金屬塑性成形工藝及控制金屬軋制理論及工藝1.軋機的彈性曲線軋機在軋制過程中輥縫變化如圖9.22所示，由于整個機座產(chǎn)生了彈性變形，導致輥縫由S0增大到S，軋件由初始厚度H變?yōu)閔，若忽略軋件的彈性恢復量，則有：

h=S=S0+△S(9-60)式中，△S—機座彈性變形值。假定機座彈性變形值△S符合虎克定律，即有：△S=P/k(9-61)式中，P—軋制壓力；

k—軋機的剛度系數(shù)（自然剛度）。9.1.5軋機的彈跳方程與板帶的厚度控制軋機的剛度系數(shù)k的物理意義是指機座產(chǎn)生單位彈性變形值時的壓力。因此k越大，說明軋機的剛度越好，反映到輥縫中的彈跳值就越小。假定剛度系數(shù)k為無窮大，則軋制時的彈跳值△S就為零，

h就等于初始輥縫S0，當然這種情況是不可能做到的，從設(shè)計角度一味提高軋機的剛度，會導致制造成本很高。實際生產(chǎn)中可以通過快速液壓壓下實現(xiàn)軋件厚度調(diào)整（不變），即相當于提高軋機剛度，稱為軋機的可調(diào)剛度，對應的剛度系數(shù)稱為可調(diào)剛度系數(shù)kc。將實際測定的軋制壓力P與機座彈性變形值△S的關(guān)系做成坐標圖（圖9.23），它們的關(guān)系曲線稱為軋機的彈性曲線。

圖9.23軋機的彈性曲線

圖9.23中軋機的原始輥縫值S0為零；由圖可以看到實際的彈性曲線并不是直線，尤其彈性曲線的開始階段，主要是由于機座各部件之間在加工及裝配過程中產(chǎn)生了一定的間隙。如果忽略此曲線最初和最終階段的彎曲，即可近似視為直線，延長直線段與橫坐標軸交于S′o處，該值其實是由于軋機各部件的公差配合導致的。

S′o相當于軋機有一定值的“初始輥縫”，或者叫做“承載初始輥縫值”。這樣若考慮彈性曲線彎曲段的輥縫值，則軋機的彈性變形量△S可表示為：△S=S′0+P/k(9-62)如果考慮軋機的原始輥縫S0，那么彈性曲線將不由零開始，而向右平移S0（圖9.24）。

圖9.24軋件尺寸在彈性曲線上的表示根據(jù)圖中曲線，可直接得到在一定輥縫和負荷下所能軋出的軋件厚度h：

h=S=S0+S′0+P/k(9-63)如果把彈性曲線看作一條直線，即忽略彈性彎曲段的部件間隙值S′0（或者把S′0考慮到原始輥縫S0內(nèi)），則上式可寫成：

h=S=S0+P/k(9-64)式中，h—軋件軋出厚度；

S—軋輥實際輥縫；

S0—軋輥原始輥縫；

P—軋制壓力；

k—軋機的剛度系數(shù)。式(9-67)或(9-68)即為軋機的彈跳方程。它忽略了軋件的彈性恢復量。說明軋件的軋出厚度為原始輥縫與軋機彈跳量之和，從而把軋件與軋輥的關(guān)系及軋制過程緊密地聯(lián)系起來了。運用彈跳方程，可以分析軋制工藝與設(shè)備因素的變化對軋出厚度的影響，它是板厚控制的基本方程。2.軋件的塑性曲線前面分析過，影響軋制壓力的因素很多，用函數(shù)關(guān)系表述很不方便：P=F(K，ε,f,……)實際生產(chǎn)中多用塑性曲線描述軋制壓力的大小。所謂塑性曲線，是指軋制壓力與軋件軋出厚度之間相互關(guān)系的曲線。如圖9.25所示，其縱坐標為軋制壓力，橫坐標為軋件厚度。塑性曲線可用測壓及測出對應的軋出厚度，或理論法近似計算來繪制。圖9.25軋制塑性曲線從圖9.25可以看到，軋制壓力在相當寬的壓下量范圍內(nèi)呈直線變化，只是在壓下量較小或較大時，軋制壓力才呈曲線變化。塑性曲線的意義在于分析軋件原始厚度相同時，由于某一工藝因素的變化，對軋制壓力與軋出厚度之關(guān)系的影響：(1)變形抗力的影響。如圖9.26所示，當被軋金屬變形抗力較大（曲線2）時，則比變形抗力較?。ㄇ€1）的曲線要陡。若保持壓力不變，則軋出厚度h2＞h1。如果要軋出厚度不變，那么變形抗力較大的金屬其軋制壓力應增大。

(2)外摩擦條件的影響。圖9.27反映外摩擦的影響，當f2＞f1時，摩擦系數(shù)大的塑性曲線要陡，壓力相同時軋出厚度也大。要使軋出厚度不變，則摩擦系數(shù)越大，所需軋制壓力越大。圖9.26變形抗力的影響圖9.27摩擦系數(shù)的影響因此，生產(chǎn)中選擇潤滑效果較好的潤滑劑或合理加強潤滑，可以在相同的原始輥縫下軋出較薄的軋件。在冷軋生產(chǎn)中潤滑應用很廣、也很重視。(3)張力的影響。如圖9.28所示，張力越大，軋出厚度越薄。要求軋出同一厚度時，張力越大則軋制壓力越小。(4)軋件原始厚度的變化。相同軋制壓力下，軋件原始厚度變大，軋件厚度越厚。見下面附圖。圖9.28張力的影響附圖軋件原始厚度的影響3.軋制時的彈塑性曲線1）彈塑性曲線軋制時的彈塑性曲線，是軋件的塑性曲線與軋機彈性曲線的總稱。即把它們畫在一個圖上表示兩者相互關(guān)系的曲線，也稱P-H圖（圖9.29）。圖中兩線交點的橫坐標為軋件軋出厚度，縱坐標為對應的軋制壓力。應用彈塑性曲線能直觀地分析軋制時的各種因素對軋出厚度的影響。它提示了軋制過程軋輥和軋件相互作用的內(nèi)在矛盾，是厚度控制的理論基礎(chǔ)。圖9.30軋制時的彈塑性曲線

