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1、轧制原理轧制原理北京科技大学材料学院北京科技大学材料学院 周成周成高等工程师学院专业必修课高等工程师学院专业必修课1 轧制过程的基本概念轧制过程的基本概念轧制是轧件在旋转的轧辊作用下产生塑性轧制是轧件在旋转的轧辊作用下产生塑性变形的过程。变形的过程。轧制的目的是生产具有合格形状尺寸和组轧制的目的是生产具有合格形状尺寸和组织性能的产品。织性能的产品。轧钢在钢铁生产中的位置轧钢在钢铁生产中的位置轧钢产品的种类轧钢产品的种类（按断面形状）（按断面形状）钢板钢板 中厚板中厚板 薄板薄板 钢管钢管 无缝钢管无缝钢管无缝钢管无缝钢管 焊管焊管焊管焊管型钢型钢 型材（钢轨、工字钢等）型材（钢轨、工字钢等）型

2、材（钢轨、工字钢等）型材（钢轨、工字钢等）棒材棒材棒材棒材 线材线材线材线材 1.1 简单简单轧制过程及其变形区轧制过程及其变形区简单轧制过程简单轧制过程简单轧制过程简单轧制过程 轧制过程在上下两直径相同的圆轧制过程在上下两直径相同的圆轧制过程在上下两直径相同的圆轧制过程在上下两直径相同的圆柱形刚性轧辊间进行，轧辊皆为传柱形刚性轧辊间进行，轧辊皆为传柱形刚性轧辊间进行，轧辊皆为传柱形刚性轧辊间进行，轧辊皆为传动辊、转速相同且转向相反；动辊、转速相同且转向相反；动辊、转速相同且转向相反；动辊、转速相同且转向相反；轧件为各向同性的均匀连续体，轧件为各向同性的均匀连续体，轧件为各向同性的均匀连续体，

3、轧件为各向同性的均匀连续体，只承受来自轧辊的作用力并且满足只承受来自轧辊的作用力并且满足只承受来自轧辊的作用力并且满足只承受来自轧辊的作用力并且满足屈服条件，轧件为矩形断面，轧制屈服条件，轧件为矩形断面，轧制屈服条件，轧件为矩形断面，轧制屈服条件，轧件为矩形断面，轧制前的横截面在变形过程中仍为平面。前的横截面在变形过程中仍为平面。前的横截面在变形过程中仍为平面。前的横截面在变形过程中仍为平面。轧制过程的简单描述轧制过程的简单描述在轧制过程中，轧辊对轧件的作用力要同时产生两在轧制过程中，轧辊对轧件的作用力要同时产生两在轧制过程中，轧辊对轧件的作用力要同时产生两在轧制过程中，轧辊对轧件的作用力要同

4、时产生两个效果：将轧件拖入辊缝同时使之产生塑性变形。个效果：将轧件拖入辊缝同时使之产生塑性变形。个效果：将轧件拖入辊缝同时使之产生塑性变形。个效果：将轧件拖入辊缝同时使之产生塑性变形。在满足屈服条件的前提下，轧制过程能否开始取决在满足屈服条件的前提下，轧制过程能否开始取决在满足屈服条件的前提下，轧制过程能否开始取决在满足屈服条件的前提下，轧制过程能否开始取决于轧辊是否能将轧件拖入辊缝。于轧辊是否能将轧件拖入辊缝。于轧辊是否能将轧件拖入辊缝。于轧辊是否能将轧件拖入辊缝。在轧制过程中，轧件高度减小。轧件在高度方向减在轧制过程中，轧件高度减小。轧件在高度方向减在轧制过程中，轧件高度减小。轧件在高度方

5、向减在轧制过程中，轧件高度减小。轧件在高度方向减少的体积，要转移到轧件的宽度和长度方向，这一少的体积，要转移到轧件的宽度和长度方向，这一少的体积，要转移到轧件的宽度和长度方向，这一少的体积，要转移到轧件的宽度和长度方向，这一变形过程不仅决定了轧制后的轧件尺寸，而且也影变形过程不仅决定了轧制后的轧件尺寸，而且也影变形过程不仅决定了轧制后的轧件尺寸，而且也影变形过程不仅决定了轧制后的轧件尺寸，而且也影响到轧件进出轧辊的速度。响到轧件进出轧辊的速度。响到轧件进出轧辊的速度。响到轧件进出轧辊的速度。轧制过程的简单描述轧制过程的简单描述为使轧制过程顺利进行，主电机要具有足够的功率，为使轧制过程顺利进行，

