軋制壓力確定軋制壓力的方法

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(kāi)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(cè)法三種。

影響軋制力的因素有兩類 ：

（1）影響軋件材料在簡(jiǎn)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(duì)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(zhǎng)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，軋制壓力減小；反之，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(duì)壓下量：在軋輥直徑和摩擦系數(shù)相同的條件下，隨著絕對(duì)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(zhǎng)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(guò)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(guó)習(xí)慣稱為軋制壓力或軋制總壓力 。

軋制壓力是軋制過(guò)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(cè)定和計(jì)算軋制力，對(duì)于設(shè)計(jì)和使用軋機(jī)有重大意義。

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 。

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(guò)程， 由于不需要對(duì)實(shí)際問(wèn)題做過(guò)多的假設(shè)，在軋制過(guò)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(guò)程, 由于平整過(guò)程壓下量微小，塑性區(qū)相對(duì)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(guò)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(duì)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(guò)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(guò)實(shí)測(cè)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(cè)的方法是通過(guò)在軋輥的某些區(qū)域內(nèi)安置壓力傳感器由電測(cè)法測(cè)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(wàn)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。活套軋制后奧氏體再結(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