2）輥縫轉(zhuǎn)換函數(shù)反映輥縫調(diào)整量δS與厚度變化量δh的關(guān)系函數(shù)叫做輥縫轉(zhuǎn)換函數(shù)，以Θ=δh/δS表示。它反映了軋機的彈性效果，又稱壓下效率。輥縫轉(zhuǎn)換函數(shù)的大小及其變化，可用彈塑性曲線來說明（圖9.30）。當厚度軋到h需要的壓力為PA，如以調(diào)整壓下改變產(chǎn)品厚度，當壓下δS距離時，彈性曲線與塑性曲線的交點由A變到B，軋出厚度為h′，壓力由PA增到PB即增加δP，厚度變化δh。δS與厚度變化量δh的關(guān)系?圖9.30輥縫函數(shù)在微量變化情況下，可把AB曲線視為直線段，此塑性曲線段的斜率為M，則可用下式表示：

(9-65)M表示軋件的塑性系數(shù)，或稱軋件的剛度：它反映軋件抵抗塑性變形的能力大小。M的物理意義是：在一定條件下，軋件發(fā)生1mm壓縮塑性變形所需的力，單位是N/mm。金屬材質(zhì)或軋制條件不同，則M值也不同。由圖9.30可知，AC=AD+DC=δS，AD=δh，DC=δP/k，則可推導：

(9-70)式中：Θ—輥縫轉(zhuǎn)換函數(shù)；

k—軋機的剛度系數(shù)；

M—軋件的剛度系數(shù)。例如輥縫轉(zhuǎn)換函數(shù)為1/4，即Θ=δh/δS=1/4，或者δS=4δh。這說明輥縫調(diào)整量（壓下調(diào)整距離）應為厚度變化量的4倍，才能消除厚度差。假如厚度變化量為0.05mm，那么壓下調(diào)整量要為0.20mm，才能消除上述厚度差。由此可見，輥縫轉(zhuǎn)換函數(shù)(9-70)式是進行壓下調(diào)整，改變輥縫，實現(xiàn)板厚控制的基本方程之一。（厚度反饋控制的基本方程）4.板帶材軋制中的厚度控制1）影響軋件厚度的主要因素由彈跳方程h=S=S0+S′0+P/k知道：軋件的厚度主要取決于空載時的輥縫、軋機的縱向剛度系數(shù)、軸承油膜的厚度和軋制壓力等，具體影響如下：(1)空載輥縫?？蛰d輥縫的變化、軋輥的偏心、熱膨脹和磨損等都會使實際的空輥軋縫S0發(fā)生變化，從而使軋件的厚度發(fā)生波動。

(2)軋機縱向剛度系數(shù)。當縱向剛度系數(shù)減小時，軋機的彈性變形量增加，從而使軋件軋出的實際厚度增大，如圖9.31所示。圖9.32軋機縱向剛度系數(shù)對軋件厚度的影響(3)軋制壓力。軋制壓力的波動是使軋件厚度產(chǎn)生波動的主要原因。所有影響軋制壓力的因素都會影響軋制塑性變形曲線的相對位置和斜率，從而影響軋件的實際軋出厚度，如圖9.32所示。當來料厚度H增大時：塑性曲線B的起始位置右移，軋制壓力增大，使得軋件厚度h增大，如圖9.32(a)所示。反之，軋件厚度減小。所以，當來料的厚度不均勻時，軋件的厚度會隨著來料的厚度發(fā)生相應的波動。因此，要得到高精度的軋件，來料的厚度必須控制在一定的公差范圍內(nèi)。當摩擦系數(shù)增大時：軋制壓力升高，塑性曲線的斜率變大，軋件變厚，如圖9.32(b)所示。軋制速度影響摩擦系數(shù)，所以軋制速度也對軋件厚度產(chǎn)生影響。當變形抗力減小時：軋制壓力也隨之減小，塑性曲線斜率變小，軋件變薄，如圖9.32(c)所示。當來料力學性能不均勻或軋制溫度、軋制速度發(fā)生變化時，軋件的變形抗力也隨之發(fā)生變化，從而使軋件的厚度也發(fā)生相應的波動。當張力減小時：軋制壓力變大，此時塑性曲線斜率變大，軋件變厚，如圖9.32(d)所示。反之則變薄。軋制速度是調(diào)整張力主要手段。(4)軸承油膜厚度。一般軋制速度升高，軸承吸油量增加，油膜變厚導致上下輥縫靠近，結(jié)果軋制壓力增大，軋件變厚。(5)軋制速度的影響。前述軋制速度是通過影響摩擦系數(shù)、變形抗力及軸承油膜厚度，以改變軋制壓力或輥縫大小影響軋出厚度。

一般對熱軋，軋制速度對變形抗力影響明顯，結(jié)果：？而對冷軋，軋制速度對摩擦系數(shù)影響明顯，結(jié)果：？當然實際生產(chǎn)中軋制速度會影響軋件溫度而影響變形抗力。在實際的軋制過程中，以上各因素對軋件厚度的影響并不是孤立的，而是同時起作用的。所以，在進行厚度控制時，要綜合考慮各因素的影響。2）板帶厚度控制的方法軋制厚度控制是通過調(diào)整輥縫、輥速和張力等，消除軋制過程中各種干擾軋制厚度的因素，從而使實際軋制厚度達到標準的過程。(1)調(diào)整壓下。調(diào)整壓下是厚度控制的最主要和最有效的方法。常常用來消除因為影響軋制壓力的因素所造成的厚度差。其原理是通過調(diào)整空載輥縫來消除各種因素的變化對軋件厚度的影響。圖9.34(a)是為消除來料厚度變化對軋件厚度影響的板厚控制原理圖。思考：調(diào)整壓下量ΔS0如何計算？圖9.34(b)是為消除張力、摩擦系數(shù)和變形抗力的變化而影響軋件厚度控制原理圖，均是通過調(diào)整輥縫，調(diào)整軋機彈性曲線與變化后的軋件塑性線相交于等厚軋制線，從而消除厚差變化。圖9.33調(diào)整壓下控制板厚原理圖

