軋鋼入門知識

1.什么叫鋼的塑性？

      在外力作用下，鋼能在體積不變的情況下，穩定地改變其形狀而不破壞的能力叫鋼的塑性。但不能把塑性與柔性混為一談，因為柔軟性表示金屬對變形力的抵抗能力，即所謂變形抗力的大小。 例如鉛同時具有良好的塑性及柔軟性，鋼并不是同時具有這兩種性質的，例如奧氏體不銹鋼在冷狀態下能經受很大的變形而不破裂，說明它的塑性很好。但這種鋼的變形抗力很大，所以它并不柔軟。

      一般情況下鋼在高溫的變形抗力都很?。慈彳洠?，但不能說都具有良好的塑性。因為鋼的塑性在高溫變形時受多種因素影響，它不僅取決于鋼的內在因素(化學成分組織構造、非金屬夾雜物等)，而且還取決于軋鋼時的外部條件變形溫度、變形速度、應力狀態以及加熱介質等。

 

2.什么叫塑性變形和彈性變形？

未超過金屬本身彈性極限的變形叫彈性變形。

當加在晶體上的外力超過其彈性極限時，去掉外力之后歪扭的晶格和破碎的晶粒不能恢復到原始狀態，這種永久變形叫塑性變形。

 

3.什么叫應力？什么叫應力集中？

      塑性變形時，作用在金屬上的外力有作用力和反作用力，由于這兩種力的作用，在金屬內部將產生與外力大小相平衡的內力。單位面積上的這種內力稱為應力，以δ表示

δ= P/S

式中δ-物體產生的應力，MPa；

P-作用于物體的外力，N；

S-承受外力作用的物體面積，㎜。

      當金屬內部存在應力，其表面又有尖角、尖缺口、結疤、折疊、劃傷裂紋等缺陷存在時，應力將在這些缺陷處集中分布，使這些缺陷部位的實際應力比正常應力高數倍。這種現象叫應力集中。

金屬內部氣泡、縮孔、裂紋、夾雜物及殘余應力等對應力的反應與物體的表面缺陷相同，在應力作用下，也會發生應力集中。

      應力集中在很大程度上提高了金屬的變形抗力，降低了金屬的塑性，金屬的破壞往往最先從應力集中的地方開始。

 

4.熱軋機有什么優缺點？冷軋有什么優缺點？

      熱軋，首先能消除鑄造金屬中的某些缺陷，如焊臺氣孔，破碎粗大晶粒以及改變夾雜物的分布等，使金屬的致密性和力學性得到改善。其次，原料（鋼錠或鋼坯）經過加熱塑性提高，變形抗力降低，因此軋制時可增加變形量，有利于提高生產率。另外，由于金屬變形抗力減小，對軋制設備的要求可以相應低些，所以能降低設備造價，并使電動機能耗大大降低。

      熱軋的缺點是，高溫軋制產生氧化鐵皮，使金屬表面質量不夠光澤；產品的尺寸不夠精確；力學性能也不如冷加工好。

      冷軋與熱軋相比它的優點是，產品表面質量好，尺寸厚度均勻，力學性能好，并且能生產薄而小的軋件。冷軋的缺點是軋制壓力大，要求設備強度高，電機功率大，能耗大，因此一般冷軋材的生產先用熱軋開坯而后進行冷軋。

 

5.影響金屬熱塑性變形的因素有哪些？

      影響金屬熱塑性變形的因素很多，熱軋生產中除了孔型設計等條件外，就熱軋工藝本身來說，影響金屬熱塑性變形的因素有金屬本身內部因素和加熱等外部條件。

      理論和實踐都確認純金屬及其固溶體的塑性較好，而金屬化合物的塑性很低。例如純鐵有很高的塑性碳在鋼中的固溶體-奧氏體，也有很高的塑性；而化合物Fe3C 卻很脆。鋼中存在碳及其他合金元素，使鋼的高溫組織，除有奧氏體外，還有其他過剩相。這些過剩相（例如某些奧氏體不銹鋼中的鐵素體，高速工具鋼的共晶碳化物等）降低鋼的高溫塑性。鋼中的雜質也是影響金屬熱塑性變形的內在因素，鋼中的硫能使鋼產生熱脆。

