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轧钢基础知识

作者:机械圈日期:2022-04-14浏览:677分类:金属材料

轧钢基础知识

1.什么叫钢的塑性?

在外力作用下,钢能在体积不变的情况下,稳定地改变其形状而不破坏的能力叫钢的塑性。但不能把塑性与柔性混为一谈,因为柔软性表示金属对变形力的抵抗能力,即所谓变形抗力的大小。 例如铅同时具有良好的塑性及柔软性,钢并不是同时具有这两种性质的,例如奥氏体不锈钢在冷状态下能经受很大的变形而不破裂,说明它的塑性很好。但这种钢的变形抗力很大,所以它并不柔软。

一般情况下钢在高温的变形抗力都很小(即柔软),但不能说都具有良好的塑性。因为钢的塑性在高温变形时受多种因素影响,它不仅取决于钢的内在因素(化学成分组织构造、非金属夹杂物等),而且还取决于轧钢时的外部条件变形温度、变形速度、应力状态以及加热介质等。

2.什么叫塑性变形和弹性变形?

未超过金属本身弹性极限的变形叫弹性变形。

当加在晶体上的外力超过其弹性极限时,去掉外力之后歪扭的晶格和破碎的晶粒不能恢复到原始状态,这种永久变形叫塑性变形。

3.什么叫应力?什么叫应力集中?

塑性变形时,作用在金属上的外力有作用力和反作用力,由于这两种力的作用,在金属内部将产生与外力大小相平衡的内力。单位面积上的这种内力称为应力,以δ表示

δ= P/S

式中δ-物体产生的应力,MPa;

P-作用于物体的外力,N;

S-承受外力作用的物体面积,㎜。

当金属内部存在应力,其表面又有尖角、尖缺口、结疤、折叠、划伤裂纹等缺陷存在时,应力将在这些缺陷处集中分布,使这些缺陷部位的实际应力比正常应力高数倍。这种现象叫应力集中。

金属内部气泡、缩孔、裂纹、夹杂物及残余应力等对应力的反应与物体的表面缺陷相同,在应力作用下,也会发生应力集中。

应力集中在很大程度上提高了金属的变形抗力,降低了金属的塑性,金属的破坏往往最先从应力集中的地方开始。

4.热轧机有什么优缺点?冷轧有什么优缺点?

热轧,首先能消除铸造金属中的某些缺陷,如焊台气孔,破碎粗大晶粒以及改变夹杂物的分布等,使金属的致密性和力学性得到改善。其次,原料(钢锭或钢坯)经过加热塑性提高,变形抗力降低,因此轧制时可增加变形量,有利于提高生产率。另外,由于金属变形抗力减小,对轧制设备的要求可以相应低些,所以能降低设备造价,并使电动机能耗大大降低。

热轧的缺点是,高温轧制产生氧化铁皮,使金属表面质量不够光泽;产品的尺寸不够精确;力学性能也不如冷加工好。

冷轧与热轧相比它的优点是,产品表面质量好,尺寸厚度均匀,力学性能好,并且能生产薄而小的轧件。冷轧的缺点是轧制压力大,要求设备强度高,电机功率大,能耗大,因此一般冷轧材的生产先用热轧开坯而后进行冷轧。

5.影响金属热塑性变形的因素有哪些?

影响金属热塑性变形的因素很多,热轧生产中除了孔型设计等条件外,就热轧工艺本身来说,影响金属热塑性变形的因素有金属本身内部因素和加热等外部条件。

理论和实践都确认纯金属及其固溶体的塑性较好,而金属化合物的塑性很低。例如纯铁有很高的塑性碳在钢中的固溶体-奥氏体,也有很高的塑性;而化合物Fe3C 却很脆。钢中存在碳及其他合金元素,使钢的高温组织,除有奥氏体外,还有其他过剩相。这些过剩相(例如某些奥氏体不锈钢中的铁素体,高速工具钢的共晶碳化物等)降低钢的高温塑性。钢中的杂质也是影响金属热塑性变形的内在因素,钢中的硫能使钢产生热脆。

