精密軋制

軋槽的影響, 這是直接影響成品尺寸精確的主要因素之一, 正確的孔型設(shè)計(jì)和軋輥材質(zhì)、熱處理方式的選擇, 都與之有關(guān), 軋制時(shí)冷卻水的運(yùn)用、軋制速度等影響軋槽磨損的各種因素也在此考慮之列 。

我國(guó)目前已有不少橫列式小型軋機(jī), 把成品及成前軋機(jī)改成短應(yīng)力線高剛度軋機(jī)或預(yù)應(yīng)力軋機(jī), 使軋材的精度提高了一個(gè)等級(jí),但這與國(guó)際上采用精密軋制技術(shù)軋出的實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)還有相當(dāng)?shù)牟罹?。精密軋制軋出的成?其公差帶比國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的高精度公差小1/2左右, 軋出的棒材、線材, 不需經(jīng)過(guò)拉拔或切削,就可以直接進(jìn)行磨削加工由于工序的省略,成材率提高, 從而大大降低成本因此, 精密軋制鋼材的有求量逐年增大, 尤其對(duì)一些高級(jí)合金鋼, 其原料成本高, 精密軋制就更具有其特殊意義。

精密軋制工藝，它包括模具制作、棒料加熱、精軋成型、精整矯直等工序。與現(xiàn)有的楔橫軋粗軋技術(shù)相比，節(jié)材率提高10%以上，零件的綜合機(jī)械性能提高5%以上，產(chǎn)品的直線度控制在0．2mm－0．4mm以內(nèi)，產(chǎn)品彎曲率由25%下降到一次矯直后的3%，設(shè)計(jì)并制造出的特殊軋齊曲線，解決了密集非對(duì)稱凹檔臺(tái)階軸的軋制難點(diǎn)，使凸輪軸的凸輪側(cè)面及軸頸不加工即可達(dá)到技術(shù)要求 。

要達(dá)到高尺寸精度, 應(yīng)該采用無(wú)張力軋制, 如果是連軋機(jī), 則應(yīng)實(shí)行無(wú)張力控制或微張力控制, 尺寸較小的軋件在部份中軋及精軋機(jī)組中采用活套控制軋制, 而斷面大的, 形成活套困難的軋件在粗軋機(jī)組和部份中軋機(jī)組中采用根據(jù)軋制負(fù)荷、電機(jī)力矩等間接地計(jì)算出張力的控制方法或直接測(cè)定加在軋機(jī)上的張力的控制方法以達(dá)到微張力軋制的目的。

軋件加熱均勻, 是保證軋材尺寸精度的前提, 為避免加熱爐滑道的黑印, 采用先進(jìn)的步進(jìn)式加熱爐加上配套的先進(jìn)的加熱制度是解決此問(wèn)題的關(guān)鍵。

軋件即使在加熱爐中加熱均勻了, 但在后面的軋機(jī)中軋制時(shí)間過(guò)長(zhǎng), 頭尾溫差過(guò)大,也會(huì)影響尺寸的精度, 這在橫列式軋機(jī)、半連續(xù)軋機(jī)都有這方面的間題存在, 由于橫列式軋機(jī)軋制時(shí)間長(zhǎng), 軋制速度低, 這方面的影響就更大了。在半連續(xù)軋機(jī)上也有這個(gè)問(wèn)題, 例如西德哈根克虜伯鋼公司的特鋼車(chē)間為解決高合金鋼生產(chǎn)方面存在的難題—軋材在進(jìn)入連軋機(jī)之前的溫降, 在開(kāi)口式粗軋機(jī)和連軋機(jī)之間安裝了中頻感應(yīng)再加熱設(shè)備, 安裝該設(shè)備的目的是為生產(chǎn)更重的盤(pán)卷, 減少脫碳及縮小尺寸偏差。有了這種功率為2300KW、3KHz、最小進(jìn)料速度為0.5m/s的中頻感應(yīng)加熱設(shè)備, 可使坯料進(jìn)入連軋機(jī)時(shí)從頭至尾保持恒定溫度, 坯料尾部從750℃加熱到1050℃ , 而坯料頭部任一點(diǎn)表面溫度均不超過(guò)規(guī)定溫度范圍1200℃ , 這種加熱設(shè)備長(zhǎng)度7.5m, 裝在連軋機(jī)組前, 可以使步進(jìn)爐加熱的溫度降低些, 雖然因此三輥粗軋機(jī)電耗增加, 但由于連軋機(jī)電耗下降, 綜合起來(lái), 全車(chē)間的電耗非但沒(méi)增加, 反而略有減少, 確保了高合金鋼軋制的可靠性, 并且提高了質(zhì)量和尺寸精度。

