CN1431940A - 薄板轧制方法及轧机 - Google Patents

Abstract

薄板轧制方法在上、下支承辊(13，14)之间设置一对直径不同的工作辊(11，12)并且只驱动这对工作辊中的粗工作辊(12)地轧制板材(x)。这对工作辊中的细工作辊(11)被布置成其转动轴线位于轧机中心上或在轧制方向上在轧机中心的下游侧，而粗工作辊(12)被布置成其转动轴线在轧制方向上位于该细工作辊(11)转动轴线的下游侧。这样一来，即便为增大轧制宽度而提高轧制负荷时，也减轻了工作辊的机械负荷。

Description

薄板轧制方法及轧机

技术领域

本发明涉及配备有一对直径不同的工作辊的轧机以及使用该轧机轧制薄板的方法。

背景技术

传统轧机是这样的轧机，即被上、下支承辊支承的一对上、下工作辊的直径是不同的并且只用电机等来驱动较粗的工作辊即大直径的工作辊，由此轧制薄板。与配备有相同直径的工作辊的常规轧机相比，这种被称为异径轧机的轧机因其中一个工作辊较细而能够在低轧制负荷下实现大压下量，因此，利于轧制薄钢板。因为只需要低轧制力，所以可以抑制由轧辊压扁引起的边缘减薄，从而能有利地制造出板厚误差小的钢板。

此外，如图8所示，在轧机中，一般使工作辊11’和12’相对支承辊13’和14’朝着下游侧错移同一偏移量e。因此，与使其向轧制方向上游侧错移相比，使工作辊向下游错移能够稳定轧制薄板所承受的负荷条件。

在日本专利JP-B No.47421/1976中公开了这样的相关技术。

近年来，与薄板热轧技术相关地，要求轧制宽度(轧制板宽)更大且板厚更小并且要求提高每架轧机的压下率。但是，由于异径轧机的其中一个工作辊较细，所以较细工作辊的机械强度不足以满足上述需求。尤其是，在该轧辊的尤其是辊颈上，即在轧制用辊身部和两侧的借助轴承的支承部之间的有阶梯面的部分上(以后所参见的图6的符号11n部分)，出现了高应力。

因此，用异径轧机热轧薄钢板时的轧制宽度的上限为4英尺(约1200mm)。当轧制宽度超过4英尺时，即使轧制负荷低，异径轧机的轧制负荷也超过了3000吨(3000tf＝2.94×10⁷N)，导致机械强度问题的应力出现在细工作辊的所述辊颈部上。

发明内容

本发明的目的是，通过减小工作辊的机械负荷来满足包括使轧制宽度扩大到超过4英尺的程度的与薄板热轧有关的上述要求。

具有本发明第一特征的薄板轧制方法是这样的方法，即在上、下支承辊之间设置一对直径不同的工作辊并且只驱动粗工作辊来轧制薄板，其特点是，这对工作辊中的细工作辊被设置在轧机中心(即包括支承辊各中心线的平面)上或在轧制方向上在该轧机中心的下游侧，而粗工作辊被设置于在该轧制方向上在该细工作辊的下游侧。

在该轧制方法中，因为没有在轧制方向上使上述这对工作辊中的任何一个轧辊相对经过支承辊中心线的轧机中心向上游侧错移，所以与图8所示的传统轧机一样地，稳定了轧制薄板所承受的负荷条件并且可以顺利地连续轧制薄板。

而且，该轧制方法的一个显著特征是，即使在为轧制更宽的板材而需要高轧制力时，也减轻了工作辊的机械负荷。

能够减轻工作辊机械负荷的薄板轧制方法如下所述。

当用一台配备有两个直径不同的工作辊的轧机来轧制薄板时，以下的力a)-c)作用在细工作辊的轴承支承部上：

a)一个水平力，它是因只驱动粗工作辊而产生的并且通过轧制板材来承受并且朝向轧制方向的下游侧(图3中的力SR₁)。

b)一弯辊力P_B，它是为控制板形而在垂直于轧制方向的平面(垂直面)内被施加在工作辊上(未示出)。

c)一水平力，它是因从上下施加轧制力而产生的力并且相当于因支承辊与粗工作辊接触而承受的力的水平分量(以下所示图2的SB₁和SD₁)之差(图2中的P_mt)。

这些力作用在由轴承支承的部分上，因而在所述辊颈上产生应力。

尽管在轧制时必然产生这些力，但如上述c)那样分别因粗工作辊和支承辊引起的力(SB₁和SD₁)决定的水平力(P_mt)的大小(视场合而定地也包括方向)因粗工作辊和细工作辊相对支承辊的布置的不同即因偏移量的不同而不同