影响热轧时塑性变形的外部条件有加热介质和加热工艺,对合金钢来说,加热介质尤为重要。镍含量达2~3%以上的合金钢,在含硫气氛中加热时,硫会扩散到金属中,并在晶界上形成低熔点的Ni3S2化合物,因而降低了金属的塑性。含铜的表面氧化铁皮下会富集一薄层熔点低于1100℃,时熔化并侵蚀钢的表面层,使钢在热锻、轧加工时开裂。

热轧温度选择不合适,也会给金属带来不良的影响。当终轧温度过高时,往往会造成金属的晶粒粗大:若终轧温度过低时,又会造成晶粒沿加工方向伸长的组织,并有一定的加工硬化。在这两种情况下,金属的性能都会变坏。所以,合理控制金属的热轧温度范围,对获得所需要的金属组织和性能,具有重要的意义。

6.什么叫体积不变定律?

钢坯在头几道轧制中因其缩孔、疏松、气泡、裂纹等缺陷受压缩而致密,体积有所减小,此后个轧制道次的金属体积不再发生变化。这种轧制前后体积不变的客观事实叫做体积不变定律。它是计算轧制变形前后的轧件尺寸的基本依据。H、B、L-表示轧制前轧件的高、宽、长;h 、b、l-轧制后的轧件的高、宽、长

轧前的轧件体积以V1表示,轧后的轧件体积以V2表示,因为矩形体积等于轧件的高X宽X长 ,

所以V1=HBL

V2=hbl

根据体积不变定律,轧件轧制前后体积相等,即

V1=V2

故 HBL=hbl

根据上式可计算轧制前后轧件的尺寸变化。

7.什么是最小阻力定律?

钢在塑性变形时,金属沿着变形抵抗力最小的方向流动,这就叫最小阻力定律。根据这个定律,

8.什么叫咬入?什么叫咬入角?

轧钢是利用两个旋转着的轧辊将轧件拉入辊缝进行压力加工,轧辊把轧件拉入辊缝叫咬入,轧辊咬入金属是实现轧制所必须的条件。在实际生产中咬入是否顺利对轧钢机的正常操作和产量有直接影响。压下量大不易咬入。压下量小易咬入,但又降低了轧制效率。

轧制时轧件与轧辊表面接触的弧线叫咬入弧。咬入弧所对的圆心角称作咬入角。咬入角由压下量决定。在实际生产中不同条件下允许的最大咬入角不同。咬入角的大小与轧辊表面和轧件的表面状态、轧制温度以及轧辊转速等因素有关,即与轧辊、轧件间的摩擦系数有关。当咬入角大于允许的最大咬入角时,轧件不能咬入。当咬入角小于或等于最大咬入角时,轧件才能咬入。当轧辊的线速度在1.5-2.5m/s 时,各种不同轧制条件下的允许最大咬入角如下:

轧制条件 咬入角

在有表面刻痕或堆焊的轧辊上热轧 α=27-34

在型钢轧机上热轧 α=22-24

在钢板轧机上热轧 α=15-24

在表面粗糙的轧辊上冷轧 α=5-6

在表面光滑带润滑的轧辊上冷轧 α=3-4

9.怎样实现正常咬入?

当轧件与轧辊接触时,轧件以力P作用在轧辊上,而每个轧辊运动时相互接触,所以在轧件与轧辊之间产生摩擦力F。F在水平方向有一分力Fx,靠水平分力Fx将轧件拉入轧辊,称Fx为拉入力。轧辊对轧件的压力P的水平分力为Px ,其方向与Fx相反,阻碍轧件进入轧辊,称Px 为推出力。当Fx等于或小于Px 时,轧件不能进入轧辊,只有在Fx>Px,轧件才能被拉入轧辊,实现正常咬入。

10.什么叫压下量?什么叫压下率?

在轧制过程中轧件的高宽长尺寸都发生变化。轧制后轧件高度的减少量叫做压下量。即

△h=H-h

式中△h-压下量,㎜;

H - 轧件在轧制前的高度,㎜;

h - 轧件在轧制后的高度,㎜;

11.怎么改善咬入条件?

