CN102430570B - 一种热辊温轧金属薄带和极薄带的装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种热辊温轧金属薄带和极薄带的装置及方法，属于轧制技术领域，装置包括四辊轧机的上、下工作辊和上、下支撑辊；每个工作辊的两侧设置加热装置；加热装置由上汇总管、下汇总管和圆弧形金属管组构成；两端分别与进水管和出水管连通，交流电源的两极分别与加热装置的两端连接；方法为：接通电源对加热装置施加交流电，使工作辊辊面被加热至200~600℃；向圆弧形金属管组内通水；对金属带材进行轧制，金属带材轧制过程中的温度为180~580℃；轧制后得到的金属薄带和极薄带的厚度为0.01~0.35mm。本发明的装置及方法能够作为多机架连轧机进行连续轧制，也能够作为单机架轧机进行可逆轧制，尤其适用于轧制材质为高硅钢、镁合金、钛合金、钼合金或马氏体不锈钢等难加工金属带材。

Description

一种热辊温轧金属薄带和极薄带的装置及方法

技术领域

本发明属于轧制技术领域，特别涉及一种热辊温轧金属薄带和极薄带的装置及方法。

背景技术

针对某些金属板带材在冷轧过程中存在变形抗力大和塑性差的问题，目前采用传统的温轧工艺方法；传统的温轧工艺方法是在热轧机或冷轧机上对金属板带材加热至再结晶温度以下，再进行轧制的方法；由于被加热的金属板带材内部原子热运动速度加快，金属晶粒产生回复，轧制过程中变形金属在滑移变形机制作用下克服了位错增值和柯氏气团等阻碍作用，金属内部组织产生软化，轧制变形容易实现。但是由于传统的板带材温轧工艺采用直接加热板带材的方法，而板带材的厚度一般较薄，热容量较小，轧制过程中板带材散热速度较快，板带材的温度均匀性难以保证，造成轧制过程的稳定性控制等问题还难以解决，该方法的应用受到一定限制。

针对上述问题，中国专利申请“一种金属板带材的热辊温轧装置及方法”（申请号为2011100662041）提出了一种热辊温轧装置，包括上下轧辊和加热装置，该装置在常规的二辊轧机工作辊近距离处设置加热装置，通过轧制过程中对轧辊进行加热，实现对金属板带材温轧，解决了轧制板带材温度不均匀和稳定性控制问题。但是由于该装置仅适用于二辊轧机，而二辊轧机的刚性较差，不能利用该方法轧制金属薄带，更不能轧制金属极薄带。

发明内容

针对现有二辊轧机刚性差，不能利用二辊轧机轧制金属薄带和极薄带的问题，本发明提供一种热辊温轧金属薄带和极薄带的装置及方法，通过在四辊轧机的工作辊上设置加热装置，使金属带材在温轧过程中处于稳定的均匀升温状态，借助四辊轧机刚性较好的特性，解决了二辊轧机不能轧制金属薄带和极薄带的问题。

本发明的热辊温轧金属薄带和极薄带的装置，包括四辊轧机的上工作辊、下工作辊、上支撑辊和下支撑辊；其中每个工作辊辊面的两侧对称设置加热装置；所述的加热装置由上汇总管、下汇总管和两个汇总管之间的圆弧形金属管组构成；下汇总管的一端和上汇总管的另一端分别与进水管和出水管连通，交流电源的两极分别与加热装置的两端连接。

上述的同一加热装置中的两个汇总管之间的圆弧形金属管组与工作辊辊面之间的距离为2~10mm，圆弧形金属管组的弧度为80゜~90゜，圆弧形金属管组沿工作辊轴向长度至少为工作辊轴向长度的90%。

上述的下汇总管的一端设有进水口与进水管连通，进水口与进水管之间装有绝缘垫；所述的上汇总管的另一端设有出水口与出水管连通，出水口与出水管之间装有绝缘垫。

上述的圆弧形金属管组选用铜管，每个圆弧形金属管的内径为10~12mm，壁厚为1~1.5mm；圆弧形金属管组中相邻的两个圆弧形金属管的间距为2~10mm。

一种热辊温轧金属薄带和极薄带的方法，采用上述装置，按以下步骤进行：

1、接通交流电源的两极对加热装置的两端施加交流电，使加热装置产生交变磁场；同时启动上工作辊、下工作辊、上支撑辊和下支撑辊，并使工作辊辊面被加热至200~600℃；通过进水管向圆弧形金属管组内通入水并保持水流动；