6、主电机要具有足够的功率，为使轧制过程顺利进行，主电机要具有足够的功率，为使轧制过程顺利进行，主电机要具有足够的功率，以通过轧辊提供轧件塑性变形所需的变形力，而所以通过轧辊提供轧件塑性变形所需的变形力，而所以通过轧辊提供轧件塑性变形所需的变形力，而所以通过轧辊提供轧件塑性变形所需的变形力，而所需变形力的大小与轧件本身的性质和应力状态有关。需变形力的大小与轧件本身的性质和应力状态有关。需变形力的大小与轧件本身的性质和应力状态有关。需变形力的大小与轧件本身的性质和应力状态有关。在实际轧制过程中，这一变形力又对轧辊产生反作在实际轧制过程中，这一变形力又对轧辊产生反作在实际轧制过程中，这一变形力又对轧辊

7、产生反作在实际轧制过程中，这一变形力又对轧辊产生反作用而影响轧制过程。用而影响轧制过程。用而影响轧制过程。用而影响轧制过程。1.2 轧制轧制变形区及其主要参数变形区及其主要参数轧制变形区轧制变形区 轧件在轧辊作用下发生塑轧件在轧辊作用下发生塑轧件在轧辊作用下发生塑轧件在轧辊作用下发生塑性变形的区域称为轧制变形性变形的区域称为轧制变形性变形的区域称为轧制变形性变形的区域称为轧制变形区，在简单轧制条件下，即区，在简单轧制条件下，即区，在简单轧制条件下，即区，在简单轧制条件下，即轧件在进出轧辊处的断面与轧件在进出轧辊处的断面与轧件在进出轧辊处的断面与轧件在进出轧辊处的断面与辊面所围成的区域。辊面所围

8、成的区域。辊面所围成的区域。辊面所围成的区域。轧制变形区的主要参数有轧制变形区的主要参数有轧制变形区的主要参数有轧制变形区的主要参数有咬入角和变形区长度。咬入角和变形区长度。咬入角和变形区长度。咬入角和变形区长度。咬入角咬入角 轧件开始进入轧辊时，轧件与轧辊的最先接触轧件开始进入轧辊时，轧件与轧辊的最先接触点和轧辊中心的连线与两轧辊中心连线所构成的点和轧辊中心的连线与两轧辊中心连线所构成的圆心角，称为咬入角。稳定轧制时，咬入角即为圆心角，称为咬入角。稳定轧制时，咬入角即为轧件与轧辊相接触的圆弧所对应的圆心角。轧件与轧辊相接触的圆弧所对应的圆心角。变形区长度变形区长度 l 轧件与轧辊之接触弧的水

9、平投影长度，称为变形区长度。轧件与轧辊之接触弧的水平投影长度，称为变形区长度。轧件与轧辊之接触弧的水平投影长度，称为变形区长度。轧件与轧辊之接触弧的水平投影长度，称为变形区长度。1.3 体积不变条件体积不变条件 对于消除了铸态组织的已变形金属，塑性加工时金属的密对于消除了铸态组织的已变形金属，塑性加工时金属的密对于消除了铸态组织的已变形金属，塑性加工时金属的密对于消除了铸态组织的已变形金属，塑性加工时金属的密度变化很小或者不变。度变化很小或者不变。度变化很小或者不变。度变化很小或者不变。冷加工时，由于加工硬化和微裂纹的产生，金属密度略有冷加工时，由于加工硬化和微裂纹的产生，金属密度略有冷加工时

10、，由于加工硬化和微裂纹的产生，金属密度略有冷加工时，由于加工硬化和微裂纹的产生，金属密度略有减小，但是各种金属和合金冷加工时密度通常只减小减小，但是各种金属和合金冷加工时密度通常只减小减小，但是各种金属和合金冷加工时密度通常只减小减小，但是各种金属和合金冷加工时密度通常只减小0.10.10.2%0.2%，当进行中间退火和最终退火时，由于产生再结晶，当进行中间退火和最终退火时，由于产生再结晶，当进行中间退火和最终退火时，由于产生再结晶，当进行中间退火和最终退火时，由于产生再结晶，密度将增加到接近加工前的数值。密度将增加到接近加工前的数值。密度将增加到接近加工前的数值。密度将增加到接近加工前的数值

11、。1.3 体积不变条件体积不变条件 热加工过程中，加工硬化和再结晶同时或依次产生，变形热加工过程中，加工硬化和再结晶同时或依次产生，变形金属的密度及体积在加工过程中可以认为是不变的。金属的密度及体积在加工过程中可以认为是不变的。因此，无论冷加工还是热加工，变形金属的密度和体积的因此，无论冷加工还是热加工，变形金属的密度和体积的改变都是很小的，可以忽略这些变化而认为塑性变形前后金改变都是很小的，可以忽略这些变化而认为塑性变形前后金属的体积是保持不变的，这就是体积不变条件。属的体积是保持不变的，这就是体积不变条件。1.4 轧件变形程度轧件变形程度绝对变形量绝对变形量绝对变形量绝对变形量 轧件在高度