除了解決加熱問(wèn)題本身, 軋機(jī)的布置方式也有一定影響。目前世界各國(guó)大力發(fā)展近距離布置軋機(jī), 提高軋制速度, 縮短軋制周期, 使軋件溫降少, 可以降低開(kāi)軋溫度, 而且還能保證頭尾溫差小, 尺寸精度高, 機(jī)械性能均勻 。2100433B

軋件的扭轉(zhuǎn)也是影響軋件尺寸精度的因素, 應(yīng)盡可能采用無(wú)扭軋制。在現(xiàn)代的連軋機(jī)中, 為了能適應(yīng)多規(guī)格品種軋制而在軋機(jī)中采用平一立可換軋機(jī), 就是這個(gè)目的。貴鋼引進(jìn)的小型連軋機(jī)中就有這種平—立可換軋機(jī)。我們認(rèn)為這也是應(yīng)該推廣應(yīng)用的一種新的機(jī)型。在軋機(jī)前部采用平—立相間的粗軋機(jī)、中軋機(jī), 比全部用水平軋機(jī)設(shè)備投資費(fèi)用高, 但由于可以縮短軋機(jī)間距, 避免扭轉(zhuǎn)導(dǎo)板的磨損消耗, 從綜合效益與長(zhǎng)久的影響看,經(jīng)濟(jì)上并不見(jiàn)得不合算。

棒線材減定徑機(jī)組作為在線產(chǎn)品質(zhì)量控制的一個(gè)重要方面，也越來(lái)越受到廠家重視。合金鋼棒材通常采用減定徑機(jī)組進(jìn)行精密軋制。棒材減定徑機(jī)組通常為3～5架，前兩架用于軋件延伸變形，后幾架用于軋件定徑。4機(jī)架軋機(jī)的孔型為橢—圓—圓—圓系統(tǒng)。使用減定徑機(jī)組后，產(chǎn)品的尺寸公差可控制在±0.1mm內(nèi)，甚至達(dá)到±0.05mm，橢圓度可控制在60%～80%，達(dá)到二次冷加工時(shí)所能達(dá)到的公差值，因此可省略或簡(jiǎn)化一些機(jī)械加工工序。

軋機(jī)的剛度和機(jī)構(gòu)上不可避免的間隙的影響也是直接影響軋件精度的最重要因素幾年來(lái)我國(guó)在提高成品架及成前架的軋機(jī)剛度上做了大量的工作, 取得了明顯的效果, 但由于前面軋機(jī)剛度太差, 要完全依靠最后兩架軋機(jī)消除前面積累的誤差是不可能的, 目前國(guó)外實(shí)行精密軋制對(duì)全部軋機(jī), 包括粗軋機(jī)均提出高剛度的要求。據(jù)日本實(shí)驗(yàn)?zāi)M的結(jié)果證明, 要實(shí)行精密軋制, 如果各機(jī)架剛度達(dá)2000KN/mm, 出爐溫度為950℃±20℃ ,且加熱均勻, 進(jìn)行無(wú)張力軋制, 按照軋機(jī)彈跳的累計(jì), 軋制八道后的大型棒材的尺寸精度可達(dá)成品直徑±0.1%以內(nèi)。為此, 近年來(lái)在小型軋機(jī)的粗軋機(jī)中如緊湊式軋機(jī)有采用大直徑、短輥身的單孔型軋輥, 以減少輥?zhàn)拥膿锨? 提高剛度的趨勢(shì)。國(guó)外對(duì)粗軋機(jī)尚如此重視提高剛度, 可見(jiàn)我們只停留在改造兩架軋機(jī)剛度上是不夠的。我國(guó)一些廠家有改造精軋機(jī)K1、K2、K3或一列五架的實(shí)踐, 結(jié)果證明, 對(duì)提高成品精度卓有成效。

