轧制P-H图_材料科学_工程科技_专业资料。对金属压力加工过程中的轧制P-H图,弹跳方程及板厚控制进行详细阐述

　　轧制P-H图，弹跳方程及板厚控制 中厚板材： 尺寸精确板形好，表面光洁性能高 中厚板材经轧辊辊缝变形轧出，辊缝的大小和形状决定了板、带材纵向和横向厚 度的变化，进而影响板形。实际辊缝变化将引起钢板的厚度偏差，辊缝变化的主要原 因是轧制力的变化、轧制速度的变化，引起轴承油膜厚度的变化、轧辊的偏心运转 （轧辊椭圆度、轧辊安装偏心）、轧辊的磨损与热膨胀以及轧机刚度K值的变化。其中， 轧制力的变化是造成实际辊缝变化的主要原因。 消除钢板的厚度差有两个途径。一是消除产生厚差的原因，如使加热均匀，提高 板坯尺寸精度等。但实际上完全消除产生厚差的原因是不可能的。因此就必然要有第 二条途径，即设法消除轧制过程中的辊缝变化。从而引入P-h图和弹跳方程。 P－h图的建立与运用 轧件产生塑性变形 板带轧制过程 轧机产生弹性变形 弹性曲线 塑性曲线 P-h图 辊缝的预设定 P-h图的作用 厚控分析 轧机的弹性变形 轧机的刚性：表示轧机抵抗弹性变形的能力。 轧制时的弹跳现象：轧制时的实际辊缝大于空载时的辊缝。(△S) 弹跳值：轧制时轧机的辊缝弹性增大量。 轧机的刚性系数：辊缝值产生单位距离变化时所需的轧制力的增量(K) p p ?p S/0 S0 f f S/0 S0 f ?f 其中：p — 轧制力； S/0 — 空载辊缝；S0 — 实际辊缝；f — 弹性变形 图1 轧机的弹性变形曲线 轧件的塑性变形 p 轧制力是变形程度的函数，也 是压下量的函数，原始厚度一 定时，轧件的轧制厚度代表了 其延伸程度，塑性方程是轧件 轧后厚度的函数，用曲线表示 出来为塑性曲线，曲线的斜率 称为轧机的塑性刚度（M)。 p=f(h) 0 H0 h 图2 轧件的塑性变形曲线 影响塑性曲线）变形抗力上升，摩擦系数增大，则曲线）轧件原始厚度越薄，曲线越陡，当原始厚度减小到一定程度时，曲线 接近于垂直，此时无论施加多大的轧制力也不能轧薄，达到最小可轧厚度 的临界条件。 轧制的P-H图 p p p S/0 S0 f h f h H ?h S0 f h H ?h （a）弹性线 （b）塑性线 （c）轧制的工作点 图3 轧机的工作特性 弹跳方程 K = ? p 或 ? f K = p f p 轧机的弹性变形曲线方程（弹跳方程） p h = S0 + K p = K (h ? S0 ) S/0 S0 据此绘成的曲线称为轧机的弹性线，近似一条直线， 其斜率就是轧机的刚度。其中； s0 — 考虑预压变形后的空载辊缝 P — 轧制力 K — 轧机刚度 在机座上产生单位弹性变形 （1mm）时轧制压力的大小，该值越大，轧机的刚 性越好，其值与轧件的宽度有关，轧件宽度一定时， 为定值。 f h H ?h 图4 轧制的工作点 对于轧机弹跳方程，实际上在压力较小时，弹跳和压力的关系并非 线性，主要由轧机各部件之间装配表面不平、存在缝隙和公差造成 的。压力愈小，所引起的变形也愈难精确确定，亦即辊缝的实际零 位很难确定。为了消除这一非线性区段的影响，实际操作中可将轧 辊预先压靠到一定程度，即先给到一定的压力。然后将此时的辊缝 指示定为零位，这就是所谓“零位调整”，假想辊缝，以后即以此 零位为基础进行压下调整。 影响板材厚度的主要因素： (1) 轧件温度、成分和组织不均，温度影响具有重发性。 (2) 坯料厚度不均。改变弹性曲线的位置和斜率，使压下量产生变 化，厚度不均难以消除，必须选择高精度的坯料。 (3) 轧制速度变化。影响摩擦系数、变形抗力、轴承油膜厚度而改 变轧制力起作用。 各种因素对板厚的影响 变化因素 金属变形抗力变化△σs 板坯原始厚度变化△h0 p σs—△σs p h0—△h0 变化特性 △h0 h2 h1 h0 轧出板厚变化 h h2 h1 h0 h 金属变形抗力减小时板厚变薄 板坯原始厚度减小时板厚变薄 变化因素 轧件与轧辊间摩擦系数变化△f 轧辊原始辊缝变化△s0 p f —△f p s0—△s0 变化特性 △ 0 s h2 h1 h0 轧出板厚变化 h h2 h1 h0 h 原始辊缝减小时板厚变薄 摩擦系数减少时板厚变薄 轧机刚性不同时参数变化对板厚差的影响 p b o2 o1 B o a A p b o2 o1 B o a A h2 h1 h （a） 抗力变化 h2 h1 h （b）来料厚度变化 图5 轧机刚性不同时参数变化对板厚差的影响 p o A o2 o1 a b B △s △h2 △h1 （c) 辊缝变化 图5 轧机刚性不同时参数变化对板厚差的影响 板厚控制 (1) 调压下（改变原始辊缝）：常用以消除由于影响轧制 压力的因素所造成的厚度差。 (a)板坯厚度变化时：压下的调整 量△S0与料厚的变化量并不相等 由三角形DEE/和三角形EE/F可推 出下式： M ?S 0＝ ? ?h 0 K 主要用于前馈即预控AGC，即在 入口处预测料厚的波动，据以调 整压下，消除其影响。 图6 （a）板坯厚度变化时 (b)变形抗力变化时：压下的调整量△S0与轧出板厚变化量 △h也不相等 由?CDF和?CFE/及?CDE/可 以推出下式： ?h ?S 0 = K ( M + K ) ?h ?S0 称为压下有效系数或辊缝 传递函数，它常小于1，轧机刚度 K愈大，其值愈大。 图6 （b) 速度、抗力及摩擦系数变化时 测厚仪反馈AGC：即用X射线或γ射线测厚仪测得所轧钢板厚度 与钢板目标厚度相比较，测厚仪输出钢板的厚度差△h，根据辊缝调整 量△S与厚度差△h的关系调整辊缝来控制板厚。 这种控制方法是以产品实际要求厚度为目标值，用实际测出的厚度作 比较，因此所得厚差值可靠，精度高。但测厚仪一般安装在机架外的相当距 离内，测量位置与厚度调整位置之间有滞后现象。 压力测厚计反馈AGC，也称为相对厚度控制。是以轧机本身作为测厚 仪，以某一厚度作为基准厚度，在轧制过程中以检测出口的轧制力和辊缝增 量信号来控制板厚，即间接地测出厚度变化，使整张钢板的厚度被控制在基 准厚度的某一范围内。 前馈（预控）厚度控制。反馈控制的缺点是有不同程度的时间滞后， 影响了控制精度，特别是原料厚度波动大时影响更大。因此在一些轧机上又 安装了预控厚度控制。即在轧机入口侧设一测厚仪，将测得的原料厚度值与 给定的原料厚度值相比较，求出原料的厚度值△h，当板坯进入轧机时对辊 缝进行调整。 （2）调轧制速度 轧制速度影响张力、温度和摩擦系数等。故可通过调速来调节 张力和温度，从而改变厚度。 实际中，往往将多种厚控方法结合起来使用。如前述用厚度计 测量厚度，虽有即时调整的优点，但它对油膜轴承的浮动效应、轧 辊偏心、轧辊热膨胀和磨损等却难以检测出来，从而会使结果产生 误差。所以还须采用X射线测厚仪对轧制力AGC不断进行标定或 “监控”。即在弹跳方程中需增加补偿量，主要有轧辊热膨胀与磨 损和轴承油膜的补偿。 P ? P0 h = S0 + ?δ ?G K G－轧辊热膨胀和磨损所带来的辊缝变化； δ－油膜厚度变化所带来的辊缝变化。 轧机刚性与钢板的纵向厚差的定量关系 δ h = mX δ h — 钢板板厚偏差 m — 泛指各类工艺参数 X — 扰动影响系数 轧机由于参数的变化（外扰作用），会引起板厚在长度方向的波动。这 些工艺参数包括：来料厚度、轧制温度、摩擦系数、轧制速度、钢材的 力学性能（强度、硬度）等。 分类：（1）外部参数：来料厚度、轧制温度、摩擦系数、钢材的力学 性能（强度、硬度）。（2）内部参数：轧制速度（引起油膜轴承的厚 度变化、轧辊偏心） 各种条件变化时扰动系数m的表达式 （1）外部工艺参数变化时，由轧件厚度公式： p h = s0 + K 对其求微分： 1 δh＝ ? ?p K 此时扰动系数 m = 1/k 说明刚度越大，扰动系数越小 （2）内部工艺参数变化时，由轧件厚度公式 h = s0 + p K δh＝?S + 对其求微分有 其中 K δh＝ ? ?S K+M 扰动系数 ?p M＝ ?h 1 ? ?p K ?p＝ ? ?p ? δh ?h 是材料的塑性系数 m＝ K K+M 为了尽量减小轧辊偏心和轴承油膜厚度波动等外扰量对板厚的 影响，应采用刚性系数小的轧机. 提高轧机刚性的措施 一、在钢板厚度可调的轧机上当量刚性可调 二、缩短应力回线的长度：采用无牌坊轧机 三、对机座施加预应力（预应力轧机）预应力轧机： 凡是在轧辊未受力时机架和轴承座就处于受力状态的 轧机，都称为预应力轧机。应用：小型型钢轧机和薄 板及中厚板轧机均有应用。 谢谢！