      影響熱軋時塑性變形的外部條件有加熱介質和加熱工藝，對合金鋼來說，加熱介質尤為重要。鎳含量達2~3%以上的合金鋼，在含硫氣氛中加熱時，硫會擴散到金屬中，并在晶界上形成低熔點的Ni3S2化合物，因而降低了金屬的塑性。含銅的表面氧化鐵皮下會富集一薄層熔點低于1100℃,時熔化并侵蝕鋼的表面層，使鋼在熱鍛、軋加工時開裂。

      熱軋溫度選擇不合適，也會給金屬帶來不良的影響。當終軋溫度過高時，往往會造成金屬的晶粒粗大：若終軋溫度過低時，又會造成晶粒沿加工方向伸長的組織，并有一定的加工硬化。在這兩種情況下，金屬的性能都會變壞。所以，合理控制金屬的熱軋溫度范圍，對獲得所需要的金屬組織和性能，具有重要的意義。

 

6.什么叫體積不變定律？

      鋼坯在頭幾道軋制中因其縮孔、疏松、氣泡、裂紋等缺陷受壓縮而致密，體積有所減小，此后個軋制道次的金屬體積不再發生變化。這種軋制前后體積不變的客觀事實叫做體積不變定律。它是計算軋制變形前后的軋件尺寸的基本依據。H、B、L^-表示軋制前軋件的高、寬、長;h 、b、l^-軋制后的軋件的高、寬、長

     軋前的軋件體積以V₁表示，軋后的軋件體積以V₂表示，因為矩形體積等于軋件的高X寬X長 ,

所以V₁=HBL

V₂=hbl

根據體積不變定律，軋件軋制前后體積相等，即

V₁=V₂

故 HBL=hbl

根據上式可計算軋制前后軋件的尺寸變化。

 

7.什么是最小阻力定律？

      鋼在塑性變形時，金屬沿著變形抵抗力最小的方向流動，這就叫最小阻力定律。

 

8.什么叫咬入？什么叫咬入角？

      軋鋼是利用兩個旋轉著的軋輥將軋件拉入輥縫進行壓力加工，軋輥把軋件拉入輥縫叫咬入，軋輥咬入金屬是實現軋制所必須的條件。在實際生產中咬入是否順利對軋鋼機的正常操作和產量有直接影響。壓下量大不易咬入。壓下量小易咬入，但又降低了軋制效率。

      軋制時軋件與軋輥表面接觸的弧線叫咬入弧。咬入弧所對的圓心角稱作咬入角。咬入角由壓下量決定。在實際生產中不同條件下允許的最大咬入角不同。咬入角的大小與軋輥表面和軋件的表面狀態、軋制溫度以及軋輥轉速等因素有關，即與軋輥、軋件間的摩擦系數有關。當咬入角大于允許的最大咬入角時，軋件不能咬入。當咬入角小于或等于最大咬入角時，軋件才能咬入。當軋輥的線速度在1.5-2.5m/s 時，各種不同軋制條件下的允許最大咬入角如下：

軋制條件 咬入角

在有表面刻痕或堆焊的軋輥上熱軋 α=27-34

在型鋼軋機上熱軋 α=22-24

在鋼板軋機上熱軋 α=15-24

在表面粗糙的軋輥上冷軋 α=5-6

在表面光滑帶潤滑的軋輥上冷軋 α=3-4

 

9.怎樣實現正常咬入？

      當軋件與軋輥接觸時，軋件以力P作用在軋輥上，而每個軋輥運動時相互接觸，所以在軋件與軋輥之間產生摩擦力F。F在水平方向有一分力Fx，靠水平分力Fx將軋件拉入軋輥，稱Fx為拉入力。軋輥對軋件的壓力P的水平分力為Px ，其方向與Fx相反，阻礙軋件進入軋輥，稱Px 為推出力。當Fx等于或小于Px 時，軋件不能進入軋輥，只有在Fx＞Px，軋件才能被拉入軋輥，實現正常咬入。

 

10.什么叫壓下量？什么叫壓下率？

      在軋制過程中軋件的高寬長尺寸都發生變化。軋制后軋件高度的減少量叫做壓下量。即

△h=H-h

式中△h-壓下量，㎜；

H - 軋件在軋制前的高度，㎜；

h - 軋件在軋制后的高度，㎜；

 