(2)調(diào)整軋制速度。前面已分析過，軋制速度的變化可使張力、溫度、摩擦系數(shù)等參數(shù)相應發(fā)生變化，所以可以通過調(diào)整軋制速度來調(diào)張力和溫度，從而改變軋件厚度。(3)調(diào)整張力。調(diào)整張力是利用前后張力來改變軋件塑性變形曲線的變化而達到控制板厚的目的，如圖9.34所示。由于來料厚度偏差△H而使塑性曲線移至B′，軋件軋后的厚度產(chǎn)生偏差△h。在空載輥縫S0不變的情況下，通過加大張力，使塑性曲線的斜率發(fā)生變化，曲線從B′變?yōu)锽′′，以此來消除厚度偏差，使h保持不變。

圖9.34調(diào)整張力控制板厚原理圖熱軋過程中，若張力過大，易發(fā)生拉窄、拉薄等情況，而且張力的變化范圍有限，用調(diào)整張力的方法來調(diào)整板厚的效率不高，所以熱軋一般不利用張力來控制板厚。不過新型連軋機組有時會在最后一個機架采用張力微調(diào)來控制板厚。調(diào)整張力在冷軋薄板時用得較多。在厚度波動較小的情況下，可以在張力允許的范圍內(nèi)采用微調(diào)對其進行調(diào)整；厚度波動范圍大時應改用調(diào)壓下的方法進行厚度控制。3)熱軋板帶的厚度控制特點熱軋板帶的厚度精度一直是提高產(chǎn)品質(zhì)量的主要目標，當前熱軋帶鋼的厚度偏差已達±30μm(占全長98%)。熱連軋帶材的厚度精度主要取決于精軋機組，現(xiàn)代的熱連軋機組都配備有自動的厚度控制系統(tǒng)AGC，能克服工藝參數(shù)波動對厚度精度的影響，并且對軋機參數(shù)的變動給予補償。一般在粗軋：剛度大，板厚控制影響板帶熱軋厚度偏差的因素主要有：由于溫度波動引起的來料變形抗力的波動，來自粗軋區(qū)的來料厚度波動以及軋輥的偏心等，其中來料溫度波動是影響厚度偏差的最主要的因素。4)冷軋板帶的厚度控制特點厚度精度是冷軋板、帶材的最重要的技術(shù)指標。20世紀50年代發(fā)展起來的厚度自動控制AGC技術(shù)發(fā)展比較成熟，當前成卷寬幅冷軋帶鋼的厚度精度已達2~5μm(占全長98%)，基本上已能滿足用戶的要求。與熱軋相比，大張力是冷連軋生產(chǎn)最主要的特征。任一機架的軋制參數(shù)的變化將通過張力的傳遞作用來影響其他機架的工作狀態(tài)。通常情況下，一套冷連軋機組的厚度控制系統(tǒng)由：入口段AGC、機架間AGC和出口段AGC組成。在實際生產(chǎn)過程中按需要配備若干種不同的厚度控制方法，以下為幾種常用的冷連軋厚度控制方法：(1)輥縫前饋AGC。輥縫前饋AGC是根據(jù)軋制入口測厚儀測出的厚度偏差，控制液壓缸來改變輥縫，從而達到消除厚度偏差的目的。(2)輥縫監(jiān)控AGC。輥縫監(jiān)控AGC是根據(jù)軋機出口測厚儀測出來的厚度偏差，調(diào)整液壓缸來改變輥縫，從而達到消除厚度偏差的目的。(3)張力前饋AGC。張力前饋AGC是根據(jù)入口測厚儀測出來的厚度偏差，通過調(diào)節(jié)前一架的軋制速度來控制機架間的張力，從而消除下一機架出口帶材的軋制厚度偏差。(4)張力監(jiān)控AGC。張力監(jiān)控AGC是根據(jù)出口測厚儀測得的厚度偏差，通過調(diào)整前面機架軋輥速度來控制機架間的張力，從而消除厚度偏差。(5)壓力AGC。壓力AGC是根據(jù)彈跳方程由軋制壓力間接得出帶材的厚度偏差，通過調(diào)整液壓缸來改變輥縫，從而達到消除厚度偏差的目的。采用該方法時需要高精度的軋制力測量傳感器，通常在第一機架采用。為了提高這種通過軋制力間接測量厚度偏差的方法的精度，可以在出口通過測厚儀對其進行修正，這種方法稱為厚度計監(jiān)控GM-AGC。(6)秒流量AGC。秒流量AGC是目前現(xiàn)代化冷連軋生產(chǎn)線上配備的一種先進的厚度控制方法。由于在穩(wěn)定的連軋過程中，各機架間的秒流量會保持不變，即機架入口厚度與出口厚度之比和出口速度與入口速度之比相同。20世紀90年代，激光測速儀的推出，不僅可以精確的測出各機架的前滑值，而且可以通過變形區(qū)秒流量恒定法則，有可能精度地計算出變形區(qū)的出口厚度。1.橫向厚差與板形的概念

1)橫向厚差

板帶橫向厚差是指沿寬度方向的厚度差，即板帶材橫斷面的厚度偏差。該厚度差取決于：板帶材軋后的斷面形狀或軋制時的實際輥縫形狀。橫向厚差通常用軋件橫斷面中部的厚度hz和邊部厚度hb的差值來表示。即：

δ=hz-hb(9-67)