對(duì)于橫列式中型軋機(jī), 前兩架可以考慮采用滾動(dòng)軸承開(kāi)式機(jī)架, 最后一架精軋機(jī)可用閉口式二輥滾動(dòng)軸承的軋機(jī), 這樣可使軋機(jī)的剛性提高1-2倍以上。據(jù)我們計(jì)算?500二輥閉口式滾動(dòng)軸承軋機(jī)在輥身長(zhǎng)達(dá)1150mm時(shí)剛度可達(dá)1300KN/mm, 如果縮短輥身, 則可更提高剛性。以?500緊湊軋機(jī)的高剛度機(jī)架為例, 因其輥身短(單孔型軋制,輥身為320mm), 軋機(jī)又是短應(yīng)力線結(jié)構(gòu), 其剛度達(dá)2456KN/mm?？傊岣哕垯C(jī)的剛度是實(shí)行精密軋制首先應(yīng)該解決而且也是不難解決的問(wèn)題。

軋機(jī)機(jī)構(gòu)的間隙, 特別是成品、成前機(jī)架的軸向竄動(dòng)間隙, 也是影響軋件尺寸精度的重要因素。這種間隙包括軋輥的止推軸承在軸承座內(nèi)的間隙, 也包括軸承座本身相對(duì)牌坊或?qū)o(wú)牌坊軋機(jī)的其它固定支承件的間隙。據(jù)國(guó)外研究結(jié)果證明, 不僅是止推軸承本身間隙應(yīng)限制在0.05mm以內(nèi), 就是軸承座與牌坊之間軸向的間隙, 亦應(yīng)由慣用的±0.15mm降低到±0.025mm。為達(dá)到此目的,開(kāi)發(fā)了液壓楔緊固側(cè)壓板的方式, 使軋制時(shí)軸承座能牢固地固定在機(jī)座上, 而調(diào)壓下時(shí)又不會(huì)被卡住。

對(duì)于短應(yīng)力線、高剛度、預(yù)應(yīng)力軋機(jī)等無(wú)牌坊軋機(jī), 軸向間隙問(wèn)題也應(yīng)要求更嚴(yán)格控制才能達(dá)到預(yù)期的軋制精度。

軋制壓力對(duì)異步軋制過(guò)程中軋制壓力的研究具有十分重要的工程意義。異步軋制是指上下軋輥線速度不等的一種軋制方法。由于其軋制方式的特點(diǎn)，軋制變形區(qū)內(nèi)存在搓軋區(qū)，具有軋制壓力低，軋薄能力強(qiáng)、細(xì)化晶粒等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于極薄帶材的軋制，近年來(lái)得到了廣泛的關(guān)注。一些學(xué)者對(duì)異步軋制過(guò)程中的軋制壓力進(jìn)行了深入的研究，通過(guò)解析法推導(dǎo)出一些軋制壓力計(jì)算公式，但這些公式都比較復(fù)雜且推導(dǎo)過(guò)程假設(shè)條件較多，存在一定的適用范圍，計(jì)算精度也有待進(jìn)一步提高。同時(shí)，大部分的研究工作集中在速比小于1.5的情況，此時(shí)軋制壓力將隨著速比的增加而減小已得到認(rèn)可，但對(duì)高速比條件下軋制壓力的變化規(guī)律認(rèn)識(shí)還不夠深入 。

活套軋制是以細(xì)化晶粒為主，用以提高鋼的強(qiáng)度和韌性的方法?；钐总堉坪髪W氏體再結(jié)晶的過(guò)程，對(duì)獲得細(xì)小晶粒組織起決定性作用。根據(jù)奧氏體發(fā)生塑性變形的條件（再結(jié)晶過(guò)程、非再結(jié)晶過(guò)程或γ－α轉(zhuǎn)變的兩相區(qū)變形），活套軋制可分為三種類型。

（一）再結(jié)晶型的活套軋制

它是將鋼加熱到奧氏體化溫度，然后進(jìn)行塑性變形，在每道次的變形過(guò)程中或者在兩道次之間發(fā)生動(dòng)態(tài)或靜態(tài)再結(jié)晶，并完成其再結(jié)晶過(guò)程。經(jīng)過(guò)反復(fù)軋制和再結(jié)晶，使奧氏體晶粒細(xì)化，這為相變后生成細(xì)小的鐵素體晶粒提供了先決條件。為了防止再結(jié)晶后奧氏體晶粒長(zhǎng)大，要嚴(yán)格控制接近于終軋幾道的壓下量、軋制溫度和軋制的間隙時(shí)間。終軋道次要在接近相變點(diǎn)的溫度下進(jìn)行。為防止相變前的奧氏體晶粒和相變后的鐵素體晶粒長(zhǎng)大，特別需要控制軋后冷卻速度。這種控制軋制適用于低碳優(yōu)質(zhì)鋼和普通碳素鋼及低合金高強(qiáng)度鋼。