根据本发明，从轧机中心看，粗工作辊转动轴线的偏移量大于细工作辊转动轴线的偏移量(包括为零的场合)，由此使上述c)的水平力(P_mt)中的因与粗工作辊接触而承受的力的水平分量(SB₁)朝向轧制方向的上游侧。结果，c)的水平力(P_mt)减小或朝向轧制方向的上游侧，因而，作为于上述a)的水平力(SR₁)之合地作用于细工作辊的水平力减小。当该水平力减小时，即使是如b)所述地作用于垂直方向上的力没有变化，细工作辊的机械负荷也肯定减小。这样一来，在考虑了强度比细工作辊有利的粗工作辊的机械负荷的情况下，提高轧制负荷，由此增大轧制宽度并缩小板厚，甚至可以提高每架轧机的压下率。

在根据上述本发明第一特征的薄板轧制方法中，最好使用辊颈部直径约为270毫米或更小的细工作辊，当轧制负荷达到3000吨(3000tf＝2.94×10⁷N，1吨＝1tf＝9800N)以上地进行轧制时，细工作辊转动轴线相对轧机中心的偏移量e₁以及粗工作辊转动轴线距细工作辊转动轴线的偏移量e₂(参见图1的e₁和e₂)的特点是，

0mm≤e₁，并且

0mm＜e₂＜7mm

当细工作辊有的辊颈部直径约在270mm或更小时，直接接触板的辊身也按照与轴承和其它支承装置之间关系地被设计得比较细(如粗约400mm或更细)。这样一来，因细工作辊直径小，所以能够发挥象能够在小轧制力的情况下获得高压下量并能抑制板材边缘减薄这样的异径轧机的优势。

如上所述，当轧制力高时，通常有利的做法是，在轧制方向上都使一对工作辊相对轧机中心向下游错移并且使粗工作辊的偏移量大于细工作辊的偏移量，即，

         0≤e₁并且0＜e₂。

但是，根据细工作辊直径越小则存在使用异径轧机的优点并且轧制负荷越高就可增大轧制宽度等，在细工作辊辊颈部直径约为270毫米或更小且轧制负荷为3000吨以上的条件下(当然也施加适当的弯辊力)，偏移量e₁和e₂应如上所述地为：

        0≤e₁且0mm＜e₂＜7mm。原因是，当细工作辊辊颈直径和轧制负荷满足前述条件时，如果e₂≤0毫米，则因为上述c)的水平力增大，所以细工作辊辊颈部的应力增高到对由普通材料制成的细工作辊而言是不安全的程度。而且，在e₂≥7mm的场合下，在粗、细工作辊之间经过薄板的头部上弯地前进，即产生所谓的翘头缺陷。而当轧制负荷约为3000吨以上时，可以热轧5英尺宽(轧制宽度)的薄板。

根据本发明第二特征的轧机具有上、下支承辊、设置在这对支承辊之间的且直径不同的工作辊，其中这对工作辊中的粗工作辊被连接在一驱动源上，并且这对工作辊中的细工作辊设置在轧机中心上或在轧制方向上在该轧机中心的下游侧，而粗工作辊被布置在轧制方向上在该细工作辊的下游侧。

在根据本发明第二特征的薄板轧机中，细工作辊的辊颈部直径最好约为270mm或更小并且细工作辊转动轴线相对轧机中心的偏移量e₁及粗工作辊转动轴线距离该细工作辊转动轴线的偏移量e₂被设定在这样的范围内，即

           0mm≤e₁并且0mm＜e₂＜7mm。

因为该轧机使用了辊颈部直径小并最好约为270mm以下并且因而直接接触板材的辊身部也相当细(如上所述，直径如约为400mm以下)的细工作辊，所以它作为所谓异径轧机的显著特征地在小轧制负荷的情况下具有大压下量。因此，除了能够有效地轧制出薄钢板外，还可以制造出板厚误差小的薄钢板。