12、、宽度和长度三个方向的变形分别称为：压轧件在高度、宽度和长度三个方向的变形分别称为：压下、宽展和延伸。下、宽展和延伸。1.4 轧件变形程度轧件变形程度相对变形量相对变形量相对变形量相对变形量 工程应变工程应变工程应变工程应变 真应变真应变真应变真应变 变形系数变形系数变形系数变形系数通常将相对压下量（工程应变）称为压下率，记为通常将相对压下量（工程应变）称为压下率，记为通常将相对压下量（工程应变）称为压下率，记为通常将相对压下量（工程应变）称为压下率，记为。1.5 轧制变形速度轧制变形速度 变形速度是应变对时间的变化率，也称应变速度。变形速度是应变对时间的变化率，也称应变速度。变形速度是应变对

13、时间的变化率，也称应变速度。变形速度是应变对时间的变化率，也称应变速度。轧制变形速度指的是轧件高度方向的变形速度。轧制变形速度指的是轧件高度方向的变形速度。轧制变形速度指的是轧件高度方向的变形速度。轧制变形速度指的是轧件高度方向的变形速度。变形区中高度为变形区中高度为变形区中高度为变形区中高度为h hx x的任意断面上的变形速度为：的任意断面上的变形速度为：的任意断面上的变形速度为：的任意断面上的变形速度为：平均变形速度平均变形速度平均变形速度平均变形速度 各种轧机的平均变形速度各种轧机的平均变形速度轧机类型轧机类型 （s s-1-1）轧机类型轧机类型 （s s-1-1）初轧机初轧机0.80.

14、83 3中厚板轧机中厚板轧机8 81515大型轧机大型轧机1 15 5热轧宽带钢轧机热轧宽带钢轧机7070100100中型轧机中型轧机10102525冷轧宽带钢轧机冷轧宽带钢轧机可达可达10001000线材轧机线材轧机757510001000以上以上1.6 咬入条件咬入条件 稳定轧制条件稳定轧制条件 稳定轧制时，稳定轧制时，/2咬入过程中，咬入过程中，各种轧机的咬入角各种轧机的咬入角轧机型式轧机型式咬入角咬入角弧度弧度度度冷轧钢和其它金属冷轧钢和其它金属在磨削轧辊上加润滑剂在磨削轧辊上加润滑剂0.050.0734在未磨削轧辊上无润滑剂在未磨削轧辊上无润滑剂0.090.1458热轧热轧钢板钢板0

15、.310.381822铝板（铝板（350）0.350.382022镍板（镍板（1100）0.3822黄铜板黄铜板（800 ）0.370.422124普通型钢普通型钢0.380.422224型钢（轧辊表面有刻槽、型钢（轧辊表面有刻槽、网纹或者有堆焊）网纹或者有堆焊）0.470.592734各种轧制条件下的允许最大咬入角各种轧制条件下的允许最大咬入角轧制条件轧制条件咬入角咬入角 ，在有表面刻痕或堆焊的轧辊上热轧在有表面刻痕或堆焊的轧辊上热轧27273434在型钢轧机上热轧在型钢轧机上热轧22222424在钢板轧机上热轧在钢板轧机上热轧15152424在表面粗糙的轧辊上冷轧在表面粗糙的轧辊上冷轧5

16、56 6在表面光滑带润滑的轧辊上冷轧在表面光滑带润滑的轧辊上冷轧3 34 4改善咬入条件的途径改善咬入条件的途径 满足咬入条件，是顺利实现轧制过程的基本保证，而改满足咬入条件，是顺利实现轧制过程的基本保证，而改善咬入条件，是增加压下量、提高生产率的有力措施。善咬入条件，是增加压下量、提高生产率的有力措施。发挥稳定轧制阶段咬入潜力发挥稳定轧制阶段咬入潜力 （1）小头进钢）小头进钢 （2）带钢压下）带钢压下 （3）强迫喂钢）强迫喂钢提高提高角角 （1）改变轧件或轧辊的表面状态）改变轧件或轧辊的表面状态 （2）合理调节轧制速度合理调节轧制速度 1.7 最小阻力定律最小阻力定律如果变形体各质点有向各个方向移动的可能，则变形体的如果变形体各质点有向各个方向移动的可能，则变形体的如果变形体各质点有向各个方向移动的可能，则变形体的如果变形体各质点有向各个方向移动的可能，则变形体的每个质点将朝阻力最小的方向移动。每个质点将朝阻力最小的方向移动。每个质点将朝阻力最小的方向移动。每个质点将朝阻力最小的方向移动。中性面中性角1.8 工具形状对变形的影响工具形状对变形的影响 由于轧辊呈圆柱状，会造成金属在宽度