2、将金属带材送入上、下工作辊辊缝中进行轧制，控制工作辊转速为0.5~20m/s，轧制力为400~20000kN，轧制时通过磁场感应加热工作辊使工作辊辊面温度保持200~600℃；所述的金属带材在轧制前的温度为常温，在辊缝中轧制时的温度为180~580℃，厚度为0.5~1.5mm，轧制后制成的金属薄带和极薄带的厚度为0.01~0.35mm，轧制变形率为30~99.3%。

上述的金属带材的材质为高硅钢、镁合金、钛合金、钼合金或马氏体不锈钢等难加工金属材料。

上述的金属薄带的厚度小于等于0.35mm且大于等于0.1mm，上述的金属极薄带的厚度小于0.1mm且大于等于0.01mm。

本发明的原理是，采用金属管架装置设置在四辊轧机工作辊辊面，轧制前将金属管架的两端接通交流电，利用金属管架产生的交变磁场实现对工作辊感应加热，同时在圆弧形金属管中通入水进行冷却；然后对金属带材进行轧制，金属带材在轧制前为常温，进入工作辊辊缝后金属带材和工作辊接触传热而被加热，金属带材在加热的同时进行轧制即温轧；由于金属带材加热后导致组织软化，并发生晶粒回复，晶粒晶界产生滑移或孪晶变形，位错等组织缺陷减少，同时由于四辊轧机的刚性较大，因此能够保证轧制金属薄带和极薄带的顺利进行；本发明的装置及方法可作为多机架连轧机进行连续轧制，也可作为单机架轧机进行可逆轧制，尤其适用于轧制难加工金属薄带和极薄带；难加工金属是指材质为高硅钢、镁合金、钛合金、钼合金或马氏体不锈钢等金属。采用本发明的装置和方法对难加工金属薄带和极薄带轧制可取得良好效果；本发明的方法成本较低，操作方便，具有良好的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例中的热辊温轧金属薄带和极薄带的装置的装置局部结构示意图；

图2为图1的侧视局部结构示意图； 

图中1、上工作辊，2、下工作辊，3、上支撑辊，4、下支撑辊，5、轧制前金属带材，6、轧制后金属带材，7-1、第一圆弧形金属管，7-2、第一上汇总管，7-3、第一下汇总管，8-1、第二圆弧形金属管，8-2、第二上汇总管，8-3、第二下汇总管，9-1、第三圆弧形金属管，9-2、第三上汇总管，9-3、第三下汇总管，10-1、第四圆弧形金属管，10-2、第四上汇总管，10-3、第四下汇总管，11、进水管，12、出水管，13、绝缘垫，14、交流电源，15、进水口，16、出水口。

具体实施方式

本发明实施例中采用的四辊轧机的电机功率为60~2000kW；工作辊直径Φ100~450mm，工作辊轴向长度300~1500mm，工作辊材质为9Cr2Mo锻钢或Cr5锻钢；支撑辊直径Φ300~ 1150mm，支撑辊轴向长度300~1500mm，支撑辊材质为锻钢。

本发明实施例中采用的交流电源的工作频率为15~1000kHZ，最大输出功率为20~110kW，输入功率为20~120kVA，供电电源为50Hz/3φ380V。

本发明实施例中采用的高硅钢（6.5Si%高硅钢）的成分按重量百分比为Si 6.4~6.5%，C 0.03~0.05%，Mn 0.065~0.075%，S 0.02~0.035%，Als 0.023~0.03%，N 0.007~0.009%, Cu 0.08~0.1%, 余量为Fe；采用的镁合金 （AZ31）的成分按重量百分比为Al 2.7~2.9%，Zn 0.94~1.14%，Mn 0.311~0.331%，Si 0.0163~0.0195%，Cu 0.0017~0.0021%，Fe 0.0023~0.0028%, Ni 0.0006~0.0009%, 余量为Mg；采用的钛合金 （TC4）的成分按重量百分比为Al 5.5~6.75%，V 3.5~4.5%，Fe 0.3~0.4%，C 0.07~0.08%，N 0.012~0.015%，H 0.012~0.015%，O 0.18~0.2%，余量为Ti；采用的钼合金（ Mo-1）的成分按重量百分比为C 0.002~0.003%，O 0.003~0.004%，Si 0.002~0.0025%，Fe 0.003~0.004%，Al 0.001~0.002%，Ni 0.008~0.009%，Ca 0.001~0.0018%, 余量为Mo；采用的马氏体不锈钢（9Cr18Mo）的成分按重量百分比为C 0.95~1.1%，Cr 16~18%，Mo 0.4~0.7%，余量为Fe。

