CN1191780A - 普通冷轧机轧制薄金属板的异步轧制方法 - Google Patents

Abstract

一种薄金属板的异步轧制方法,通过将轧机上工作辊和下工作辊制成不同的粗糙度,使两工作轧辊中性点不在同一垂直面上,分别形成上中性面和下中性面,使上、下板辊之间形成不对称摩擦状态,在两中性点之间形成“搓轧区”,改变塑性变形区内切向应力的方向与分布,产生压剪复合变形,实现冷轧板带的异步轧制。用这种方法实现异步轧制只需制造两工作辊表面粗糙度差,在普通冷轧机上即可实现,工艺简单,并且减轻轧机振动,改善板形。

Description

普通冷轧机轧制薄金属板的异步轧制方法

本发明涉及一种薄金属板的轧制方法，尤其是薄金属板的异步轧制方法。

异步轧制的特点是中性点处于上、下辊的不同位置，在大小不等的中性点之间造成摩擦力的反向，其所对应的变形区就是轧辊对金属的″搓轧区″。因此，中性点的不对称性是异步轧制条件存在的依据。这种剪切变形条件是常规同步轧制时所没有的，同步常规轧制的轧制工艺变形区划分如图1a所示，由于上工作辊1与下工作辊2的中性点位于同一垂直面即中性面3上，使金属板4所产生的变形区只存在后滑区5和前滑区6两个变形区。上、下辊1和2对冷轧板4只产生压缩变形。而图1b所示的异步轧制由于上工作辊1和下工作辊2的中性点不在同一垂直面上，而是分别形成上中性面7和下中性面8，在两个中性面之间形成搓轧区9。在搓轧区9内产生压剪复合变形，对冷轧板4的塑性变形及流动十分有利。采用异步法轧制薄带钢，除了可以获得更薄的产品外，还具有板形好、精度高、降低轧制压力等一系列优点。已有的异步轧机是依靠不同辊径或不同电机转速的方法造成两工作辊的线速度差，实现异步轧制的，图2a是通过改变上工作辊1与下工作辊2的转速v₁与v₂，造成上下两辊的线速度差Δv＝v₁-v₂从而形成两工作辊对金属板4的异步轧制。图2b则是通过改变上工作辊1与下工作辊2的辊径，使它们具有不同的辊径R1与R2，产生辊径差ΔR＝R1-R2，形成上下辊线速度差而实现两工作辊对金属板4的异步轧制，以上两种实现异步轧制技术的方法，必须对轧机设备的传动系统进行改造，这样就相应带来由于传动系统如齿轮、轴承等的精度和刚度而产生的受迫振动。此外，由于上、下辊与轧件速度差的不对称性，使快速辊与慢速辊侧中性点时常跑出变形区，轧件的瞬时延伸不稳定而产生自激振动。轧机的振动重者降低轧机有关部件的使用寿命，轻者造成板表面上频率很高的振纹。因此这类轧机在实际生产中容易发生轧机振动、空转时的啃辊和钢带表面出现横纹等问题。

本发明的目的在于提供一种可利用普通冷轧机异步轧制金属薄板的方法。

针对已有技术存在的问题，本发明的薄金属板的异步轧制方法是：利用轧机上工作辊和下工作辊的中性点不在同一垂直面上，分别形成上中性面和下中性面，使上、下板辊之间形成不对称摩擦状态，在两中性点之间形成搓轧区，其中上、下工作辊采用了等辊径、等转速工作辊，并对所述的上、下工作辊表面分别进行不同表面粗糙度的毛化处理，使上、下工作辊中性点不对称，形成轧制金属板的搓轧区。上、下工作辊的上、下中性角差值与工作辊面粗糙度差值的关系为： $\mathrm{\Δ\γ}={\mathrm{\ΔR}}_{\mathrm{\α}}\left[K_l(0.4+0.01\mathrm{\ϵ})\right]\left(\frac{{\mathrm{\α}}^2}{4{\mathrm{\μ}}_1{\mathrm{\μ}}_2}\right)$ 。