而且，该轧机具有以下出色优点，即a)通过使用3000吨或更高的轧制负荷，可以热轧宽度(轧制宽度)达到5英尺左右的薄钢板，b)即使轧制负荷提高到这样的程度，也能够把在细工作辊辊颈上产生的应力抑制到由普通轧辊材料构成的轧辊不发生问题的程度，并且c)也能防止在工作辊之间经过的薄板的头部发生翘头这样的缺陷。原因是，与根据上述本发明第一特征的轧制方法一样，细工作辊和粗工作辊的偏移量e₁和e₁被设定为

0≤e₁且0＜e₂＜7mm。

此外，根据本发明第二特征的薄板轧机最好作为细工作辊的芯材地使用抗拉强度为45kgf/mm²或更高(4.41×10⁸Pa)的镍制麻口细晶粒合金铸铁辊(高合金麻口细晶粒合金铸铁辊)、高铬合金辊(高铬铸铁)、高速钢辊(高速工具钢)或锻造的高速钢辊。

当细工作辊是镍制麻口细晶粒合金铸铁辊、高铬合金辊、高速钢辊或锻造的高速钢辊并且由抗拉强度为45kgf/mm²或更高的材料制成时，可以没有强度限制地有利地实现根据本发明第一特征的轧制方法，这是因为，如上所述地，在辊颈部直径约为270毫米以下时，施加约3000吨或更高的轧制力，而且与有普通弯辊力(因辊细，弯辊力较小，通常适当地为80吨左右)作用时所假定的最大应力(约为40kgf/mm²(3.92×10⁸Pa))相比，由于其由抗拉强度为45kgf/mm²或更高的材料制成，所以在机械强度方面没有问题。由于高速钢辊或其锻造品的抗拉强度一般为80kgf/mm²以上，所以也容易避免因出现伴随转动而反复的应力引起的疲劳问题。

附图说明

图1表示本发明的一个实施形式，它是表示图7所示轧机10中的一架的基本结构的示意图；

图2是表示在轧机10中从上下施加轧制负荷时作用于辊之间的水平力的示意图；

图3是表示基于只驱动粗工作辊旋转而产生的水平力的示意图；

图4是表示粗工作辊12转动轴线相对细工作辊11转动轴线的偏移量e₂与作用于工作辊11、12的总力(各辊所受力的合力)F₁和F₂的关系的曲线图；

图5是表示上述偏移量e₂与在工作辊11、12辊颈部出现的应力б₁和б₂的关系的曲线图；

图6是细工作辊的前视图；

图7是整体表示薄板热轧机的示意图；

图8是表示传统轧机的基本结构的示意图。

具体实施方式

图1-图7示出了本发明的一个实施形式。图1以侧视图示意地表示在图7所示轧制设备(轧机组)1中的后段(下游侧)三架轧机1之一的轧机10基本结构。

轧制设备是热轧薄钢板x的设备，如图7所示，它串列地配备有有共六架轧机5和10。前段(上游侧)的三架轧机5是普通的四辊轧机5，它由上下设置的一对等径工作辊6、7以及分别支承工作辊的上、下支承辊8、9构成。后段的三架轧机10是所谓的异径轧机，它在个上支承辊13和下支承辊14之间设置了一对直径不同的工作辊11、12。尽管前三架轧机的上、下工作辊6、7都被驱动，但在后三架轧机中，由于所需扭矩不够高，所以只有下工作辊122被驱动。

图1示出了后三架轧机10的细节。细工作辊11的直径DW₁为450mm，粗工作辊13的直径DW₂为590mm，支承辊13、14的直径DB为1300mm(在这里，除非另外规定，辊直径指整个轧辊中的接触钢板x或其它辊的辊身的直径)。在后架轧机10中，细工作辊11的转动轴线相对轧机中心(包括支承辊13、14中心线的平面)的偏移量e₁以及粗工作辊12距离细工作辊11转动轴线的偏移量e₂是可变的并且被设定为：

            e₁＝6mm且e₂＝4mm。

在轧制设备中，例如把25mm厚的热轧软钢板(SPHC)热轧成1.2mm厚且1550mm宽的薄钢板。在这种场合下的道次程序表即从第一架到第六架的各架轧机5、10的出口侧的板厚例如分别是10.97mm、5.12mm、3.46mm、2.22mm、1.49mm和1.17mm。在各轧机5、10的工作辊11、12上，施加80吨(每个辊座)的弯辊力(P_B1和P_B2)，以控制钢板x的形状。