當δ為正時，斷面為凸形，當δ為負時，斷面為凹面。δ等于零時為理想的斷面，即斷面是矩形。9.1.5板型控制技術(shù)2)板形板形是描述板帶材形狀的一個綜合概念。包括板凸度和平直度兩個指標。平直度即浪形、瓢曲的有無及程度。浪形是指板帶材縱向呈起伏波浪，波浪有雙邊波浪、中間波浪、單邊波浪等。原因：當板帶兩邊的延伸率大于中部，產(chǎn)生對稱的雙邊波浪；反之，若中部的延伸率大于邊部，就產(chǎn)生中間波浪。如果兩邊的壓下量不一樣，壓下量大的那一邊由于延伸率大則產(chǎn)生單邊波浪或側(cè)彎（鐮刀彎）。軋件在離開軋輥出口后向上、向下或是沿寬向出現(xiàn)弧形的彎曲叫翹曲。當波浪在軋件橫向、縱向同時增大，由于單元波浪的面積較大，板形凹凸形的輪廓變成近似圓形或橢圓，這種板形缺陷通常被稱為瓢曲。圖9.35為常見板型缺陷示意。圖9.35常見板型缺陷示意應指出，只要板帶材存在殘余的內(nèi)應力，就稱為板形不良。雖然這個應力存在，但不足以引起板形缺陷，則稱“潛在的”板形不良，如果應力足夠大，以致引起板帶波形等，則稱“表現(xiàn)的”板形不良。在張力作用下，冷軋帶材有時并未發(fā)生波浪等，但張力去除后，帶材仍將出現(xiàn)明顯的波浪，或經(jīng)縱剪后出現(xiàn)側(cè)彎或浪皺，這些均屬潛在的板形不良。3）板形與橫向厚差的關(guān)系橫向厚差和板形是兩個不同的概念，但兩者卻有著密切的關(guān)系。在來料板形良好的前提下，板形取決于延伸率沿寬度方向是否相等，即壓縮率是否相等。這一條件由軋前坯料橫斷面厚度的均勻性及輥型或?qū)嶋H輥縫形狀決定。板形在很大程度上還決定于軋制前后的橫向厚差。通常所說的板形控制：一般包括板形控制和出口橫向厚差控制兩個方面；而所謂的板厚控制：只指縱向厚差的控制，不包含橫向厚差的控制。熱軋生產(chǎn)中，因為軋件厚，剛性大，對不均勻變形造成的翹曲失穩(wěn)的敏感性小，波浪少見，熱軋頭幾道次以控制橫向厚差為主。后幾道次板材變薄，板形的影響突出，此時應該以控制板形為主。冷軋時由于對不均勻變形的敏感性大，微小的延伸差都會引起板形的大幅度惡化，所以冷軋?zhí)貏e是冷軋薄板時主要是嚴格控制板形。4）輥型與輥縫對橫向厚差及板形的影響軋輥輥身表面的輪廓形狀稱為輥型；原始輥型是指剛磨削好的輥型；工作輥型是指軋輥在受力和受熱軋制時的輥型，又稱承載輥型。通常用輥身中部的凸度表示輥型的大小，軋輥輥身中部與輥身邊緣的半徑差稱為輥型凸度最大值：其大小由軋輥的彈性變形（彎曲撓度、壓扁）和不均勻熱膨脹決定。由于軋制過程中設(shè)備、工藝等條件不斷的變化，工作輥型很難能保持為理想的平輥型。如果上下兩個工作輥都同為凸輥型，對應的輥縫形狀就呈凹形，軋件橫斷面的形狀就是凹形；反之，工作輥型為凹輥型，軋件橫斷面呈凸形。因此，除了來料的橫斷面形狀以外，板形與橫向厚差主要決定于工作輥縫的形狀。2.板形控制原理1)板形控制的基本原理如圖9.36，設(shè)軋制前板帶邊緣的厚度為h1，軋前厚度差或稱板凸量為c1，軋后厚度差或稱板凸量為c2，所以軋前中間的厚度為h1+c1，軋制后板帶橫斷面上的邊緣厚度和中間厚度分別為h2和h2+c2。板凸度表示為：c1/h1及c2/h2。圖9.37軋制前后板帶厚度的變化

為使板形良好，坯料橫斷面必須均勻變形，即板帶材邊緣和中部的延伸率λ應相等，即有：

(9-68)由此可得，或

(9-69)式(9-69)為理想的板形方程，即要得到理想的板形，必須使軋制前的原始凸度率等于軋制后的凸度率。因此，如果在軋制前就有凸度的原料經(jīng)過軋制后不可能同時得到理想的凸度和平直度。橫向的厚度差只能在軋制的過程中與壓縮比成比例減少，而不能完全消除。另外，要滿足均勻變形的條件，保證成品板形良好，就必須使板帶軋制前的厚度差c1和軋制后的厚度差c2的比值與延伸率λ相等；或者使軋制前的板凸度c1/h1等于軋制后的板凸度c2/h2。因此，在均勻變形的情況下，后一道次的板厚差c2比前一道次的板厚差c1小，其差值為：