实施例1

热辊温轧金属薄带和极薄带的装置结构如图1所示，侧视局部结构如图2所示，包括四辊轧机，四辊轧机包括上工作辊1、下工作辊2、上支撑辊3和下支撑辊4；每个工作辊辊面的两侧分别设有一个加热装置，两个加热装置对称设置；各加热装置由上汇总管、下汇总管和两个汇总管之间的圆弧形金属管组构成；下汇总管的一端和上汇总管的另一端分别与进水管和出水管连通，交流电源的两极分别与上汇总管或下汇总管的两端连接；

上工作辊一侧的第一加热装置由第一上汇总管7-2、第一下汇总管7-3和两个汇总管之间的多个第一圆弧形金属管7-1构成的圆弧形金属管组构成，各第一圆弧形金属管7-1的顶端均与第一上汇总管7-2连通，底端均与第一下汇总管7-3连通；第一下汇总管7-3左端设有进水口15与进水管11连通，进水口15与进水管11之间设有绝缘垫13；第一上汇总管7-2右端设有出水口16与出水管12连通，出水口16与出水管12之间设有一个绝缘垫；交流电源14的两极分别与加热装置的两端连接，其中一极与上汇总管的左端连接，另一极与下汇总管的右端连接；

上工作辊另一侧的第二加热装置由第二上汇总管8-2、第二下汇总管8-3和两个汇总管之间的多个第一圆弧形金属管8-1构成的圆弧形金属管组构成，结构同第一加热装置；

下工作辊两侧对称设置的第三加热装置和第四加热装置结构同上工作辊辊面两侧的两个加热装置；

各加热装置中，同一加热装置中的两个汇总管之间的圆弧形金属管组与工作辊辊面之间的距离为10mm，圆弧形金属管组的弧度为80゜，圆弧形金属管组沿工作辊轴向长度为工作辊轴向长度的110%；

各圆弧形金属管组选用铜管，每个圆弧形金属管的内径为12mm，壁厚为1.5mm；圆弧形金属管组中相邻的两个圆弧形金属管的间距为2mm；

四辊轧机的传动方式为工作辊传动，电机功率60kW，工作辊直径Φ100mm，工作辊轴向长度300mm，工作辊材质为9Cr2Mo锻钢；支撑辊直径Φ300mm，支撑辊轴向长度300mm，支撑辊材质为锻钢；轧制速度在0.5~4m/s内可调；

采用上述装置进行轧制；采用的金属带材的材质分别为Fe-6.5 wt%Si高硅钢和AZ31镁合金，厚度均为0.5mm，宽度均为120mm； 

接通交流电源的两极对加热装置的两端施加交流电，使加热装置产生交变磁场；同时启动四辊轧机的上工作辊、下工作辊、上支撑辊和下支撑辊，并使上、下工作辊表面被加热；通过进水管向圆弧形金属管组内通入水并保持水流动；