通常，如上所述地，在轧制宽度较宽的场合下，必须给各轧机5和10施加相当高的轧制力。而且，当轧制负荷增大时，必须对容易在细工作辊11上产生过高应力的后架轧机10采取相应的机械措施。尤其是，在轧机10中的在最上游侧的并且轧制负荷增大的第四架轧机10中，必须采取比其它轧机5、10更细致的应力措施，在图7的轧制设备1中，第四架轧机10的轧制负荷也达到3000。在异径轧机10中，如上所述地，偏移量e₁和e₂是如此测定，即，即使有这样高的轧制力作用于其上，细工作辊11也不会出现过高的应力。

以下，比较偏移量e₁、e₂被定为e₁＝6mm且e₂＝0mm的场合(以下称为比较例)与本发明的实施形式，说明各工作辊11、12的力学测试结果。

用下式计算出在轧制中在细工作辊11和粗工作辊12上发生的应力。首先，各工作辊11、12所承受的力有以下三种：a)水平力SR₁和SR₂，它们是因只驱动粗工作辊12旋转而通过扎制钢板x如图3所示地作用于工作辊11、12上，b)弯辊力P_B1和P_B2(都是80吨，未示出)，它们在垂直于轧制方向的垂直面内作用于工作辊11和12上，c)水平力P_mT和P_mB，当从上下施加轧制负荷(在第四架轧机10中，3000吨)时，它们通过四个轧辊11、12、13、14的相互接触而如图2所示地作用于工作辊11、12上。不需要考虑作用于工作辊11、12上的垂直力，因为支承辊13和14所加的力与薄钢板x所加的力均衡地抵消了。在图6所示的细工作辊11中，上述a)-c)的力作用于辊身11b上，轴承(未示出)通过波及其支承部11c的反作用力而支承它。a)-c)的各自力的大小是这样取定的，其中以作用在轧制方向下游方向上(即图2、3中空心箭头方向，图中向右)上的力为正，

所述a)的水平力SR₁和SR₂，

SR₁＝P_R·tan(α/s)                              ……(1)

SR₂＝SR₁                                        ……(2)其中P_R为轧制负荷，α为细工作辊11与薄钢板x的接触区的角度并由下式求出：

α＝cos^-1[{DW₁-2DW₂ΔH/(DW₁+DW₂)}/DW₁]其中ΔH为在第四架轧机10中的入口侧板厚H1(3.46mm)与出口侧板厚H2(2.22mm)之差(1.24mm)。

在本实施例和比较例中，由ΔH算出α＝4.53°，根据式(1)和(2)，算出

SR₁＝118.7tons，

SR₂＝118.7tons。

此外，根据图2，求出上述c)的水平力P_mT、P_mB，

P_mT＝SB₁-SD₁                                      ……(3)

P_mB＝SD₂+SB₁                                      ……(4)

其中

SB₁＝PR·tan[sin^-1{2e₂/(DW₁+DW₂)}]

SD₁＝P_R·tan[sin^-1{2e₁/(DB+DW₁)}]

SD₂＝P_R· tan[sin^-1{2(e₁+e₂)/(DB+DW₂)}]

在本实施例中，在e₁＝6mm且e₂＝4mm的情况下，和P_R＝3000吨一起输入式(3)和(4)，从而，

P_mT＝SB₁-SD₁＝23.1-20.6＝2.5(tons)

P_mB＝SD₂+SB₁＝31.7+23.1＝54.8(tons)

另一方面，在比较例中，e₁＝6mm而e₂＝0mm，SB₁、SD₂m值与本实施例不一样，

P_mT＝SB₁-SD₁＝0-20.6＝-20.6(tons)

P_mB＝SD₂+SB₁＝19.0+0＝19.0(tons)

分别作用在工作辊11、12上的总力F₁和F₂(上述a)-c)的力的总和)为：

F₁＝{(SR₁-P_mT)²+PB₁ ²}^1/2

F₂＝{(-SR₂+P_mB)²+PB₂ ²}^1/2其反作用力出现在细工作辊11的支承部11c上(及粗工作辊12的同样的支承部上)。总力F₁和F₂的大小被用于把以上求出的各自值换算成kgf(1kgf＝9.8牛顿)。