式中Δγ-两工作辊间的中性角差值；ΔR_a-两工作辊间的粗糙度差值；ε-变形量；α-咬入角；μ₁、μ₂-分别为两工作辊的摩擦系数，本发明可采用喷丸(SBT)、电火花(EDT)、电子束(EBT)或激光(LT)等毛化技术，对普通冷轧机等辊径的两工作辊表面进行打毛处理，最好采用激光毛化处理。

本发明利用辊径和转速相同、只是由于表面粗糙度不同的毛化辊，在普通冷轧机上实现的异步轧制，避免了由于不同辊径或不同转速进行异步轧制时所造成的轧机振动，消除了钢带表面横纹。同时，改善了板形，由于本发明采用普通冷轧机进行薄金属板的异步轧制，从而避免了以往辊速调整以及轧机制造安装等问题。它只需要通过改变毛化工艺参数获得不同轧辊表面粗糙度即可实现，无论从设备制造和调整方面都更加简便化，使异步轧制技术的推广更具有普遍性。

图1是常规轧制和异步轧制两种不同轧制工艺变形区的划分示意图；

图2是依靠辊径或转速不同而实现的异步轧制；

图3是普通冷轧机的轧制工作原理图；

图4是不同表面粗糙度的毛化辊配合使用时产生的异步轧制原理示意图；

图5是普通磨光辊、喷丸辊和激光毛化辊的耐磨性比较曲线图。

下面结合附图3至5对本发明的特征及实施例做一详细介绍，本发明的薄金属板的异步轧制原理如图4所示，利用轧机上工作辊1和下工作辊2的表面粗糙度不同，即工作辊1为高Ra表面，工作辊2为低Ra表面，使中性点不在同一垂直面上，分别形成上中性面7和下中性面8，使上、下辊1和2之间形成不对称摩擦状态，在两中性点之间形成搓轧区，其中上、下工作辊1和2辊径、转速相等。

下面首先建立异步轧制条件与辊面粗糙度差值之间的关系。普通冷轧机的轧制工作原理如图3所示。对简单的理想轧制过程，在不考虑张力的情况下，轧制时中性角的大小与摩擦系数之间的关系可用下式表达 $\mathrm{\γ}=\frac{\mathrm{\α}}{2}(1-\frac{\mathrm{\α}}{2\mathrm{\μ}}).......\left(1\right)$ 式中γ-中性角；α-咬入角；μ-摩擦系数。在压缩量一定的情况下，摩擦系数的改变则取决于弹性和塑性接触时的表面粗糙度：

          μ＝K_L[1+(0.4+001ε)R_a]    (2)式中K_L-润滑油特性系数；ε-变形量；R_a-辊面平均粗糙度。设ΔR_a为上、下轧辊表面粗糙度差，根据式(1)和(2)有 $\mathrm{\Δ\γ}={\mathrm{\ΔR}}_{\mathrm{\α}}\left[K_L(0.4+0.01\mathrm{\ϵ})\right]\left(\frac{{\mathrm{\α}}^2}{{4\mathrm{\μ}}_1{\mathrm{\μ}}_2}\right)......\left(3\right)$ 式中Δγ-两工作辊1和2间的中性角差值；ΔR_a-两工作辊间的粗糙度差值；α-咬入角；μ₁、μ₂-分别为两工作辊的摩擦系数。这样就建立起了异步轧制条件与辊面粗糙度之间的联系，如图4所示。实现并精确控制辊面粗糙度差是实现异步轧制的首要前提条件。

在喷丸、电火花、电子束和激光等毛化方法中，激光毛化可以对辊面粗糙度进行精确控制，而且激光毛化轧辊的表面形貌及粗糙度均匀、再现性更好。激光毛化处理轧辊的另一个重要特点是使激光作用区材料得到超细晶甚至非晶改性强化，使其具有比普通磨光辊和喷丸辊等高得多的耐磨性，如图5所示，图5a示出了激光毛化辊表面粗糙度随轧制长度下降曲线10和普通辊表面粗糙度随轧制长度下降曲线11；图5b示出了激光毛化辊表面粗糙度随轧制长度下降曲线10和喷丸辊表面粗糙度随轧制长度下降曲线12。毛化辊表面粗糙度的长久保持性是维持异步轧制的重要基本条件。如果单纯制造两工作辊表面粗糙度差，而不能较长时间的保持，也是没有意义的。因此，利用激光毛化辊产生的异步轧制效果要好于其它方法。