咬入角和摩擦系数是影响轧辊咬入轧件的两个因素。当摩擦系数一定时,为使轧件顺利咬入,必须减小咬入角。减小咬入角的方法有以下两种:

1) 当压下量一定时,增加辊的直径;

2) 当轧辊直径一定时,减小压下量。但是轧机确定后,轧辊直径一般改变不大,而减小压下量又对提高生产率不利,为了解决这一矛盾,采用以下几种措施

(1当压下量超过允许数值时,把轧件端部加工成截锥形,以减小咬入角。初轧机轧制钢锭时采用小头(即厚度较小的一端)进刚就是一例。

(2降低咬入时的轧制速度,增加摩擦系数。改变轧制速度,在直流电机驱动的轧机上,是容易做到的,而对大多数不可调速的轧钢机来说几乎是不可能的。

(3应用刻痕和堆焊的轧辊,增加轧辊的摩擦系数。但刻痕对轧件表面质量产生有害影响,所以此法通常仅在粗轧前几道次使用。

(4利用冲击改善咬入条件即通常所说的强迫喂钢,实际上是在冲击力作用下轧件前端撞成锥形,从而减小了咬入角的结果。

12.什么叫延伸量? 什么叫延伸系数?

根据体积不变定律,轧制时轧件的横断面减小,其长度一定相应地增加。轧件长度的增加量就叫延伸量,可用下式表达:

△l=l-L

式中△l-延伸量,㎜;

l-轧件变形后的长度,㎜;

L-轧件变形前的长度,㎜;

轧制后的轧件长度与轧制前的轧件长度之比叫延伸系数:

Ц = l/L

Ц为延伸系数。

延伸系数也可以用轧制前、后轧件的横截面面积之比表示,有时把这个面积之比叫做压缩比,用它来衡量轧件的变形程度。

Ц=S1/SO

式中SO -轧制前轧件的断面面积,㎜2;

S1 -轧制后轧件的断面面积,㎜2;

当轧制宽带材和板材时,宽展量中略去不计,即轧制前后轧件的宽度相等(B=b)。这时的延伸系数就等于轧制前后轧件高度的比值(压下系数):

Ц总=H/h

13.什么叫平均延伸系数?什么叫总延伸系数?

总延伸系数的物理意义是轧件最终长度与原始长度之比:

Ц总 =Lx/Lo

式中Ц总-总延伸系数;

Lx -轧件最终长度,㎜;

Lo -轧件原始长度,㎜;

轧制型材时也常以轧件原始横截面面积与最终横截面积之比来表示总延伸系数,即

Ц总 = SO /S1

式中SO-轧件原始横截面面积,㎜2;

S1-轧件最终横截面面积,㎜2;

总延伸系数等于各道次延伸系数的乘积,即

Ц总 =Ц1Ц2Ц3……. Цx

14.为什么压下量是影响宽展的主要原因?

轧制时轧件的高度方向受压,金属向长度和宽度方向流动,即产生延伸和宽展。压下力愈大,相应的延伸和宽展也愈大。实践证明,压下量是影响宽展的主要因素,当轧前高度H不变时,宽展量与压下率(相应压下量)关系如图所示。

15.什么叫连轧和连轧常数?

一根轧件同时在几架轧机上轧制并保持在单位时间内轧件通过各轧机的体积相等的轧制叫连轧。单位时间内通过金属体积(如果是一秒内通过的金属体积,就称为金属秒流量)。用下式计算: V=πDn/60 .S

式中V-单位时间内通过轧机的金属体积,㎜3;

D-轧辊工作直径,㎜2;

n-轧辊转速,r/min;

S-轧件断面面积,㎜2;

在单位时间内通过每架轧机的金属体积等于一个常数,这个常数叫连轧常数。可用下式表示:

K连=S1D1n1=S2D2n2 =S3D3n3=………SnDnnn

在实际生产中,由于前滑的影响以及孔型等因素的不断变化,连轧常数也是不断变化的。所以连轧常数必须经常相应的调整和修正。

16.什么叫张力和张力轧制?