将常温的金属带材送入工作辊辊缝中进行轧制；轧制6.5Si%高硅钢时工作辊辊面温度为500±10℃，轧制道次为11，各道次轧制后金属带材的厚度分别为0.34 mm、0.234 mm、0.164 mm、0.114 mm、0.08 mm、0.056 mm、0.04 mm、0.028 mm、0.02 mm、0.014 mm、0.01 mm，压下率分别为32%、31%、30%、30%、30%、30%、29%、30%、29%、30%、29%，工作辊转速分别为0.5m/s、0.6m/s、0.8m/s、1.0m/s、1.2m/s、1.4m/s、1.6m/s、1.8m/s、2.0m/s、3.5m/s、4.0m/s，轧制力分别为450kN、480kN、490kN、520kN、560 kN、580kN、620kN、640kN、680kN、730kN、750kN，带材在辊缝中的温度分别为460℃、470℃、480℃、490℃、470℃、480℃、490℃、490℃、480℃、490℃、490℃，轧制后总变形率为98%，最后轧制得到的高硅钢极薄带厚度为0.01mm，宽度为133mm；轧制AZ31镁合金时工作辊辊面温度为300±10℃，轧制道次为6，各道次轧制后金属带材的厚度分别为0.34 mm、0.234 mm、0.164 mm、0.114 mm、0.08 mm、0.06 mm，压下率分别为32%、31%、30%、30%、30%、25%，轧制力分别为450kN、480kN、490kN、520kN、560 kN、460kN，工作辊转速分别为0.5m/s、1.2m/s、1.6m/s、2.0m/s、2.5m/s、3.0m/s，带材在辊缝中的温度分别为260℃、270℃、280℃、290℃、270℃、280℃，轧制后总变形率为88%，最后轧制得到的AZ31镁合金极薄带厚度为0.06mm，宽度为128mm。

实施例2

四辊轧机热辊温轧金属薄带和极薄带的装置结构同实施例1；不同点在于：同一加热装置中的两个汇总管之间的圆弧形金属管组与工作辊辊面之间的距离为8mm；圆弧形金属管组的弧度为85゜，圆弧形金属管组沿工作辊轴向长度为工作辊轴向长度的100%；每个圆弧形金属管的内径为10mm，壁厚为1mm；圆弧形金属管组中相邻的两个圆弧形金属管的间距为4mm；

四辊轧机的传动方式为工作辊传动，电机功率2000kW，工作辊直径Φ420mm，工作辊轴向长度1450mm，工作辊材质为Cr5锻钢；支撑辊直径Φ1050mm，支撑辊轴向长度1450mm，支撑辊材质为锻钢；轧制速度在0.5~20m/s内可调； 

采用上述装置进行轧制；采用的金属带材材质为TC4钛合金，厚度为1mm，宽度为1250mm；

接通交流电源的两极对加热装置的两端施加交流电，使加热装置产生磁场；同时启动四辊轧机的上工作辊、下工作辊、上支撑辊和下支撑辊，并使上、下工作辊表面被加热；通过进水管向圆弧形金属管组内通入水并保持水流动；

将常温的TC4钛合金带材送入工作辊辊缝中进行6道次轧制，工作辊转速为0.5~20m/s，轧制力为12000~20000kN，轧制时通过磁场感应保持工作辊辊面温度为200~300℃；轧制过程TC4钛合金带材在辊缝中的温度为180~280℃，最后轧制后得到的TC4钛合金薄带的厚度为0.35mm，轧制后的变形率为65%，轧制后的宽度为1300mm。

实施例3

四辊轧机热辊温轧金属薄带和极薄带的装置结构同实施例1；不同点在于：同一加热装置中的两个汇总管之间的圆弧形金属管组与工作辊辊面之间的距离为5mm，圆弧形金属管组的弧度为80゜，圆弧形金属管组沿工作辊轴向长度为工作辊轴向长度的90%；每个圆弧形金属管的内径为12mm，壁厚为1.5mm；圆弧形金属管组中相邻的两个圆弧形金属管的间距为6mm；

四辊轧机的传动方式为工作辊传动，电机功率1000kW，工作辊直径Φ280mm，工作辊轴向长度1200mm，工作辊材质为Cr5锻钢；支撑辊直径Φ700mm，支撑辊轴向长度1200mm，支撑辊材质为锻钢； 

采用上述装置进行轧制；采用的金属带材材质为Mo-1钼合金，厚度为1.5mm，宽度为1100mm；

接通交流电源的两极对加热装置的两端施加交流电，使加热装置产生磁场；同时启动四辊轧机的上工作辊、下工作辊、上支撑辊和下支撑辊，并使上、下工作辊表面被加热；通过进水管向圆弧形金属管组内通入水并保持水流动；

将常温的Mo-1金属带材送入工作辊辊缝中进行8道次轧制，工作辊转速为0.5~10m/s，轧制力为11000~18000kN，轧制时通过磁场感应保持工作辊表面温度为200~400℃；轧制过程Mo-1金属带材在辊缝中的温度为180~380℃，最后轧制后得到的Mo-1金属薄带的厚度为0.3mm，轧制变形率为80%，轧制后宽度为1150mm。