11.怎么改善咬入條件？

      咬入角和摩擦系數是影響軋輥咬入軋件的兩個因素。當摩擦系數一定時，為使軋件順利咬入，必須減小咬入角。減小咬入角的方法有以下兩種：

1） 當壓下量一定時，增加輥的直徑；

2） 當軋輥直徑一定時，減小壓下量。但是軋機確定后，軋輥直徑一般改變不大，而減小壓下量又對提高生產率不利，為了解決這一矛盾，采用以下幾種措施

（1當壓下量超過允許數值時，把軋件端部加工成截錐形，以減小咬入角。初軋機軋制鋼錠時采用小頭（即厚度較小的一端）進剛就是一例。

（2降低咬入時的軋制速度，增加摩擦系數。改變軋制速度，在直流電機驅動的軋機上，是容易做到的，而對大多數不可調速的軋鋼機來說幾乎是不可能的。

（3應用刻痕和堆焊的軋輥，增加軋輥的摩擦系數。但刻痕對軋件表面質量產生有害影響，所以此法通常僅在粗軋前幾道次使用。

（4利用沖擊改善咬入條件即通常所說的強迫喂鋼，實際上是在沖擊力作用下軋件前端撞成錐形，從而減小了咬入角的結果。

 

12.什么叫延伸量? 什么叫延伸系數？

      根據體積不變定律，軋制時軋件的橫斷面減小，其長度一定相應地增加。軋件長度的增加量就叫延伸量，可用下式表達：

△l=l-L

式中△l-延伸量，㎜；

l-軋件變形后的長度，㎜；

L-軋件變形前的長度，㎜；

軋制后的軋件長度與軋制前的軋件長度之比叫延伸系數：

Ц = l/L

Ц為延伸系數。

延伸系數也可以用軋制前、后軋件的橫截面面積之比表示，有時把這個面積之比叫做壓縮比，用它來衡量軋件的變形程度。

Ц=S1/SO

式中SO -軋制前軋件的斷面面積，㎜2；

S1 -軋制后軋件的斷面面積，㎜2；

當軋制寬帶材和板材時，寬展量中略去不計，即軋制前后軋件的寬度相等（B=b）。這時的延伸系數就等于軋制前后軋件高度的比值（壓下系數）：

Ц總=H/h

 

13.什么叫平均延伸系數？什么叫總延伸系數?

      總延伸系數的物理意義是軋件最終長度與原始長度之比：

Ц總 =Lx/Lo

式中Ц總-總延伸系數;

Lx -軋件最終長度，㎜；

Lo -軋件原始長度，㎜；

軋制型材時也常以軋件原始橫截面面積與最終橫截面積之比來表示總延伸系數，即

Ц總 = SO /S1

式中SO-軋件原始橫截面面積，㎜2；

S1-軋件最終橫截面面積，㎜2；

總延伸系數等于各道次延伸系數的乘積，即

Ц總 =Ц1Ц2Ц3……. Цx

 

14.為什么壓下量是影響寬展的主要原因？

      軋制時軋件的高度方向受壓，金屬向長度和寬度方向流動，即產生延伸和寬展。壓下力愈大，相應的延伸和寬展也愈大。實踐證明，壓下量是影響寬展的主要因素，當軋前高度H不變時，寬展量與壓下率（相應壓下量）關系如圖所示。

 

15.什么叫連軋和連軋常數？

      一根軋件同時在幾架軋機上軋制并保持在單位時間內軋件通過各軋機的體積相等的軋制叫連軋。單位時間內通過金屬體積（如果是一秒內通過的金屬體積，就稱為金屬秒流量）。用下式計算： V=πDn/60 .S

式中V-單位時間內通過軋機的金屬體積，㎜3；

D-軋輥工作直徑，㎜2；

n-軋輥轉速，r/min；

S-軋件斷面面積，㎜2；

在單位時間內通過每架軋機的金屬體積等于一個常數，這個常數叫連軋常數?？捎孟率奖硎荆?/p>

K連=S1D1n1=S2D2n2 =S3D3n3=………SnDnnn

      在實際生產中，由于前滑的影響以及孔型等因素的不斷變化，連軋常數也是不斷變化的。所以連軋常數必須經常相應的調整和修正。

 