在连轧过程中,前后两架轧机存在金属秒流量差,当后架的秒流量大于前架时,造成前后架之间的轧件受到前轧机的拉力作用,此力通常称为张力。存在张力的轧制过程称为张力轧制。

张力不仅广泛存在与冷、热连轧生产的轧机之前,而且存在于卷筒和轧机之间,因为卷筒于轧机之间也存在速度差,也能使带钢在轧制过程中产生张力。利用调节卷筒与轧机的速度关系,就可能获得所需要的前张力或后张力。

轧制过程中可以用张力有效得改善板形,明显地降低轧制压力。带张力的轧制能使带钢(或板筒)轧得更薄。

17.什么叫微张力轧制?

微张力轧制是不用活套支撑器,而且主电机传动矩随张力的变化直接控制轧件在机架间张力的一种轧制方法,微张力轧制通常用在线棒材轧机的中轧机组,以及热轧带钢粗轧机机组的串列机架和精轧机组的前3架。

与活套支撑器相比,微张力控制可以提高机架间张力的控制精度和响应性,满足轧机多品种、多规格的需要,还可以减少维修工作量和降低生产成本。

18.什么叫轧制压力?什么叫单位压力?

轧制压力是轧件变形时金属作用在轧辊上的垂直于接触面积水平投影的力。它是制订轧制工艺规程和进行轧机设计的重要参数。

轧制压力一般用下式计算:

P总=P平均S接触

式中P总-轧制总压力,N;

P平均 -平均单位压力,MPa;

S接触 -接触面积,㎜2。

变形区间内单位面积上的轧制压力称为单位压力。

单位压力由两部分组成,一部分是克服轧件内部滑移阻力所需要的力,以K表示,称为钢的变形抗力(即轧制条件下的平面变形抗力,K=1.15O,O取决于金属的化学成分和组织状态、变形温度、变形速度及变形量,在这些条件一定时,O可通过实验确定,目前人们已把许多实验结果制成了曲线,O中由曲线查出);另一部分是克服金属塑性变形时产生的附加抗力,以K附加表示,K附加随着摩擦系数的增加而增加。所以单位压力又可用下式表示:

p=K+K附加

实验证明,单位压力在变形区内的分布是不均匀的。一般在变形区进出口处的单位压力较小,在变形区内某一中间位置的单位压力最大。单位压力在变形区内的这种分布不均匀,造成轧制压力计算十分困难。因此,在实际生产中常用平均单位压力进行计算。

由于上述计算方法有一定的。

局限性,所以为了得到较准确的数据,就需要利用测定的办法得到轧制压力。

19.影响轧制压力的主要因素有那些?

影响轧制压力的因素有:

1)绝对压下量 在轧辊直径和摩擦系数相同的条件下随着绝对压下量的增加,轧件于轧辊的接触面积加大,轧制压力增加。同时接触弧长增加,轧件与轧辊的接触面积加大,轧制压力增加。同时接触弧长增加,外摩擦的影响加剧,平均单位压力增加,轧制压力也随之增大。

2)轧辊直径 在其他条件一定时,随着轧辊直径的加大,接触面积增加,同时接触弧长增加,外摩擦的影响加剧。因而,轧制压力增大。

3)轧制宽度 随着轧件宽度的增加,接触面积增加,轧制压力增大。

4)轧制厚度 随着轧件厚度的增加,轧制压力减小;反之,轧件愈薄,轧制压力愈大。

5)轧制温度 随着轧制温度的升高,变形抗力降低,平均单位压力降低,轧制压力减小。

6)摩擦系数 随着摩擦系数的增加,外摩擦影响加大,平均单位压力增加,轧制压力增大。

7)轧件的化学成分 在相同条件下,轧件的化学成分不同,金属的内部组织和性能不同,轧制压力也不同。

8)轧制速度 热轧时随着轧制速度的增加,变形抗力增加。冷轧时随着变形速度的增大、轧件温度的升高变形抗力有所降低。


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