本实施例采用Nd：YAG激光毛化机床毛化普通冷轧机的上、下两工作辊1和2。轧辊材质为GCr15，轧辊尺寸为Φ85×300毫米。主要加工参数为：激光波长1.064微米，激光功率为200W，脉冲频率20KHz，脉宽0.15-1.00微秒，焦点光斑直径约120微米。喷吹气体为压缩空气，气体压力为0.2-0.4MPa，喷吹气体角度为45度。其中一个激光毛化辊的表面粗糙度(Ra)控制在0.5微米，另一个激光毛化辊的表面粗糙度控制在5.0微米。轧制板带材料为优质低碳钢08铝，在普通四辊可逆冷轧机上进行异步轧制。

轧制时，在不影响板形的基础上尽可能采用大的道次压下量，压下规程如表1所示。可见，采用具有不同表面粗糙度激光毛化辊轧制时道次压下量达40％～50％，轧制道次从原来采用普通光辊轧制时的13-14道次减少到4-5道次。

  表1.两种不同轧制工艺的压下规程对比(08Al)，mm普通磨光辊0.50-0.48-0.45-0.40-0.36-0.32-0.26配合轧制  -0.20-0.15-0.12-0.10-0.09-0.08异Ra激光  0.50-0.30-0.15-0.09-0.08辊配合轧制

此外，由于辊面微坑对碎屑具有捕集作用，使板带表面划伤减少。由于激光毛化冷轧辊表面形貌具有良好的均匀一致性和再现性，保证了轧制过程中摩擦系数的稳定；同时，具有一定粗糙度的毛化辊还可防止板带打滑。综合以上特点，本发明利用辊径和转速相同、只是由于表面粗糙度不同的毛化辊，在普通冷轧机上实现的异步轧制，避免了由于不同辊径或不同转速进行异步轧制时所造成的轧机振动，消除了钢带表面横纹。同时，改善了板形，若以带钢的翘曲度λ来表示板形，测得两种不同轧制工艺条件下的翘曲度分别为：普通光辊轧制时λ₁＝3～5％；异Ra激光辊轧制时λ₂＝1～2％。

在设备上，由于该工艺采用的是普通冷轧机，从而避免了以往辊速调整以及轧机制造安装等问题。它只需要通过改变毛化工艺参数获得不同轧辊表面粗糙度即可实现，无论从设备制造和调整方面都更加简便化，使异步轧制技术的推广更具有普遍性。

Claims (3)

1.一种薄金属板的异步轧制方法，利用轧机上工作辊和下工作辊的中性点不在同一垂直面上，分别形成上中性面和下中性面，使上、下板辊之间形成不对称摩擦状态，在两中性点之间形成搓轧区进行轧制，其特征在于：上、下工作辊采用了等辊径、等转速工作辊，并对所述的上、下工作辊表面分别进行不同表面粗糙度的毛化处理，使上、下工作辊中性点不对称，以形成轧制金属板的搓轧区。

2.根据权利要求1所述的薄金属板的异步轧制方法，其特征在于：上、下工作辊的上、下中性角差值与工作辊面粗糙度差值的关系为： $\mathrm{\Δ\γ}={\mathrm{\ΔR}}_{\mathrm{\α}}\left[K_l(0.4+0.01\mathrm{\ϵ})\right]\left(\frac{{\mathrm{\α}}^2}{{4\mathrm{\μ}}_1{\mathrm{\μ}}_2}\right)$

3.根据权利要求1或2所述的薄金属板的异步轧制方法，其特征在于采用激光毛化技术对上、下工作辊表面进行毛化处理。

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