一般控制上机钢卷温度为40℃,最高不能大于70℃，否则极易出现浪形，瓢曲缺陷，并且能加速带钢的时效。
另外，由于温度高时金属分子较活跃，带钢受到拉力时很容易从弹性区跳跃到塑性区，从而在带钢表面产生滑移线，导致横折印的出现。
因此，应限制平整前钢卷温度低于45℃。
5.2表面夹层
形状不规则，片状折叠并伴有非金属夹杂物，表面夹杂物的形状和尺寸变化范围大，夹层的金属有不规则的周边形状，并被非金属夹杂物、氧化物或者氧化铁皮等从机体剥离出来。
成因：
是由连铸工艺中非金属夹杂物导致。
开始存在于皮下，加工后暴露于外，也可由结晶器或清理表面缺陷诱发。
5.3孔洞
孔洞：
是材料非连续的，贯穿带钢上下表面的缺陷。
材料撕裂产生空洞。
在轧制过程中带钢断面局部疏松，该处的应力超过材料的变形极限。
带钢越薄，其现象越明显。
5.4氧化铁皮压入
由在热轧中被压入表面的氧化铁皮引起的，氧化铁皮可在酸洗工序中去除，但留下的印点在冷轧过程中不能完全消除，这种缺陷的外观可有麻点、线痕或大面积的压痕。
氧化铁皮压入是由热轧除磷高压水压不够，使氧化铁皮被轧入带钢。
5.5划伤
a各种导辊与带钢速度不一样b带钢与辅助设备异常接触c生产线设备粘有异物等
5.6辊印
在带钢表面周期性的点状凸起。
由于冷轧或平整过程中工作辊有压痕造成的。
主要特征是他们沿长度方向周期性出现，与工作辊圆周吻合。
平整机工作辊直径为340-380mm，轧机工作辊为245-270mm。
5.7振痕
振痕的特点是产生厚度波动。
它是机架发生共振产生的或者轧辊表面存在振痕，主要由磨床共振等引起。
目前解决办法：
换辊。
主要控制LED料
5.8氧化色
退火边部氧化/回火色：
发生在罩式退火后的冷轧带卷上，特点是带卷边部呈S形成串的彩色或者灰黑色印记。
在连续退火情况下，变色痕迹会均匀的分布在整个带钢表面。
回火色是由于铁或者锰发生氧化或者被还原造成的。
如果保护气体中有氧，带钢边部会被氧化，这是由于保护罩内或在运输线上发生气体泄漏造成的，也可能是因为退火后过早的打开保护罩。
根据退火件的不同温度，带钢边部表面产生退火痕迹甚至产生氧化铁皮。
在一定温度下，如果CO、CO2的比例不合适，保护气中的碳会沉积在带钢上。
燃烧残留物或油气也会导致边部氧化。
5.9横折印
与轧制方向成直角的横的印痕，可能贯穿带宽或只在边部，形状可能规则也可能不规则。
产生横折印的原因与拉娇纹类似，开卷时沿开卷方向发生局部屈服。
高延伸率，低屈服强度的情况下最容易发生横折印。
具体实例：
一期平整机
折痕产生的根本原因是平整前带钢反向弯曲所致；
产生反向弯曲点位：
一是退火粘结卷在开卷时局部张力集中，当法向张力过大时导致带钢在开卷过程出现反向弯曲；
二是厚度≥0.8mm带钢通过入口S辊时，同样也会出现反向弯曲；
三是防皱辊升起高度大于轧制线高度是，带钢与平整工作辊形成反向弯曲；
解决办法：
1、轧制力上进行加大。
2、减少反向弯曲可能性
5.10羽纹/平整纹
在平整过程中出现的线痕，成羽纹状。
可占局部或布满整个带宽。
由于带钢在辊缝中产生不延伸。
5.11锈蚀
钢带表面局部呈现不规则的点状、块状、条状的锈斑，轻微者颜色浅黄，较重者颜色为黄褐色或红色，严重者为黑色，表面粗糙。
成因
（1）退火钢卷在中间库停留时间长，相对湿度大，表面可见局部点锈；
（2）钢带涂油不均，在未涂油处出现红、黄色锈；
（3）运输途中进水或湿度大，存放时间长，易出现黑色锈。
5.12乳化液斑
经退火的钢带表面呈现不规则的或象小岛形状的机体黑色、褐色图形，常出现在带钢的头尾部；
有时出现在带钢边部；
有时带钢通长都有。
（1）在轧机出口处乳化液未吹净，残留在带钢表面上；
（2）装炉后，予吹扫时间不足，加热时乳化液碳化形成斑点。
（3）乳化液中含杂油量过多
（4）厚度超厚造成罩式炉退火过程中吹扫不净特征：
表现为黑带为规则的线形，可以擦拭的掉。
地面呈现白色。
机理：
发生黑带的部位厚度超厚，造成钢卷此处的应力较大，发生在退火过程中吹扫不净，留下铁屑等。
5.13平整液斑
平整过后的带钢在重纵展开，带钢边部（大部分）出现形状小、密集的、发散状的机体稍微发白、浅黄色的斑迹。
起初是能够擦掉的。
有时出现中间部位，形状较大。
1）钢卷表面清洁度低。
2）出口吹扫不净。
3）平整液浓度不够。
4）停放时间过长。
5.14黑带
在钢带表面上的黑色薄膜，成片状或纵向条状分布，条状宽度不同，发黑的颜色深浅不一。
钢带表面残油或乳化液残留过多，脱碳等引起。
5.15边鼓
主要发生在热轧机上，热轧带钢出现局部增厚。
而且一旦发生，则在随后的冷轧中也不能消除。
因为带钢卷取时，厚度增加会因放大效应而变得越来越明显。
5.16分层
钢板厚度方向有明显的金属结构分离，在剪断面上出现未焊合的缝隙，严重时可分成两层或三层，层与层间有肉眼可见有夹杂物，呈深灰色，分层不在钢板边缘时，板面出现无规则的小波纹或小鼓包。
（1）板坯中的缩孔未切尽，流入下道工序；
（2）钢带中的非金属夹杂物或气体集中分布，轧制延伸，不能焊合；
（3）保护渣大量卷入。
5.17粘结纹
退火
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