軋制壓力

熱軋工業(yè)生產(chǎn)中，軋制壓力計(jì)算是其最基本而且也是最重要的部分。它是熱軋生產(chǎn)設(shè)備配置的基礎(chǔ)， 生產(chǎn)工藝優(yōu)化的依據(jù)， 產(chǎn)品開發(fā)的指導(dǎo)參數(shù)， 連軋生產(chǎn)中控制張力更需要適用的熱軋力學(xué)模型。確定軋制力的方法有理論計(jì)算、經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算和實(shí)測法三種。

軋制壓力對異步軋制過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，近年來得到了廣泛的關(guān)注。一些學(xué)者對異步軋制過程中的軋制壓力進(jìn)行了深入的研究，通過解析法推導(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，但對高速比條件下軋制壓力的變化規(guī)律認(rèn)識還不夠深入 。

軋制壓力是指輥加于軋件使之產(chǎn)生塑性變形的力。但通常把軋件作用于軋輥上（作用力與反作用力）并通過壓下螺絲傳遞給機(jī)架的力稱為軋制力，即是軋件加于軋輥的反作用力的垂直分量。軋制力在我國習(xí)慣稱為軋制壓力或軋制總壓力 。

軋制壓力是軋制過程的重要工藝參數(shù)之一，它不僅為軋機(jī)的設(shè)計(jì)和軋制工藝的制定提供參考依據(jù)，其分布也將直接影響到板帶的厚度與板形。正確測定和計(jì)算軋制力，對于設(shè)計(jì)和使用軋機(jī)有重大意義。

影響軋制力的因素有兩類 ：

（1）影響軋件材料在簡單應(yīng)力狀態(tài)下變形抗力σ0的因素，如化學(xué)成分、組織、軋制溫度和速度、加工硬化等。

（2）影響變形應(yīng)力狀態(tài)的因素，如軋輥直徑、軋件尺寸、表面摩擦、外力（張力或推力）等。

上述因素對軋制壓力的具體影響規(guī)律如下：

1）軋件的化學(xué)成分：在相同條件下，軋件的化學(xué)成分不同，金屬的內(nèi)部組織和性能不同，軋制壓力也不同。

2）軋制溫度：隨著軋制溫度的升高，變形抗力降低，平均單位壓力降低，軋制壓力減小。

3）軋制速度：熱軋時(shí)隨著軋制速度的增加，變形抗力增加。冷軋時(shí)隨著變形速度的增大、軋件溫度的升高變形抗力有所降低。

4）軋輥直徑：在其他條件一定時(shí)，隨著軋輥直徑的加大，接觸面積增加，同時(shí)接觸弧長增加，外摩擦的影響加劇。因而，軋制壓力增大。

5）軋件厚度：隨著軋件厚度的增加，軋制壓力減?。环粗?，軋件愈薄，軋制壓力愈大。

6）軋件寬度：隨著軋件寬度的增加，接觸面積增加，軋制壓力增大。

7）摩擦系數(shù)：隨著摩擦系數(shù)的增加，外摩擦影響加大，平均單位壓力增加，軋制壓力增大。

8）絕對壓下量：在軋輥直徑和摩擦系數(shù)相同的條件下，隨著絕對壓下量的增加，軋件與軋輥的接觸面積加大，軋制壓力增加。同時(shí)接觸弧長增加，外摩擦的影響加劇，平均單位壓力增加，軋制壓力也隨之增大。

軋制壓力橫向分布直接影響軋輥的彈性變形和軋件板形，同時(shí)還影響軋輥的磨損和使用壽命。分析軋制壓力橫向分布的影響規(guī)律是建立板形(板凸度)控制模型的前提。

軋制壓力橫向分布較精確的數(shù)值計(jì)算方法有：(1)有限元法；(2)影響函數(shù)法。前者計(jì)算精度高，但耗時(shí)大，不能在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中采用。后者計(jì)算精度較高，與前者相比， 計(jì)算迭代收斂速度快， 方便進(jìn)行大量的軋制工況計(jì)算和分析。

采用有限元方法模擬軋制過程， 由于不需要對實(shí)際問題做過多的假設(shè)，在軋制過程中得到廣泛應(yīng)用 。S.Chandra 利用剛塑性有限元法分析了平整軋制過程, 由于平整過程壓下量微小，塑性區(qū)相對彈性區(qū)縮小，彈性變形區(qū)所占比例較大，剛塑性有限元法不能真實(shí)地描述平整軋制過程。

影響函數(shù)矩陣法是一種離散化方法, 最先由Shohet 等人提出并用于軋輥彈性變形的計(jì)算。其基本思想是將軋輥離散成若干個(gè)單元，將軋輥承受的載荷及變形也按相應(yīng)單元進(jìn)行離散化。依據(jù)數(shù)學(xué)物理方法中關(guān)于影響函數(shù)的概念， 確定對各單元施加單位力時(shí)在輥身各單元引起的變形，再將全部載荷在各單元引起的變形疊加， 得到各單元的總變形。最后通過軋輥受力彈性變形、輥間變形及工作輥與軋件間的變形協(xié)調(diào)方程等進(jìn)行迭代計(jì)算， 求出軋制壓力的橫向分布及軋件出口厚度分布等 。

軋制單位壓力是表征軋件與軋輥相互作用的主要參數(shù)，是制訂工藝規(guī)程的基本依據(jù)，為了計(jì)算軋制力，通常先計(jì)算出軋制單位壓力的分布。為了確定軋制單位壓力，一般是采用理論計(jì)算的方法，個(gè)別情況下也可通過實(shí)測的方法得到。理論計(jì)算可得到軋制單位壓力的分布，實(shí)測的方法是通過在軋輥的某些區(qū)域內(nèi)安置壓力傳感器由電測法測得這些區(qū)域的軋制單位壓力，但得不到沿整個(gè)接觸面積上的壓力分布。計(jì)算軋制單位壓力的最普遍的公式是卡爾更方程和奧洛萬方程等。此外，在平板軋制中還有常用的納達(dá)依(A.Nadai)和斯通(M.0.Stone)公式 。

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)晶的過程，對獲得細(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)晶過程、非再結(jié)晶過程或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，在每道次的變形過程中或者在兩道次之間發(fā)生動態(tài)或靜態(tài)再結(jié)晶，并完成其再結(jié)晶過程。經(jīng)過反復(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)生動態(tài)或靜態(tài)再結(jié)晶）。因此，變形的奧氏體晶粒被拉長，晶粒內(nèi)有大量變形帶，相變過程中形核點(diǎn)多，相變后鐵素體晶粒細(xì)化，對提高鋼材的強(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)軋制過程中，可以發(fā)生鐵素體的動態(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