理解以下內(nèi)容：（1）由于此差值主要取決于軋輥因為承受壓力而產(chǎn)生的撓度值，所以要保證均勻變形，就必須使后一道次軋制時軋輥的撓度小于前一道次軋輥的撓度。即在軋輥的強度相同的情況下，后一道次的軋制壓力必須小于前一道次的軋制壓力。（2）由此可見，為了滿足均勻變形的條件，保證軋件具有良好的板形，在設(shè)備強度一定的情況下，應當使軋制力逐漸減小。2)傳統(tǒng)的板型控制方法前面談到，在不考慮軋件彈性恢復時，可以認為軋后板帶的斷面形狀是和軋輥的工作輥縫（即承載輥縫）的形狀相同。而實際的工作輥縫形狀決定于以下因素：①軋輥原始輥型；②軋輥熱凸度；③軋輥磨損輥型；④軋輥受軋制力的彈性彎曲；⑤軋輥的彈性壓扁；⑥板帶軋制前的板凸度等。如果軋制時各個影響因素都是穩(wěn)定的，則通過合理的軋輥原始輥型設(shè)計，就可獲得良好的板型。但是，在軋制過程中各因素是在不斷變化的，需要隨時補償這些變化因素對軋輥工作輥縫的影響，以便獲得良好的板型。因此，板型控制的基本思想就是：按照軋制過程中的實際情況，隨時改變輥縫凸度，使其能滿足獲得良好板型的要求。實際生產(chǎn)中，除設(shè)定一定的輥型（即“輥型配置”）來控制板型外，板型控制的傳統(tǒng)方法還有2種：“輥溫控制法”和“液壓彎輥控制法”。(1)輥溫控制法。輥溫控制法是人為地沿軋輥輥身長度方向?qū)ζ溥M行冷卻或加熱，使輥身溫度發(fā)生變化來改變軋輥熱輥型，以適應板型控制的需要。由于靠溫度調(diào)整輥型速度較慢，一般只作為板型控制的輔助手段。思考：對雙邊波浪、中間波浪如何分別冷卻軋輥？(2)液壓彎輥控制法。液壓彎輥控制法是將液壓缸壓力作用在軋輥輥頸處使軋輥產(chǎn)生附加彎曲，以補償由于軋制力和軋輥溫度等因素的變化而產(chǎn)生的軋輥工作輥縫的變化，以獲得良好的板型。如下附圖。由于液壓彎輥控制法能迅速改變輥縫形狀，具有較強的板型控制能力，是板形控制的最有效的方法，很多新型的軋機（如HC軋機）也都有液壓彎輥裝置。3.板形控制新技術(shù)及新型軋機從20世紀70年代以來，板型控制的新技術(shù)和具有較好板型控制能力的新型軋機得到了較大的發(fā)展，板型控制新技術(shù)的基本原理有兩個：(1)增加承載輥縫的剛度。采用提高輥縫剛度系數(shù)來增加板型控制能力的輥縫，稱為剛性輥縫型。例如HC軋機，以及采用雙階梯輥支承輥或大凸度支承輥的四輥軋機，是屬于這一類型。(2)加大軋輥原始輥縫或承載輥縫的調(diào)節(jié)范圍。在一般四輥軋機上，工作輥原始輥型確定后是一定的，顯然恒定的工作輥原始輥型是不能適應各種軋制情況的，為此應采用加大軋輥原始輥縫調(diào)節(jié)范圍來控制板形，稱為柔性輥縫型。新型板帶軋機中的CVC軋機、PC軋機、VC軋機等屬于這一類型。下面簡要介紹以下板型控制的新型軋機。1)HC軋機（HighCrownMill）上世紀70年代，日本的日立公司和新日鐵公司聯(lián)合研制出了中間輥可以橫移的六輥軋機，也叫HC軋機，其結(jié)構(gòu)見圖9.37。軋機是在普通的4輥軋機的基礎(chǔ)上，在支承輥與工作輥之間安裝一對可軸向移動的中間輥而成為6輥軋機，而且兩中間輥具有相反的軸向移動方向。這種軋機具有優(yōu)異的板形和板凸度控制能力?？蛰d時不改變輥縫的形狀。HC軋機的開發(fā)使板形理論和板形控制技術(shù)進入了一個新的時期。國內(nèi)外已有不少帶鋼、鋁、銅等的軋制線選用HC軋機，并取得了較好的效果。HC軋機具有以下優(yōu)點：①通過調(diào)整中間輥的軸向移動量，可以控制工作輥的撓度，即改變軋機的橫向剛度，HC軋機的橫向剛性大，板形穩(wěn)定性好；②工作輥的一端懸臂，用很小的力就能使工作輥的撓度明顯改變，從而使板形和凸度發(fā)生較大的變化，增強了彎輥的效能；③HC軋機可使原始輥的凸度減小，從而減少了磨輥和換輥的次數(shù)；④HC軋機提高了軋件板形的質(zhì)量，并且實現(xiàn)了大壓下量少道次的軋制，減少或取消了中間退火，所以軋機的生產(chǎn)率和產(chǎn)品的成品率高。2)CVC軋機（ContinuouslyVariableCrownMill）CVC輥是德國SMS公司在20世紀80年代在HC軋機的基礎(chǔ)上發(fā)明的。CVC工作時能沿軸向橫移，具有“S”形特殊輥型，空載時該技術(shù)能改變輥縫形狀。CVC軋機的發(fā)展較快，可以實現(xiàn)連續(xù)可變凸度。CVC軋機和常規(guī)軋機的比較見圖9.38。圖9.38CVC軋機和常規(guī)軋機的比較

圖9.40PC軋機示意圖PC軋機具有較大的凸度控制范圍和較高的控制精度。特別是PC軋機加上在線磨輥ORG工藝可以實現(xiàn)自由程序的軋制。目前世界上已有幾十套PC軋機在運行，主要用于熱帶鋼軋機，國內(nèi)寶鋼1580mm熱帶軋機的F2~F7精軋機即采用了PC軋機。3)PC技術(shù)（PairCrossed）PC軋機是軋輥成對交叉軋機，是日本三菱重工開發(fā)的。如圖9.40所示，PC軋機主要特點是軋輥“成對交叉”，利用調(diào)節(jié)軋輥線的交叉角度來控制凸度，使輥縫可調(diào)，而工作輥又不產(chǎn)生撓度，因此凸度控制不會影響工作輥的強度和剛度。4)DC軋機(DeviateandCrossedWorkRollMill)DC軋機又稱為工作輥偏移和交叉軋機，是我國連家創(chuàng)、劉玉禮和段振勇等學者在20世紀80年代為了實現(xiàn)板厚和板形的綜合控制而研制出來的一種四輥板帶軋機。該軋機的工作輥沒有特殊的輥型，但能夠在水平內(nèi)旋轉(zhuǎn)移位，從而改變輥縫形狀。5）VC變凸度輥軋機。支承輥變凸度。近年來，針對某些難以控制的板形缺陷，又相繼開發(fā)了如下一些新型的板形控制技術(shù)，如法國Clecim公司研制成功的動態(tài)板形輥DSR技術(shù)，雙腔變凸度輥DCVC技術(shù)，德國MDC公司制造的特別凸度輥SCR技術(shù)等等。9.2.1型材生產(chǎn)1.型材生產(chǎn)概述型材是金屬材料通過軋制、擠出、鑄造等工藝制成的具有一定幾何形狀的物體，型鋼主要通過熱軋工藝生產(chǎn)。型鋼按其斷面形狀又可分為簡單斷面型材和復雜斷面型材兩類，前者包括圓鋼、方鋼、扁鋼、六角鋼和角鋼等，后者包括鋼軌、工字鋼、槽鋼、窗框鋼及其他異型鋼等。經(jīng)常把直徑為5~9.0mm的小圓鋼稱為線材。型鋼按照鋼的冶煉質(zhì)量不同，分為普通型鋼和優(yōu)質(zhì)型鋼，普通型鋼又分為大型型鋼、中型型鋼和小型型鋼。通用型鋼的生產(chǎn)一般按圖9.40所示的流程進行生產(chǎn)，具體根據(jù)各企業(yè)所生產(chǎn)的品種及設(shè)備的不同而異。9.2型材及線材生產(chǎn)工藝連鑄坯連續(xù)加熱爐除鱗中軋精軋粗軋精整熱裝補熱圖9.40通用型鋼的一般生產(chǎn)流程

