CN108144964A - 一种脉冲电流辅助多辊轧机轧制超薄箔材的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于极薄带轧制技术领域，具体涉及一种在多辊轧机轧制超薄箔材的过程中施加脉冲电流，以此获得厚度更薄、尺寸精度更高、性能更加稳定、晶粒尺寸更加细小的箔材的方法。主要包括多辊轧机、电刷和脉冲电源。所述多辊轧机的上下工作辊为Sialon陶瓷辊，这种轧辊可以解决轧机设备的绝缘问题，避免脉冲电流通过轧辊时产生热能，降低轧辊的磨损，节约电能。所述脉冲电源输出的脉冲电流通过电刷与极薄带形成闭合回路，实现电致塑性轧制。通过在极薄带多辊轧制过程中添加脉冲电流，提高极薄带的塑性变形能力，抑制裂纹扩展，轧制出表面光亮极薄带，提高生产效率，获得厚度更薄、尺寸精度更高、性能更稳定、晶粒尺寸更细小的极薄带。
Description
技术领域
本发明属于超薄箔材轧制技术领域，具体涉及一种在多辊轧机轧制超薄箔材的过程中施加脉冲电流，以此获得厚度更薄、尺寸精度更高、性能更加稳定、晶粒尺寸更加细小的箔材的方法。
背景技术
超薄箔带轧制过程中，当轧件厚度减小到一定程度时，即使继续增大轧制力轧件厚度也没有明显减小，此时达到了最小可轧厚度。为了获得厚度更小的超薄箔带，通常采用工作辊直径较小的多辊轧机进行轧制。针对最小可轧厚度的实验研究表明当超薄箔带达到最小可轧厚度时，通常需要轧制数十道次甚至上百道次，但是达到最小可轧厚度前已经出现了非常严重的边裂现象和加工硬化现象。这不仅降低成材率，而且造成原料和能源的浪费。因此，如何获得厚度极薄、尺寸精度极高、性能稳定的超薄箔带已成为塑性加工领域的难点问题。
脉冲电流在材料塑性加工中有电致塑性效应和止裂效应。在材料成形过程中通入电流，电致塑性使材料的塑性变形能力提高、流变应力下降。近几年来，脉冲电流在轧制技术领域也迅速发展，但是电塑性轧制技术目前主要应用在二辊轧机轧制薄板和薄带过程中。难以应用到多辊轧机上有两方面的原因：一方面轧机设备的绝缘难度比较大，多辊轧机很难实现绝缘化；另一方面电流通过轧辊加载到轧件上，轧辊温度升高对轧辊的刚度和使用寿命有很大影响，而且会导致多辊轧机磨损加剧。而多辊轧机主要用来生产精密带钢，精密带钢质量对辊形的要求非常严格，势必会增加换辊、修辊的频率，增加生产成本。
目前还未发现电塑性轧制技术应用到多辊轧机轧制超薄箔材的过程中。本发明将电致塑性轧制技术应用到多辊轧机上，进行超薄箔材的轧制生产。
发明内容
为了获得带材厚度更薄、尺寸精度更高、性能更加稳定、晶粒尺寸更加细小、残余应力更小的超薄箔带，本发明提供一种将脉冲电流应用到多辊轧机上，进行超薄箔带的轧制生产。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种脉冲电流辅助多辊轧机轧制超薄箔材的方法，两个电刷形成电刷组，并且轧机上电刷组的安装方式包括（a）、（b）、（c）和（d）中至少一种安装方式：
（a）电刷组内的两个电刷分别安装于轧辊前和轧辊后，安装于轧辊前的电刷的刷头与超薄箔带的上表面接触配合，安装于轧辊后的电刷的刷头与超薄箔带的上表面接触配合；
（b）电刷组内的两个电刷分别安装于轧辊前和轧辊后，安装于轧辊前的电刷的刷头与超薄箔带的下表面接触配合，安装于轧辊后的电刷的刷头与超薄箔带的下表面接触配合；
（c）电刷组内的两个电刷分别安装于轧辊前和轧辊后，安装于轧辊前的电刷的刷头与超薄箔带的上表面接触配合，安装于轧辊后的电刷的刷头与超薄箔带的下表面接触配合；
（d）电刷组内的两个电刷分别安装于轧辊前和轧辊后，安装于轧辊前的电刷的刷头与超薄箔带的下表面接触配合，安装于轧辊后的电刷的刷头与超薄箔带的上表面接触配合；
并且电刷组内的其中一电刷与脉冲电源正极相连，另外一电刷与脉冲电源的负极相连，且轧制时只有一组电刷组通电，使电刷组与被轧制的超薄箔带之间形成电流回路。
作为本发明技术方案的进一步改进，脉冲电源的功率为10-60KW，电压幅值为10-360V，脉冲频率为1-3000Hz，脉冲宽度为10-300μs。
作为本发明技术方案的进一步改进，轧制超薄箔带的轧辊为Sialon陶瓷辊。
本发明与传统轧制技术相比，存在以下优势：
1、本发明通过在多辊轧机轧制超薄箔带过程中添加脉冲电流，提高超薄箔带的塑性变形能力，获得厚度更薄的极薄带。
2、本发明通过在多辊轧机轧制超薄箔带过程中添加脉冲电流，利用其止裂效应，抑制边部裂纹的产生，改善超薄带材质量。
3、本发明通过在多辊轧机轧制超薄箔带过程中添加脉冲电流，该脉冲电流在轧制过程中会引起热效应，提高金属原子的扩散能力，克服能量势垒，利于实现晶粒细化，有利于回复和再结晶的进行，得到晶粒细小、残余应力微小的超薄带材。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例所示具体多辊轧机的结构示意图。