（二）未再結(jié)晶型活套軋制

它是鋼加熱到奧氏體化溫度后，在奧氏體再結(jié)晶溫度以下發(fā)生塑性變形，奧氏體變形后不發(fā)生再結(jié)晶（即不發(fā)生動(dòng)態(tài)或靜態(tài)再結(jié)晶）。因此，變形的奧氏體晶粒被拉長(zhǎng)，晶粒內(nèi)有大量變形帶，相變過(guò)程中形核點(diǎn)多，相變后鐵素體晶粒細(xì)化，對(duì)提高鋼材的強(qiáng)度和韌性有重要作用。這種控制工藝適用于含有微量合金元素的低碳鋼，如含鈮、鈦、釩的低碳鋼。

（三）兩相區(qū)活套軋制

它是加熱到奧氏體化溫度后，經(jīng)過(guò)一定變形，然后冷卻到奧氏體加鐵素體兩相區(qū)再繼續(xù)進(jìn)行塑性變形，并在Ar1溫度以上結(jié)束軋制。實(shí)驗(yàn)表明：在兩相區(qū)軋制過(guò)程中，可以發(fā)生鐵素體的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶；當(dāng)變形量中等時(shí)，鐵素體只有中等回復(fù)而引起再結(jié)晶；當(dāng)變形量較小時(shí)（15%-30%），回復(fù)程度減小。在兩相區(qū)的高溫區(qū)，鐵素體易發(fā)生再結(jié)晶；在兩相區(qū)的低溫區(qū)只發(fā)生回復(fù)。經(jīng)軋制的奧氏體相轉(zhuǎn)變成細(xì)小的鐵素體和珠光體。由于碳在兩相區(qū)的奧氏體中富集，碳以細(xì)小的碳化物析出。因此，在兩相區(qū)中只要溫度、壓下量選擇適當(dāng)，就可以得到細(xì)小的鐵素體和珠光體混合物，從而提高鋼材的強(qiáng)度和韌性。2100433B

半連續(xù)軋制是指在型材軋制中，粗軋和精軋兩個(gè)工序一個(gè)采用連續(xù)軋制，另一個(gè)采用其他非連續(xù)軋制的一種組合軋制法。型材半連續(xù)軋制法有兩種形式:一種是粗軋為連續(xù)軋制，精軋為橫列式軋機(jī)的穿梭軋制或活套軋制;另一種是粗軋為橫列式軋機(jī)采用穿梭軋制，精軋為連續(xù)軋制。目前，一些小型車(chē)間采用的復(fù)二重軋機(jī)(見(jiàn)復(fù)二重精軋機(jī)組)的軋制方法亦屬于一種特殊的半連續(xù)軋制方法，它是在前后兩機(jī)架間實(shí)行連軋，在相鄰兩組軋機(jī)之間用圍盤(pán)進(jìn)行活套軋制。精軋過(guò)程為連續(xù)軋制時(shí)，軋制速度不受限制，產(chǎn)量高，但軋機(jī)調(diào)整復(fù)雜，改變產(chǎn)品品種困難，生產(chǎn)不靈活，適于簡(jiǎn)單斷面型材的少品種批量生產(chǎn);精軋過(guò)程為橫列式軋機(jī)穿梭軋制或活套軋制時(shí)，改變軋制品種方便，但軋制速度低，產(chǎn)量也低，適于異形斷面型材的軋制和多品種小批量生產(chǎn);復(fù)二重式的半連續(xù)軋制亦稱雙排半連續(xù)軋制，其優(yōu)點(diǎn)是:設(shè)備布置緊湊;調(diào)整方便;可采用多線軋制，產(chǎn)量較高。缺點(diǎn)是:多線軋制時(shí)棍跳不一，產(chǎn)品精度難于控制;軋件經(jīng)正圍盤(pán)轉(zhuǎn)向180°，使軋制速度的提高受到限制 。