在本实施例中，

F₁＝141100(kgf)而F₂＝102400(kgf)。

在比较例中，

F₁＝160600(kgf)而F₂＝127800(kgf)。

但是细工作辊11上的总力F₁的力SR₁和P_B1一直都为正，而力P_mT即SB₁-SD₁根据与以上SB₁、SD₁相关的式子为负，

2e₂/(DW₁+DW₂)＞2e₁/(DB+DW₁)总力F₁有望减小。而在比较例e₁＝6mm且e₂＝0mm的情况下，由于该不等式不成立，所以总力F₁高。

因为等于总力F₁和F₂的力作用于各工作辊11、12的支承部(图6的11c)上，所以在各辊11、12的辊颈上(图6的11n)，相应于从支承部到辊颈部的距离L₁和L₂地产生弯曲力矩M₁和M₂。结果，相应于各辊11、12的截面系数Z₁、Z₂及辊颈处的应力集中系数α地，出现弯曲应力б₁和б₂。通常，M＝F×L，、Z＝ЛD³/32并且б＝б×M/Z，其中D为直径。在粗工作辊12辊颈部，L₁＝265mm，D＝270mm，而α约为1.8。因此，各辊11、12的弯曲应力б₁、б₂如下所示。

即，在首先在e₁＝6mm而e₂＝4mm的本实施形式中，

α₁＝34.8kgf/mm²，而

α₂＝15.9kgf/mm²，

而在e₁＝6mm而e₂＝0mm的比较例中，

α₁＝39.7kgf/mm²，而

α₂＝19.9kgf/mm²(1kgf/mm²＝9.8×10⁶Pa)

如上所述，求出e₁＝6mm而e₂变化时的各工作辊11、12的总力F₁和F₂及在辊颈部的弯曲应力б₁、б₂的大小的变化，其关系在曲线图中示出并如图4、5所示。随着偏移量e₁和e₂增大，细工作辊11和粗工作辊12的总力F₁及弯曲应力б₁减小。

如图5所示，在e₂＜0mm时，细工作辊11的应力σ₁超过40kgf/mm²。当应力σ₁超过40kgf/mm²时，在用作为工作辊普通材料的镍制麻口细晶粒合金铸铁制成芯11a(除去图6的辊11的辊身11b的外壳部)的场合下，因存在耐用问题，所以最好设定e₂＞0。

另一方面，如果e₂≥7mm，出现在工作辊11、12之间经过的钢板x的头部向上弯曲地前进的现象，因而无法顺利地轧制。

因此，在上述轧制条件(轧制力、工作辊直径、道次程序、弯辊力等)下，当偏移量e₁被定为6毫米时，e₂＜应在图5的斜线所示区域内，即0＜e₂＜7mm。

工业实用性

本发明能够被用于利用有一对直径不同的工作辊的轧机的薄板轧制中。

Claims (5)

1、在上、下支承辊之间布置一对直径不相同的工作辊并且只驱动所述工作辊中的粗工作辊地轧制薄板的薄板轧制方法，其特征在于，如此轧制所述板材，即这对工作辊中的细工作辊被布置成其转动轴线位于轧机中心上或在轧制方向上在该轧机中心的下游侧，同时，所述粗工作辊被布置成其转动轴线在轧制方向上位于该细工作辊转动轴线的下游侧。

2、如权利要求1所述的薄板轧制方法，其特征在于，作为该细工作辊地使用辊颈部直径约为270毫米或更小的工作辊，当轧制负荷约为3000吨或更高地进行轧制时，该细工作辊的所述转动轴线相对该轧机中心的偏移量e₁以及该粗工作辊的所述转动轴线轴相对该细工作辊转动轴线的偏移量e₂为：

              0mm≤e₁并且0mm＜e₂＜7mm。

3、具有上、下支承辊、设置在该上、下支承辊之间并且直径不相同的一对工作辊的薄板轧机，其特征在于，只是这对工作辊中的粗工作辊被连接到一个驱动源上，这对工作辊中的细工作辊被布置成其转动轴线位于轧机中心上或者在轧制方向上在该轧机中心的下游侧，而该粗工作辊被布置成其转动轴线在轧制方向上位于该细工作辊转动轴线的下游侧。

4、如权利要求3所述的薄板轧机，其特征在于，该细工作辊有一个直径约为270mm或更小的辊颈部，该细工作辊的转动轴线相对该轧机中心的偏移量e₁以及该粗工作辊的转动轴线相对该细工作辊转动轴线的偏移量e₂被设定在以下范围内，即

0mm≤e₁且0mm＜e₂＜7mm。

5、如权利要求4所述的薄板轧机，其特征在于，作为该细径工作辊的芯材，使用抗拉强度为45kgf/mm²或更高的镍制麻口细晶粒合金铸铁辊、高铬合金辊、高速钢辊或锻造的高速钢辊。

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