图2为实施例中轧辊与超薄箔带的配合示意图。
图中：1-放卷器，2-第一导向辊，2’-第二导向辊，3-第一电刷，3’-第二电刷，4-脉冲电源；5-上第一层中间辊，5’-下第一层中间辊，6-上第二层中间辊，6’-下第二层中间辊，7-上工作辊，7’-下工作辊，8-上最外层支撑辊，8’-下最外层支撑辊，9-收卷器，10-超薄箔带。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细的说明。
一种脉冲电流辅助多辊轧机轧制超薄箔材的方法，两个电刷形成电刷组，并且轧机上电刷组的安装方式包括（a）、（b）、（c）和（d）中至少一种安装方式：
（a）电刷组内的两个电刷分别安装于轧辊前和轧辊后，安装于轧辊前的电刷的刷头与超薄箔带10的上表面接触配合，安装于轧辊后的电刷的刷头与超薄箔带10的上表面接触配合；
（b）电刷组内的两个电刷分别安装于轧辊前和轧辊后，安装于轧辊前的电刷的刷头与超薄箔带10的下表面接触配合，安装于轧辊后的电刷的刷头与超薄箔带10的下表面接触配合；
（c）电刷组内的两个电刷分别安装于轧辊前和轧辊后，安装于轧辊前的电刷的刷头与超薄箔带10的上表面接触配合，安装于轧辊后的电刷的刷头与超薄箔带10的下表面接触配合；
（d）电刷组内的两个电刷分别安装于轧辊前和轧辊后，安装于轧辊前的电刷的刷头与超薄箔带10的下表面接触配合，安装于轧辊后的电刷的刷头与超薄箔带10的上表面接触配合；
并且电刷组内的其中一电刷与脉冲电源4正极相连，另外一电刷与脉冲电源4的负极相连，且轧制时只有一组电刷组通电，使电刷组与被轧制的超薄箔带10之间形成电流回路。
在本发明中，多辊轧机上电刷组的安装方式包括上述安装方式中的至少一种。如果采用两种以上的安装方式，各电刷组之间的电刷可共用。以四种安装方式为例说明，即第一电刷3与第二电刷3’分别位于上轧辊组的辊前和上轧辊组的辊后，并且分别与脉冲电源4相连时，为本发明所述的（a）安装方式；即第一电刷3与第二电刷3’分别位于下轧辊组的辊前和下轧辊组的辊后，并且分别与脉冲电源4相连时，为本发明所述的（b）安装方式；第一电刷3与第二电刷3’分别位于位于上轧辊组的辊前和下轧辊组的辊后，并且分别与脉冲电源4相连时，为本发明所述的（c）安装方式；第一电刷3与第二电刷3’分别位于下轧辊组的辊前和上轧辊组的辊后，并且分别与脉冲电源4相连时，为本发明所述的（d）安装方式。无论电刷组为何种安装方式，脉冲电源4的电流均能够与被轧制的超薄箔带10之间形成电流回路。并且在轧制时仅仅只有一组电刷组与脉冲电源4相连。在轧制过程中，上轧辊组和下轧辊组进行转动且不会发生位移变化，工作的电刷组也不会发生位移变化，但超薄箔带10在上轧辊组和下轧辊组的工作辊相对转动的带动下从辊前运行至辊后。
具体的，脉冲电源4的功率为10-60KW，电压幅值为10-360V，脉冲频率为1-3000Hz，脉冲宽度为10-300μs。
优选的，轧制超薄箔带10轧辊（工作辊）为Sialon陶瓷辊。所述多辊轧机的工作辊选取Sialon陶瓷辊，这样设计可以巧妙地解决轧机设备的绝缘问题，而且可以成功避免脉冲电流通过轧辊时产生的热能，降低了轧辊的磨损，节省了电能。Sialon陶瓷工作辊，其断裂强度、抗弯强度足以满足多辊轧机的生产使用。
实施例
参照图 1 至图 2，以20辊轧机采用陶瓷工作辊轧制304不锈钢超薄箔带实验为例，包括放卷器 1、收卷器 9、第一导向辊2和第二导向辊2’，设置在第一导向辊2和第二导向辊2’之间的一对异步转动的上轧辊组和下轧辊组，所述上轧辊组和下轧辊组分别由最外层的四根支撑辊（四个上最外层支撑辊8，四个下最外层支撑辊8’）、三根第二层中间辊（上第二层中间辊6，下第二层中间辊6’）、两根第层一中间辊（上第一层中间辊5，下第一层中间辊5’） 和一根工作辊 (上工作辊7，下工作辊7’)，且对称布置，上下两根工作辊(上工作辊7，下工作辊7’)分别压接在超薄箔带的上、下表面；第一导向辊2用于调节由放卷器 1放出的超薄箔带进入上轧辊组和下轧辊组的方向，第二导向辊2’ 用于调节收卷器 9前超薄箔带方向，使得超薄箔带10在轧制过程中始终处于水平方向。
采用本发明所述的（a）安装方式，即第一电刷3与第二电刷3’分别位于上轧辊组的辊前和上轧辊组的辊后，脉冲电源4的正输出端连接第一电刷3，脉冲电源4的负输出端连接第二电刷3’。脉冲电源4通过电刷与超薄箔带形成电流回路，实现电致塑性轧制。
接通脉冲电源4，其功率为10KW，脉冲频率为200Hz，电流密度为150A/mm2。