軋制型鋼用的原料主要有初軋坯、連鑄坯和鍛壓坯，個別的用小鋼錠直接軋制，生產(chǎn)較大規(guī)格的工字鋼時常用異型坯。一般初軋坯的斷面尺寸為150×150～300×300mm，小方坯為50×50～140×140mm，連鑄坯為70×70～350×350mm。用連鑄坯軋制普通型鋼，一般不用對連鑄坯檢查和清理，因此大、中型型鋼生產(chǎn)容易實現(xiàn)連鑄坯熱裝熱送，甚置直接軋制工藝。型材軋制分為粗軋、中軋和精軋。粗軋的任務(wù)是將坯料軋成適用的中間坯。粗軋階段溫度較高，應該將不均勻變形盡可能放在粗軋孔型軋制階段。中軋的任務(wù)是使軋件迅速延伸，接近成品尺寸。精軋是為保證產(chǎn)品的尺寸精度，延伸量較小。型材的軋后精整有兩種工藝，一種是傳統(tǒng)的熱鋸切定尺，定尺矯直工藝。一種是長尺冷卻、長尺矯直、冷鋸切工藝。2.型鋼軋機及布置形式軋制型材所使用的軋機按軋機結(jié)構(gòu)有二輥式、三輥式和萬能式軋機。通常型鋼軋機按軋輥名義直徑不同，可分為如表9-4所示的各類。表9-4型鋼軋機的類型（按軋輥名義直徑）按軋機布置方式，基本上分為橫列式、順列式、棋盤式、半連續(xù)式和連續(xù)式，如圖9.41示，各種軋機生產(chǎn)線布置型式特點如下：軋機名稱軌梁大型軋機中型軋機小型軋機線材軋機名義直徑/mm750~900650以上350~650250~300150~280（1）橫列式。大多數(shù)用一臺交流電機同時傳動數(shù)架二輥或三輥式軋機，在一列軋機上進行多道次穿梭軋制。由于軋制間隙時間長，溫降大，產(chǎn)品尺寸精度及生產(chǎn)效率不高。（2）順列式。軋機多為水平/立式或多輥式軋機，各架軋機順序布置在1~3個平行縱列中，每架軋機單獨傳動，每架只軋一道，但不成連軋。傳統(tǒng)的大型型鋼軋機線采用這種布置。（3）棋盤式。該布置介于橫列式和順列式之間，前幾架軋件較短時用順列式，后幾架軋機布置成兩橫列，各架軋機互相錯開，兩列軋輥轉(zhuǎn)向相反，各架軋機可單獨傳動或兩架成組傳動。這種軋機線布置緊湊，多用于中小型鋼生產(chǎn)。圖9.41各類型材軋機的布置形式（4）半連續(xù)式。該布置介于連軋和其他形式之間。通常用于軋制合金鋼或老式軋機改造，常見有3種布置：①一種粗軋為連續(xù)式，精軋為橫列式；②另一種粗軋為橫列式或其他型式，精軋為連續(xù)式；③還有一種小型車間采用的復二重式軋機。（5）連續(xù)式。軋機縱向緊密排列成為連軋機組，可單獨傳動或集體傳動，每架只軋一道。軋機軋制速度快，產(chǎn)量高，軋機緊密排列，間隙時間短，軋件溫降小，尤其適于中小規(guī)格、輕型薄件、合金鋼的生產(chǎn)。隨著軋機裝備技術(shù)、自動控制技術(shù)的發(fā)展，目前新建的型鋼生產(chǎn)線（包括中大型鋼）多為連續(xù)式軋制線。