16.什么叫張力和張力軋制？

      在連軋過程中，前后兩架軋機存在金屬秒流量差，當后架的秒流量大于前架時，造成前后架之間的軋件受到前軋機的拉力作用，此力通常稱為張力。存在張力的軋制過程稱為張力軋制。

張力不僅廣泛存在與冷、熱連軋生產的軋機之前，而且存在于卷筒和軋機之間，因為卷筒于軋機之間也存在速度差，也能使帶鋼在軋制過程中產生張力。利用調節卷筒與軋機的速度關系，就可能獲得所需要的前張力或后張力。

      軋制過程中可以用張力有效得改善板形，明顯地降低軋制壓力。帶張力的軋制能使帶鋼（或板筒）軋得更薄。

 

17.什么叫微張力軋制？

      微張力軋制是不用活套支撐器，而且主電機的傳動矩隨張力的變化直接控制軋件在機架間張力的一種軋制方法，微張力軋制通常用在線棒材軋機的中軋機組，以及熱軋帶鋼粗軋機機組的串列機架和精軋機組的前3架。

      與活套支撐器相比，微張力控制可以提高機架間張力的控制精度和響應性，滿足軋機多品種、多規格的需要，還可以減少維修工作量和降低生產成本。

 

18.什么叫軋制壓力？什么叫單位壓力？

      軋制壓力是軋件變形時金屬作用在軋輥上的垂直于接觸面積水平投影的力。它是制訂軋制工藝規程和進行軋機設計的重要參數。

軋制壓力一般用下式計算：

P總=P平均S接觸

式中P總-軋制總壓力，N；

P平均 -平均單位壓力，MPa;

S接觸 -接觸面積，㎜2。

變形區間內單位面積上的軋制壓力稱為單位壓力。

      單位壓力由兩部分組成，一部分是克服軋件內部滑移阻力所需要的力，以K表示，稱為鋼的變形抗力（即軋制條件下的平面變形抗力，K=1.15O，O取決于金屬的化學成分和組織狀態、變形溫度、變形速度及變形量，在這些條件一定時，O可通過實驗確定，目前人們已把許多實驗結果制成了曲線，O中由曲線查出）；另一部分是克服金屬塑性變形時產生的附加抗力，以K附加表示，K附加隨著摩擦系數的增加而增加。所以單位壓力又可用下式表示：

p=K+K附加

      實驗證明，單位壓力在變形區內的分布是不均勻的。一般在變形區進出口處的單位壓力較小，在變形區內某一中間位置的單位壓力最大。單位壓力在變形區內的這種分布不均勻，造成軋制壓力計算十分困難。因此，在實際生產中常用平均單位壓力進行計算。

由于上述計算方法有一定的局限性，所以為了得到較準確的數據，就需要利用測定的辦法得到軋制壓力。

 

19.影響軋制壓力的主要因素有那些？

影響軋制壓力的因素有：

1）絕對壓下量 在軋輥直徑和摩擦系數相同的條件下隨著絕對壓下量的增加，軋件于軋輥的接觸面積加大，軋制壓力增加。同時接觸弧長增加，軋件與軋輥的接觸面積加大，軋制壓力增加。同時接觸弧長增加，外摩擦的影響加劇，平均單位壓力增加，軋制壓力也隨之增大。

2）軋輥直徑 在其他條件一定時，隨著軋輥直徑的加大，接觸面積增加，同時接觸弧長增加，外摩擦的影響加劇。因而，軋制壓力增大。

3）軋制寬度 隨著軋件寬度的增加，接觸面積增加，軋制壓力增大。

4）軋制厚度 隨著軋件厚度的增加，軋制壓力減??；反之，軋件愈薄，軋制壓力愈大。

5）軋制溫度 隨著軋制溫度的升高，變形抗力降低，平均單位壓力降低，軋制壓力減小。

6）摩擦系數 隨著摩擦系數的增加，外摩擦影響加大，平均單位壓力增加，軋制壓力增大。

7）軋件的化學成分 在相同條件下，軋件的化學成分不同，金屬的內部組織和性能不同，軋制壓力也不同。

8）軋制速度 熱軋時隨著軋制速度的增加，變形抗力增加。冷軋時隨著變形速度的增大、軋件溫度的升高變形抗力有所降低。