设置轧制速度为10m/min，304不锈钢超薄箔带10由放卷器1和收卷器9支撑并张开，保证超薄箔带轧制过程的稳定性。
该304不锈钢超薄箔带10经过上下工作辊7、下工作辊7’轧制后，通过第二导向辊2’，在收卷器9处进行收卷。
在轧制过程中，通过对超薄箔带材施加脉冲电流，能够降低其变形抗力，提高塑性成形能力，进而降低轧制力。脉冲电流的施加还能抑制裂纹扩展，改善板材表面形貌。脉冲电流的存在提高了金属原子扩散能力，帮助位错克服能垒，利于实现晶粒细化。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种脉冲电流辅助多辊轧机轧制超薄箔材的方法，其特征在于，两个电刷形成电刷组，并且轧机上电刷组的安装方式包括（a）、（b）、（c）和（d）中至少一种安装方式：
（a）电刷组内的两个电刷分别安装于轧辊前和轧辊后，安装于轧辊前的电刷的刷头与超薄箔带（10）的上表面接触配合，安装于轧辊后的电刷的刷头与超薄箔带（10）的上表面接触配合；
（b）电刷组内的两个电刷分别安装于轧辊前和轧辊后，安装于轧辊前的电刷的刷头与超薄箔带（10）的下表面接触配合，安装于轧辊后的电刷的刷头与超薄箔带（10）的下表面接触配合；
（c）电刷组内的两个电刷分别安装于轧辊前和轧辊后，安装于轧辊前的电刷的刷头与超薄箔带（10）的上表面接触配合，安装于轧辊后的电刷的刷头与超薄箔带（10）的下表面接触配合；
（d）电刷组内的两个电刷分别安装于轧辊前和轧辊后，安装于轧辊前的电刷的刷头与超薄箔带（10）的下表面接触配合，安装于轧辊后的电刷的刷头与超薄箔带（10）的上表面接触配合；
并且电刷组内的其中一电刷与脉冲电源（4）正极相连，另外一电刷与脉冲电源（4）的负极相连，且轧制时只有一组电刷组通电，使电刷组与被轧制的超薄箔带（10）之间形成电流回路。
2.根据权利要求1所述的一种脉冲电流辅助多辊轧机轧制超薄箔材的方法，其特征在于，脉冲电源（4）的功率为10-30KW，电压幅值为10-300V，脉冲频率为1-2500Hz，脉冲宽度为10-300μs。
3.根据权利要求1或2所述的一种脉冲电流辅助多辊轧机轧制超薄箔材的方法，其特征在于，轧制超薄箔带（10）轧辊为Sialon陶瓷辊。
4.根据权利要求3所述的一种脉冲电流辅助多辊轧机轧制超薄箔材的方法，其特征在于，针对不同的轧制材料和加工工艺将Sialon陶瓷辊加工为不同辊形曲线的轧辊。
5.根据权利要求3所述的一种脉冲电流辅助多辊轧机轧制超薄箔材的方法，其特征在于，根据不同产品的表面质量要求将Sialon陶瓷工作辊加工为不同粗糙度的表面。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
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Inventor after: Ren Zhongkai Inventor after: He Dongping Inventor after: Wang Tao Inventor after: Feng Guang Inventor after: Huang Qingxue Inventor before: Ren Zhongkai Inventor before: Wang Tao Inventor before: He Dongping Inventor before: Feng Guang Inventor before: Huang Qingxue |
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| GR01 | Patent grant | ||
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20180612 Assignee: Baoji woduoke precision equipment manufacturing Co.,Ltd. Assignor: Taiyuan University of Technology Contract record no.: X2021990000732 Denomination of invention: A method of rolling ultra-thin foil with pulse current assisted multi roll mill Granted publication date: 20190716 License type: Common License Record date: 20211130 |