3.型鋼軋制法型鋼軋制法基本分為以下二類：1)孔型軋制法孔型軋制在二輥或三輥軋機上，靠軋輥的軋槽組成的孔型對各類型材的縱軋方法，也叫普通軋制法或常規(guī)軋制法。采取孔型軋制法時，孔型設(shè)計的原則是：必須盡量減少從坯料到成品所需的軋制道次，以提高軋制效率；同時還必須考慮使軋棍磨損及動力消耗盡量減少，以及能軋出高質(zhì)量的產(chǎn)品等。圖9.43是槽鋼的孔型系統(tǒng)圖。2)萬能軋制法萬能軋鋼機除被驅(qū)動的上下兩個水平軋輥外，在水平輥的兩側(cè)設(shè)置被動的立輥，用四個軋輥形成一個孔型，各個軋輥間隙可以調(diào)節(jié)。圖9.44是用萬能軋機軋制H型鋼示意圖。萬能軋機除用于軋制H型鋼外，目前已在槽鋼、鋼軌等生產(chǎn)得到應用。4.中小型簡單斷面型材生產(chǎn)簡單斷面型鋼一般成根供應，又稱棒材或小型材，主要有方鋼，圓鋼，線材，扁鋼，彈簧扁鋼，角鋼，三角鋼，六角鋼，弓形鋼，橢圓鋼等，主要由小型軋機生產(chǎn)。小型軋機種類繁多，軋機的類型和布置方式多種多樣，主要有連續(xù)式、半連續(xù)式和橫列式小型軋機三種，目前國內(nèi)新建的軋機多為連續(xù)式軋機。下面介紹幾種典型的全連續(xù)小型軋機生產(chǎn)線及工藝情況。1)高速軋制的圓鋼和鋼筋軋機生產(chǎn)線可生產(chǎn)帶鋼筋和光面圓鋼，年產(chǎn)量可在30~60萬噸，產(chǎn)品規(guī)格范圍一般為φ10~40mm，也有φ6~32mm或φ12~50mm的。國內(nèi)某企業(yè)30萬噸小型圓鋼、螺紋鋼連軋機生產(chǎn)工藝流程為：熱送連鑄坯—稱重、入爐輥道—步進梁式加熱爐—除鱗、無頭焊接—粗軋機組—切頭、切廢飛剪—中軋機組—控冷水箱—切頭、切廢飛剪—精軋機組—圓鋼/帶肋鋼筋淬水線—倍尺飛剪—裙板輥道—冷床—成層、輸送—定尺、冷擺剪—計數(shù)、收集、打捆、稱重—吊運、堆放典型設(shè)備由一座步進梁式加熱爐和18架軋機組成軋制線，為保證產(chǎn)品的表面質(zhì)量，在加熱爐和粗軋機之間設(shè)有高壓水除鱗裝置，以20MPa高水壓去除坯料表面的氧化鐵皮。18架軋機平、立交替布置，實現(xiàn)全線無扭轉(zhuǎn)軋制。粗軋機組采用懸臂式軋機，中軋和精軋為高剛度短應力線軋機。在6架、12架、18架后設(shè)有飛剪，前兩個飛剪用于切頭、切尾和事故碎斷，后一個飛剪用于倍尺剪切。軋線設(shè)有7個活套，精密的高剛度軋機和微張力、無張力控制系統(tǒng)，保證軋件尺寸精度。在線鋼筋淬火-回火裝置可以低成本生產(chǎn)高強度的鋼筋。2)高產(chǎn)量鋼筋軋機生產(chǎn)線4切分的高產(chǎn)量帶肋鋼筋軋機最主要的特點是采用切分軋制工藝：即在軋制過程中，用軋輥或其他方法將軋件沿縱向剖分成2條或多條軋件，從而將整個變形過程的延伸系數(shù)減小到原來的1/2~1/4，并變單條軋制為多條軋制。目前2切分和3切分已成為生產(chǎn)帶肋鋼筋的標準工藝，近年來更為現(xiàn)代化的軋機在生產(chǎn)小規(guī)格的鋼筋時采用4切分軋制工藝，這對單一品種的鋼筋軋機來說，非常經(jīng)濟地解決了高生產(chǎn)率的問題。下圖所示是一個用4切分工藝生產(chǎn)φ10~13mm帶肋鋼筋的現(xiàn)代化軋機孔型系統(tǒng)。3)靈活的多品種棒材軋機生產(chǎn)線這種軋機生產(chǎn)線用來生產(chǎn)小型或中型斷面型鋼（如等邊、不等邊角鋼，槽鋼，扁鋼，工字鋼），年產(chǎn)量60萬t。這種高靈活的軋機可有不同的組合（水平、垂直交替，萬能，可傾翻機架），最佳地利用所有18個道次以生產(chǎn)不同的產(chǎn)品。軋線由18個機架組成，粗機架組為6架懸臂式軋機，中軋機組為6架短應力線軋機，水平、垂直布置，精軋機組為3架短應力線式軋機，水平/垂直布置，3架短應力線式可傾翻軋機。在6架、12架、18架后設(shè)有飛剪，前兩個飛剪用于切頭、切尾和事故碎斷，后一個飛剪用于倍尺剪切。在中軋和精軋機架間共有11個活套，實現(xiàn)無張力軋制。中軋和精軋機組設(shè)有快速換輥裝置，在軋輥間裝配和調(diào)整好軋輥孔型和導衛(wèi)，整機架替換需要更換的機架，以提高軋機的作業(yè)率。設(shè)置3架可傾翻軋機的作用：在軋制圓鋼、T字鋼、扁鋼、角鋼和槽鋼時，平輥和立輥軋機要有不同的組合（見下圖）。為充分利用18個機架，要求其中一部分機架中的軋輥有時當立輥用，有時又要當平輥用，因此這幾架軋機就要設(shè)計成可傾翻機架。4)優(yōu)質(zhì)鋼和特殊鋼棒材軋機生產(chǎn)線傳統(tǒng)的合金鋼小型和線材軋機是橫列式，由于合金鋼的加工溫度范圍窄，質(zhì)量要求高，軋制過程中溫降和頭尾溫差不僅影響尺寸精度，還嚴重影響產(chǎn)品的冶金和力學性能。軋機技術(shù)及自動控制技術(shù)的發(fā)展，特別是在線溫度控制技術(shù)的運用，使合金鋼實現(xiàn)全連續(xù)式軋制成為可能。20世紀90年代以來新建的合金鋼軋制線多為連續(xù)式。這里簡要介紹國內(nèi)某企業(yè)的高合金鋼小型軋機生產(chǎn)線。生產(chǎn)產(chǎn)品主要有：φ12~75mm圓鋼，12~50mm方鋼，30mm×5mm~100mm×30mm扁鋼，13~47.5mm六角鋼等。設(shè)計年產(chǎn)量：20萬t。鋼種：有碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼、彈簧鋼、滾珠軸承鋼、奧氏體不銹鋼等。坯料規(guī)格：有120mm×120mm、150mm×150mm、200mm×2000mm。最高軋制速度：為14m/s。軋制線由24架軋機組成，全部呈水平/垂直布置，這是軋制優(yōu)質(zhì)鋼和合金鋼的需要，這些鋼種要求高的尺寸精度和良好的表面質(zhì)量，軋制線全部軋機均為高剛度的短應力線軋機，適合于難變形的合金鋼軋制和小的軋制公差要求。粗軋與中軋之間為脫頭軋制，在加熱爐與粗軋機、粗軋機與中軋機之間均設(shè)有保溫輥道，以減少軋件的溫度降。另外還有5臺飛剪機，粗軋機和中軋機的部分機架為微張力控制，在精軋區(qū)有10個活套，以進行無張力軋制，全部的精軋機架都安裝有快速換輥裝置。水冷線布置在軋制線中，以最佳的機架間距離進行冷卻和均溫，可能利用的軋制程序有：①熱機械軋制、熱芯回火工藝；②?；堉?、奧氏體不銹鋼淬火；③軋制線上的溫度調(diào)整可按控制溫度曲線進行。5.中大型型鋼生產(chǎn)中大型型鋼是指尺寸較大的的I型鋼（工字鋼）、鋼軌、H型鋼、U型鋼（槽鋼）、角鋼、Z字鋼、丁字鋼、T型鋼等，目前新建的中大型型鋼軋制生產(chǎn)線多采用連續(xù)軋制工藝。這里以國內(nèi)某企業(yè)100~400mm中小型H型連軋生產(chǎn)線為例，對型鋼的生產(chǎn)工藝及設(shè)備作一介紹。該生產(chǎn)線設(shè)計年產(chǎn)量為50萬t，H型鋼為42萬t，其他型鋼為8萬t。1)生產(chǎn)工藝流程采用方坯或近終型異形連鑄坯,最大坯重為6.9t。方坯用來生產(chǎn)槽鋼、工字鋼。異形坯用來生產(chǎn)H型鋼。生產(chǎn)工藝流程為：方坯或異形連鑄坯—步進梁式加熱爐加熱—高壓水除鱗—5機架粗軋機組連軋—火焰切割機切頭—10機架中、精軋機組連軋—在線尺寸測量—飛剪倍尺剪切—步進式冷床水冷—十輥矯直機矯直—成排收集—冷鋸—檢查、堆垛、打捆—成品入庫、發(fā)貨。3)主要設(shè)備及工藝特點(1)近終型異形坯軋制H型鋼。采用近終型異形坯軋制H型鋼具有以下4個主要優(yōu)點:①開坯道次明顯減少，生產(chǎn)節(jié)奏加快；②由于軋制時間縮短，所以軋件溫降小，一般可使軋件溫降減少100℃；③能使軋制力降低30%，軋制能耗減少20%；④能提高綜合成材率。(2)全連續(xù)軋制。整個軋制線由15架無牌坊軋機組成,其中粗軋機組5架，中精軋機組10架，采用全連續(xù)軋制工藝，快速更換機架系統(tǒng)，主傳動全部采用交流變頻調(diào)速數(shù)字控制系統(tǒng)，自動控制系統(tǒng)采用計算機1級、2級控制系統(tǒng)。(3)步進式冷床水冷。經(jīng)15架粗、中、精軋機組全連續(xù)軋制后，軋件終軋溫度較高，經(jīng)異型飛剪切頭尾及倍尺后進入步進式冷床冷卻。冷床設(shè)有強制水霧噴淋冷卻系統(tǒng)，根據(jù)需要對軋件進行水霧噴淋強化冷卻，下冷床溫度低于80℃。(4)在線尺寸測量。為了提高所軋H型鋼產(chǎn)品的外形尺寸精度，降低軋廢，在精軋機出口側(cè)、飛剪之前設(shè)置了在線尺寸測量儀，對軋件進行在線測量。9.2.2線材生產(chǎn)1.線材產(chǎn)品及生產(chǎn)線特點線材是熱軋材中斷面最小的一種，按其斷面形狀分為圓形、方形、六角形、螺紋圓形、和梯形等，主要是圓形和螺紋圓形為主。線材的鋼種較多，有普通碳素鋼、優(yōu)質(zhì)低碳鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、合金彈簧鋼等等，其中主要以碳素鋼和低合金鋼為主。熱軋線材一般是指φ5~9mm，現(xiàn)代高速無扭線材軋機出現(xiàn)以后，將其規(guī)格擴大到φ13~22mm甚至更大些。習慣上將一些帶有卷材作業(yè)線的高速線材生產(chǎn)的卷材稱為盤條，而如果不卷成盤，生產(chǎn)成直條供貨的則稱為圓鋼或棒材，如軋成螺紋型周期斷面圓鋼則稱為螺紋鋼筋。線材生產(chǎn)發(fā)展的總趨勢是提高線速，增加盤重，提高精度及擴大品種規(guī)格范圍。高速無扭軋機機組和斯太爾摩控冷裝置是現(xiàn)代高速線材軋制技術(shù)的兩大支柱。當前線材軋制速度已突破100m/s的大關(guān)，最高達到120~140m/s，坯料斷面尺寸擴大到150mm×150mm~160mm×160mm，個別使用170mm×170mm~180mm×180mm，盤重達到2t以上，個別甚至達到2.7~3t，線材規(guī)格上限擴大到φ20~26mm.2.現(xiàn)代化高線設(shè)備及生產(chǎn)工藝下面以國內(nèi)某公司40萬t高線為例介紹現(xiàn)代化高線設(shè)備的生產(chǎn)工藝及技術(shù)裝備情況。1)產(chǎn)品概況該全連續(xù)現(xiàn)代化的高速線材生產(chǎn)線年設(shè)計生產(chǎn)能力40萬噸，可生產(chǎn)φ5.0~20mm光圓線材盤條，φ6.0~16.0mm帶肋鋼筋盤條，產(chǎn)品尺寸精度可達±0.1mm，設(shè)計速度140m/s，保證生產(chǎn)速度110m/s（φ5.0~7.0mm），生產(chǎn)鋼種包括碳鋼、彈簧鋼、軸承鋼、不銹鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼等。全線30架軋機，采用單線全連續(xù)軋制方式。2)系統(tǒng)工藝流程連鑄坯（普通鋼150mm×150mm×12000mm，不銹鋼120mm×120mm×12000mm）→熱送至鋼坯上料臺架→在入爐輥道上稱重、測長→熱裝加熱爐（熱裝溫度600℃~700℃)→鋼坯除鱗→連鑄坯焊接→粗軋機組無頭軋制→曲柄剪切頭尾、事故碎斷→中軋機組→飛剪切頭尾、事故碎斷→預精軋機組→預水冷處理→飛剪切頭尾、事故碎斷→精軋機組軋制8道→在QTR系統(tǒng)中對光面線材進行快速冷卻實現(xiàn)控冷（QTB系統(tǒng)對帶肋鋼筋進行在線淬火和回火）→減定徑機組→水箱冷卻→在線測徑→智能夾送輥和吐絲機→Stelmor散卷冷卻和輸送→集卷及按重量要求進行剪切分卷→精整鉤冷