实施例4

四辊轧机热辊温轧薄金属板带的装置结构同实施例1；不同点在于：同一加热装置中的两个汇总管之间的圆弧形金属管组与工作辊辊面之间的距离为2mm；圆弧形金属管组的弧度为90゜，圆弧形金属管组沿工作辊轴向长度为工作辊轴向长度的120%；每个圆弧形金属管的内径为10mm，壁厚为1mm；圆弧形金属管组中相邻的两个圆弧形金属管的间距为10mm；

四辊轧机的传动方式为工作辊传动，电机功率1600kW，工作辊直径Φ350mm，工作辊轴向长度1200mm；支撑辊直径Φ850mm，支撑辊轴向长度1200mm，支撑辊材质为锻钢； 

采用上述装置进行轧制；采用的金属带材材质为9Cr18Mo马氏体不锈钢，厚度为0.5mm，宽度为1080mm； 

接通交流电源的两极对加热装置的两端施加交流电，使加热装置产生磁场；同时启动四辊轧机的上工作辊、下工作辊、上支撑辊和下支撑辊，并使上、下工作辊表面被加热；通过进水管向圆弧形金属管组内通入水并保持水流动；

将常温的9Cr18Mo马氏体不锈钢带材送入工作辊辊缝中进行7道次轧制，工作辊转速为0.5~15m/s，轧制力为1000~20000kN，轧制时通过磁场感应保持工作辊表面温度为200~500℃；温轧过程马氏体不锈钢带材在辊缝中的温度为180~480℃，最后轧制后得到的9Cr18Mo马氏体不锈钢薄带的厚度为0.1mm，轧制变形率为80%，轧制后宽度为1130mm。

Claims (2)

1.一种热辊温轧金属薄带和极薄带的装置，包括四辊轧机的上工作辊、下工作辊、上支撑辊和下支撑辊；其特征在于：每个工作辊辊面的两侧对称设置加热装置；所述的加热装置由上汇总管、下汇总管和两个汇总管之间的圆弧形金属管组构成；下汇总管的一端和上汇总管的另一端分别与进水管和出水管连通，交流电源的两极分别与加热装置的两端连接；

其中同一加热装置中的两个汇总管之间的圆弧形金属管组与工作辊辊面的距离为2~10mm，圆弧形金属管组的弧度为80゜~90゜，圆弧形金属管组沿工作辊轴向长度至少为工作辊轴向长度的90%；

所述的下汇总管的一端设有进水口与进水管连通，进水口与进水管之间装有绝缘垫；所述的上汇总管的另一端设有出水口与出水管连通，出水口与出水管之间装有绝缘垫；

所述的圆弧形金属管组选用铜管，每个圆弧形金属管的内径为10~12mm，壁厚为1~1.5mm；圆弧形金属管组中相邻的两个圆弧形金属管的间距为2~10mm。

2.一种热辊温轧金属薄带和极薄带的方法，其特征在于采用权利要求1所述的热辊温轧金属薄带和极薄带的装置，按以下步骤进行：

（1）接通交流电源的两极对加热装置的两端施加交流电，使加热装置产生磁场；同时启动上工作辊、下工作辊、上支撑辊和下支撑辊，并使工作辊表面被加热至200~600℃；通过进水管向圆弧形金属管组内通入水并保持水流动；

（2）将金属带材送入上、下工作辊辊缝中进行轧制，控制工作辊转速0.5~20m/s，轧制力为400~20000kN，轧制时通过磁场感应保持工作辊辊面温度为200~600℃；金属带材的厚度为0.5~1.5mm，温轧后制成的金属薄带和极薄带的厚度为0.01~0.35mm，轧制变形率为30~99.3%；

其中金属带材送入上、下工作辊辊缝前的温度为常温，金属带材在辊缝中轧制过程的温度为180~580℃；

所述的金属带材的材质为难加工的金属材料，所述的难加工的金属材料是指高硅钢、镁合金、钛合金、钼合金或马氏体不锈钢；

所述的金属薄带的厚度小于等于0.35mm且大于等于0.1mm，金属极薄带的厚度小于0.1mm且大于等于0.01mm。

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