P&F線→取樣→壓緊、打捆、稱重、入庫。3)軋制線設(shè)備配置粗、中軋機組各有6架二輥閉口牌坊式軋機，平立布置，單獨傳動。預精軋機組由6架平立交替布置的軋機組成。第13、第14架為閉口式機架，其余4架為懸臂式輥環(huán)軋機。精軋機組、減定徑機組采用達涅利設(shè)計的V型布置45°頂交式新型軋機。精軋機組8個機架集中傳動，減定徑機組每兩架集中傳動；8架精軋機、2架減徑機為重型，2架定徑機為輕型；精軋機組保證軋制速度49.87~71.71m/s，定徑機組保證軋制速度110m/s。3.棒線材新技術(shù)新工藝1)無頭軋制技術(shù)焊接無頭軋制技術(shù)EWR是一項適用于長材(包括板材)軋制的新技術(shù)，是在加熱爐的出料側(cè)對鋼坯進行在線連續(xù)焊接，取消了棒材“頭尾”的定義，可以連續(xù)不間斷地生產(chǎn)產(chǎn)品。無頭軋制與常規(guī)軋制相比，生產(chǎn)效率提高了12%~16%，生產(chǎn)成本降低了2.5%~3%，金屬收得率顯著提高，棒材定尺率接近100%。2000年特殊鋼無頭連鑄連軋生產(chǎn)線在意大利ABS鋼廠正式投產(chǎn)。從技術(shù)角度講，ECR技術(shù)給長材軋制工藝帶一場革命性變化，使鋼鐵生產(chǎn)真正實現(xiàn)了連鑄、連軋、在線熱處理、表面精